Runtime visualisation of object-oriented software

Software is a complex and invisible entity, yet one which is core to modem life. The development and maintenance of such software includes one staple task, the need to understand the software at the implementation level. This process of program comprehension is difficult and time consuming. Yet, despite its importance, there remains very limited tool support for program comprehension activities. The results of this research show the role that runtime visualisation can play in aiding the comprehension of object-oriented software by highlighting both its static and dynamic structure. Previous work in this area is discussed, both in terms of the representations used and the methods of extracting runtime information. Building on this previous work, this thesis develops new representations of object-oriented software at runtime, which are then implemented in a proof of concept tool. This tool allowed the representations to be investigated on real software systems. The representations are evaluated against two feature-based evaluation frameworks. The evaluation focuses on generic software visualisation criteria, due to the lack of any specific frameworks for visualising dynamic information. The evaluation also includes lessons learnt in the implementation of a prototype visualisation tool. The object-oriented paradigm continues to grow in popularity and provides advantages to program comprehension activities. However, it also brings a number of new challenges to program comprehension due to the discrepancies between its static definition and its runtime structure. Therefore, techniques that highlight both the static definition and the runtime behaviour of object-oriented systems offer benefits to their comprehension. Software visualisation offers an approach to aid program comprehension activities through providing a means to deal with the size and complexity of the software and its invisible nature. This thesis highlights the generic issues that software visualisation faces, before focusing on how the visualisation of runtime information affects these issues. Many of the issues are compounded by the dynamic nature of the information to be visualised and the explosive growth in the volume of information that this dynamism can bring. Wider results of this research have allowed the proposal of the necessary concepts that should be considered in the design and evaluation of runtime visualisations. Software visualisation at runtime is still a relatively unexplored area and there remains many research challenges within it. This thesis aims to act as a first step to addressing these challenges and aims to promote interest and future development within this area

Experimental and Theoretical Investigation of Integrated Engine Generator - Liquid Desiccant System

Combined heat and power (CHP) involves on-site generation of electricity by using gas-fired equipment along with utilization of waste heat available from the power generation process. This research focuses on the design, installation and analysis of integration options of a modular CHP system involving the integration of a natural gas fired reciprocating engine generator with a liquid desiccant dehumidification system in a medium sized commercial office building. The engine generator provides 75 kW of electrical power fed parallel to the grid while the combined waste heat from the exhaust gases and jacket water from the engine is used to regenerate the liquid desiccant. The liquid desiccant unit dehumidifies the outdoor air and supplies it to the mixed air section of the roof top unit of the building. The experimental part of the research discusses the various aspects involved in the design and installation of the system such as the mechanical design of the structure, the heat recovery loop design and the electrical interconnection with the grid. Extensive testing and data analysis was conducted to characterize the performance of the integrated system and compare the performance with a traditional power plant as well as conventional HVAC systems. A comprehensive steady state thermodynamic model of the integrated CHP system was coded in Visual Basic .Net. After validation with experimental results, an economic and climate model was integrated into the thermodynamic model with actual electricity and gas prices as well as the climate data for different representative states in the United States to demonstrate the feasibility of the system under different scenarios. This research addresses and assesses the different integration opportunities and issues encountered during the integration of the engine generator - liquid desiccant system with the existing electrical grid and the roof top unit. Based on the hands-on experience gained during the design, installation, operation and maintenance of the integrated system as well as the results obtained from extensive simulation of the system, this research develops valuable design guidelines on the integration and operation of the packaged engine generator-liquid desiccant system in commercial office buildings for future designers and system integrators

Long Life Single Stage PFC/SLC Converter driving LEDs

Licht emittierende Dioden (LEDs) sind heutzutage für Beleuchtungsanwendungen Stand der Technik und daher allgegenwärtig. Langlebige Beleuchtungsanwendungen erfordern allerdings ein robustes Systemdesign. Daher wurde die typische Ausfallursache von LED-Leuchten ermittelt: Die Stromversorgung ist mit 52% die wahrscheinlichste Ausfallursache. In manchen Anwendungen muss der LED Treiber theoretisch zehn Mal ausgetauscht werden, bevor die Lebensdauergrenze des LED-Moduls erreicht wird. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der Entwicklung eines langlebigen, einstufigen LED Treibers, welcher aus einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und einem Serien LC (SLC) Wandler besteht. Ein Großteil der Ausfälle des LED-Treibers wird dabei durch den Elektrolytkondensator verursacht. Durch den Ersatz des Elektrolytkondensators durch einen Filmkondensator wird prognostiziert, dass die Lebensdauer der Leuchte deutlich erhöht werden kann. Im Abschnitt 4 werden verschiedene LED-Treibertechnologien und Topologien analysiert. Nach einer ganzheitlichen Topologieanalyse wurde die PFC/SLC-Topologie gewählt. Die dabei verwendete diskontinuierliche totem pole Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und der Serien LC Wandler wurden im Zeitbereich analysiert. Für beide Wandler wird der durchschnittliche Eingangsstrom bzw. der durchschnittliche Ausgangsstrom bestimmt. Da zwei Stellgrößen gleichzeitig eingestellt werden müssen, der AC-Eingangsstrom und der DC-Ausgangsstrom, sind für die Steuerung zwei Freiheitsgrade erforderlich. Die PFC- und SLC-Übertragungsfunktionen werden jeweils durch Frequenz und Tastgrad gesteuert. Dazu wurde eine Lösungsfunktion entwickelt, welche die Frequenz und den Tastgrad in Abhängigkeit von Eingangsleitwert, Ausgangsstrom und mehreren Messwerten berechnet. Durch die Erfassung der Zwischenkreisspannung und der Ausgangsspannung wirken sich deren Änderungen nur minimal auf den Ausgangsstrom aus. Dies erlaubt einen höheren Spannungsripple am Zwischenkreiskondensator, und damit den Ersatz von Elektrolytkondensatoren durch Folienkondensatoren. Die Lebensdauer des LED-Treibers wird dadurch deutlich steigert. Für den verwendeten Regelalgorithmus müssen mehrere Spannungen und Ströme gleichzeitig gemessen und digital gefiltert werden. Beispielsweise wird die Zwischenkreisspannung zuerst analog gefiltert, dann AD gewandelt und erneut digital durch einen resonanten Beobachter gefiltert. So kann die doppelte Netzfrequenz im Zwischenkreiskondensator herausgefiltert werden. Weiterhin wird ein Verfahren zur galvanisch getrennten Spannungsmessung entwickelt. Dadurch kann die Steuerung auf der Primärseite platziert werden, während die Sekundärseite genau gemessen werden kann. Auf Grundlage der vorgeschlagenen Messschaltung werden Schutzkonzepte entwickelt, um eine Selbstzerstörung oder Schädigung während des Betriebs vorzubeugen. Um die Anzahl der LEDs in einem LED-Modules zu erhöhen, z. B. um kleinere MidPower-LEDs anstelle von HighPower-LEDs einzusetzen, wird eine neuartige Parallelschaltungskonzept für LEDs entwickelt. Die Schaltung misst die einzelnen Strangströme, bildet dann einen Mittelwert aus den einzelnen Strangströmen, welcher wiederum dann als Vorgabewert genutzt wird. Auf diese Weise können LEDs sicher, und ohne Beeinträchtigung der Effizienz und Lebensdauer parallel geschaltet werden. Für den Betrieb des LED-Treibers wird ein ausgeklügeltes Hilfsspannungskonzept zur Selbstversorgung entwickelt. Da die Regelung digital implementiert ist, ist ein tiefgreifendes Softwareengineering erforderlich, um die Echtzeitperformance der CPU sicherzustellen. Eine unzureichende Implementierung der Regelungssoftware führt zu einem instabilen Regelkreis. Die Messungen am Ende der Arbeit zeigen, dass ein langlebiger, flimmerfreier LED-Treiber entwickelt wurde. Der Netzeingangsstrom ist dabei sinusförmig, während der LED Ausgangsstrom nahezu konstant ist. Der maximale Wirkungsgrad des LED-Treibers wurde zu 93% bestimmt