Theses supervised by Prof. Dr. Sedat Nazlıbilek
10 theses · Başkent University
Otomotiv tesisindeki basınçlı hava kompresörlerinde otomasyon ile enerji tasarrufu uygulaması
Dünya nüfusunun artması, insanların çalışma düzeyindeki gelişme ve endüstriyel faaliyetlerde ortaya çıkan gelişmeler enerji kullanımlarını düzenleme ve azaltmaya yönelik faaliyetlerde bulundurmaya başlamıştır. Bu çalışma, otomotiv tesisindeki basınçlı hava kompresörlerinde enerji tasarrufu sağlamayı ve enerji verimliliğini artırmayı hedeflemektedir. Bu çalışma doğrultusunda Ankara'da bulunan Türk Traktör fabrikasının basınçlı hava sistemi üzerinde ölçüm ve incelemeler yapılması, sistemde bulunan basınçlı hava kompresörlerinin çalışmalarını inceleyip analiz yapılması ve bu kapsamda kompresörlerin çalışmasını düzenleyici enerji tasarrufu sağlayacak bir otomasyon sistemi tasarımı ortaya çıkarılmıştır. Çalışma kapsamında uygulanan metodoloji: Basınçlı hava sistemi bileşenlerinin ve konfigürasyonunun belirlenmesi; işletme tarafı incelemelerinin yapılması; uygulanacak projenin kapsamı; işletmeye özgü sistem tasarımının yapılması; talep tarafı incelemeleri ve hesaplamalarının yapılması; sonuç ve önerilerin raporlanması; ve uygulanan projenin tasarruf ekonomik analizi adımlarını içermektedir. Sistemin mevcut halinin çalışması sırasında ki incelemeler; bir enerji analizörü ve akış metre kullanarak işletmedeki kompresörlerden veri toplanmış ve kompresörlere özgü enerji tüketimleri hesaplanmıştır. Diğer yandan, işletmeye özgü tasarlanan otomasyon sistemi kompresörleri eş yaşlanmalı olarak çalışmasını sağlayarak bakım tasarrufu sağlamış ve tüm kritik verilerinin, arıza alarmlarının merkezi SCADA sistemine aktarımı sağlanarak işletme personellerinin periyodik kontrol zamanlarını azaltmıştır. Projenin uygulanması ile işletmenin yıllık enerji tüketiminde %8,3 oranında enerji tasarrufu ortaya çıktı gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Basınçlı hava kompresörleri, enerji verimliliği, otomotiv tesisi, enerji tasarruf önlemleri, otomasyon sistemleri.
Radyo astronomi uygulamaları için 1420 mhz çalışmafrekansında dar bantlı filtre tasarımı
1420MHz radyo astronomik ölçümlerin yapıldığı frekans değerlerinden birisidir. Atomik yapıdaki hidrojen bulutlarının özellikleri radyo gözlemleriyle 1420MHz'de saptanmaktadır ve ölçümler radyo teleskop sistemlerinin RF bloğu ile gerçekleştirilir. Bant geçiren filtreler bu RF bloğun çok önemli bileşenlerindendir. Bu tezde, radyo astronomi uygulamaları için 1420MHz çalışma frekansında yarım dalga boyu açık devre sonlandırmalı saplama filtresi yöntemi ile dar bantlı, mikroşerit bant geçiren filtre tasarlanmıştır. Tasarlanan filtreye çeyrek dalga boyu kısa devre sonlandırılmış saplamalar ekleyerek, harmonik bastırma çalışmaları yapılmıştır. Filtrenin elektromanyetik uyumluluğunu artırmak ve girişim sorunlarını önlemek amacıyla GCPW (Grounded Coplanar Waveguide) yapısı uygulanmış ve çevresine topraklama delikleri eklenmiştir.Filtre tasarımlarında AWR simülatörü kullanılarak 3 boyutlu elektromanyetik simülasyonlar yapılmış ve istenen tasarım kriterlerine ulaşmak için saplama uzunlukları optimize edilmiştir. ROGERS 4350B dielektrik malzemesi kullanılarak üretilen filtrenin teorik ve pratik sonuçların uyum içinde olduğunu göstermiştir. Elde edilen filtre, yaklaşık 100MHz bant genişliğinde ve -30 dB yansıma kaybı (S11) değerlerinde ölçülmüştür. Bu bulgular ile filtre; yüksek seçicilik, yüksek yansıma kaybı ve istenmeyen frekansların etkin bastırılması gibi özelliklere sahiptir, böylece hem akademik hem de uygulamalı araştırmalarda kullanım için idealdir.
Deep learning based real-time colorful night vision
Night vision systems such as Intensified Charge-Coupled Device (ICCD) provide target recognition in low-light conditions (e.g., night vision) but are inconvenient for separating and quickly analyzing images of multiple objects in a scene. Having a colorful image like daytime in night vision systems definitely improves image analysis, situational awareness of the observer, reaction time, and perceptual analysis (human vision). The aim of the study is to convert the colored, color monochrome(green) image in night vision systems into a realistic image by converting it to color in real time using a deep learning network. Cycle-GAN, one of the techniques used in image-to-image transfer, was preferred as a method. The application of the night vision field is limited to observing nature. For this purpose, a dataset of foxes caught in the wild was selected. A dataset of night vision images was needed to train the network. No such dataset was found when searched. A night vision filter was developed to carry out the thesis work. This filter produces four distinct green night vision tones from the colored image: no moonlight, quarter moonlight, half moonlight, and full moonlight. The first contribution of the study is the fox dataset generated using the four distinct moonlight night vision filters. Second, the use of deep learning networks CycleGAN to colorize color monochrome(green) night vision images is the first time implemented in this thesis. Third, augmenting the dataset using four different Moonlight filters can also be considered as a dataset augmentation technique for the night vision dataset.
Küresel Konumlandırma Sistemleri'nin olmadığı iç mekanlarda haritalama ve konum kestirimi
Küresel Konumlandırma Sistemleri'nin (KKS) olmadığı iç ortamlarda konum kestirimi ve haritalama, önemli ve zorlayıcı bir konudur. KKS'nin olmadığı ortamlarda konum kestirimi problemi yıllardır üzerinde çalışılan bir konudur. Özellikle işlem güçlerinin her geçen gün artması, ergonomik yapıları ve elde edilebilirlikleri ile kamera ve ataletsel ölçüm birimleri (IMU) birlikte kullanılarak konum kestirim problemlerini çözme fikri bir hayli artmıştır. Bu tezde, KKS'nin olmadığı/etkisiz olduğu iç mekanlarda robotik sistemlerin haritalama ve konum kestirimi süreçleri ele alınmıştır. Günümüzde KKS'den gelen sinyallerin engellendiği ya da erişilemediği iç mekanlarda doğru ve güvenilir bir konumlandırma sağlamak, özellikle savunma sanayii için kritik öneme sahiptir. Bu bağlamda, görsel ataletsel eş zamanlı lokalizasyon ve haritalama (ViSLAM) algoritmaları, iç mekan konumlandırması için etkin bir yaklaşım sunmaktadır. Tez kapsamında, kamera ve IMU entegre edilerek görsel ve ataletsel veriler birleştirilmiştir. Kullanılan algoritma, çift (stereo) Oak-D-Pro kameradan elde edilen görsel verileri ve IMU verilerini eş zamanlı işleyerek haritalama ve konum kestirimini gerçekleştirmektedir. Algoritmanın doğruluğunu ve performansını arttırmak amacıyla IMU kalibrasyonu detaylı bir şekilde yapılmıştır. Bu sayede sistemin sensör verilerini doğru şekilde işleyebilmesi sağlanmıştır. ViSLAM algoritmalarının temel avantajları olan gürültüye dayanıklılık ve yüksek hassasiyet bu çalışmada derinlemesine analiz edilmiştir. Çalışmada kullanılan deneysel platform ile hem stereo kameradan aktarılan görüntü hem de ataletsel ölçüm birimi sensöründen gelen veriler Robot Operating Sistem (ROS) altyapısı kullanılarak işlenmiş ve ORB-SLAM3 algoritması ile entegre edilmiştir. Geliştirilen sistem, iç mekanlarda hareket eden bir insan/robotun çevresini doğru bir şekilde haritalayabilmesini ve kendi konumunu yüksek doğrulukla belirleyebilmesini sağlamıştır. Bu tez, Luxonis firmasının üretmiş olduğu Oak-D-Pro adlı kamerası kullanılarak ViSLAM algoritması ile gerçek dünyadaki iç mekan uygulamalarında kullanım potansiyelini göstermekte ve bu alandaki literatüre katkı sağlamaktadır. Oak-D-Pro kamerası literatürde kullanılmamış olması, bu çalışmayı diğerlerinden farklı kılmaktadır. Elde edilen sonuçlar, Oak-D-Pro kamerası ile geliştirilen sistemin hem akademik hem de endüstriyel uygulamalar için umut vaat eden bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.
Seri haberleşen iki akıllı röle modülü ile servo motorlu geçiş turnikesi kontrolü
Genellikle metrolarda, havalimanlarında, statlarda ve ofis girişlerinde sıkça gördüğümüz fiziksel güvenlik sistemlerinden olan turnikeler, geçiş kontrol sistemlerinin en önemli ekipmanlarındandır. Bu tarz turnikelere entegre edilen biyometrik ve kartlı modüller sayesinde insanların tüm hareketleri online olarak izlenebilmekte, gerektiğinde puantaj hesaplamaları da yapılabilmektedir. Daha önce fırçasız DC motor ve PLC ile kontrol edilen turnikenin maliyet/performans ikilemi arasında tespit edilen ters orandan dolayı yeni bir çalışma gerektiğine karar verilmiştir. Teze konu olan camlı tip turnike seri haberleşen iki mikroişlemci ile kontrol edilmektedir. Hali hazırda kullanılan bir kontrolcü kart diğer aynı kart ile seri haberleştirilerek I-O sayısı arttırılmış; sisteme daha fazla fonksiyon katmıştır. Akıllı röle modülleri servo motor enkoderi, sensörler ve kullanıcı tarafından gelen komutlarla servo motor sürücüsüne komutlar vermektedir. Kullanılan uygun fiyatlı kontrolcüler sayesinde sistemin maliyeti düşürmüş olup servo motor ile beraber performansı yükseltilmiş ve ürünün kalitesi-ömrü arttırılmıştır.
Cubesat design that includes temperature measurements of surface of cloud, land and sea on continuous thermal IR band
Main aim of this thesis is realization of the cubesat with handling temperature measures from the surfaces of cloud, land and sea in thermal infrared (IR) band continuously. In the direction of this target, temperature measures from the surfaces of cloud, sea and land will gain in high-resolution and visible band by infrared (IR) sensor. The result of synthesizing of cloud movements with the necessary resolution and sample distance, the detection of air currents or wind and data transferring are aimed. Infrared (IR) camera has been chosen with the result of detail researches and reviews. Continue on, the infrared (IR) sensor that located inside of the camera and electronic structure that support it are detected for the target to obtain the best results from the camera which has infrared (IR) properties. This identification has been made from the meteorological satellites that still on the mission of Earth's surface. After the necessary choices has been made, the tries of air currents or wind and data transferring of Earth's surface with starting of the cubesat design has been take placed. The necessary surface measures are made by the infrared (IR) camera which has enough qualifications. Successfully completing part of this study, in the following session detection of air currents or wind and data transferring from the result of synthesizing cloud movement will have been realized with showing the existence in Low Earth Orbit (LEO) at the level of cubesat.
Nanometre hassasiyetinde robotik taşıma sistemi tasarımı
Bu tez kapsamında nanometre hassasiyetinde istenen değerde doğrusal biçimde bir uzama hareketi yapabilen doğrusal bir piezoelektrik motor sistemi ve denetimi için piezoelektrik eyleyici tasarlanmıştır. Bu çalışmada sadece maddenin hareketinin mikroskop görüntüleri ile ölçülmesi ve istenilen konuma gelip orada kalabilecek kadar kararlı bir denetleyici tasarımı olacaktır. Nanometre hassasiyetindete bir motorun tasarlanması için Piezoelektrik madde kullanılmalıdır. Diğer tür motorlarda istenilen hassasiyetin yakalanması piezoelektrik maddeye göre çok daha zordur. Piezoelektrik maddenin özelliği gereği yüksek gerilimlerde düşük yer değiştirme oranlarına sahip olmalarıdır. Bu tezde kullanılan piezoelektrik madde için önerilen voltaj değişimi 0-150volt aralığında olup bu gerilim değişiminde uzama miktarı kullanılan piezoelektrik malzemeye göre 0-40mikrometre yer değiştirmeye sahiptir. Bu tez kapsamında ilk önce piezoelektrik madde için bir sürücü devresi tasarlanmıştır. Bu sürücü devresi PWM tekniği ile çalışan bir sürücü devresidir. Tasarlanan sürücü devresi Bilgisayar ortamında modellenerek PWM tekniği ile nasıl çalıştığı ve istenilen şartları sağladığı kontrol edilmiştir. Piezoelektrik madde çok az yer değiştirmeye sahip olduğu için görüntü işleme teknikleri ile yerdeğiştirme miktarı ölçülmüştür. Bu ölçüm tasarlanan geribeslemeli denetim sisteminin geribesleme bilgisi olarak kullanılarak, istenen uzama miktarı ile arasındaki hata en aza indirilmeye çalışılmıştır. Denetim algoritması olarak PID denetleyici kullanılmıştır. Kamera ile ölçülen yerdeğiştirme bilgisi arzu edilen uzama değerinden çıkarılarak PID denetleyiciye gönderilmiş ve istenilen yerdeğiştirmeye göre bir denetim sinyalinin üretilip PWM tekniği ile piezoelektrik sürücüye gönderilmesi sağlanmıştır.
X bant uygulamaları için GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteç tasarımı
Galyum Nitrür (GaN) tabanlı Yüksek Elektron Hareketli Transistörlerin (HEMT'ler) ortaya çıkışı, özellikle yüksek arıza gerilimleri ve üstün güç işleme yetenekleri nedeniyle dikkatleri üzerine çekmiştir. Bu özellikler, GaN tabanlı Monolitik Mikrodalga Devresi (MMIC) teknolojisi üzerinde çok yüksek verimliliğe sahip yüksek güçlü yükselteçler (HPA) tasarlama şansı verir. GaN HEMT'lere duyulan ihtiyaç, onu yalnızca HPA'lar için değil, aynı zamanda anahtarlar ve düşük gürültülü yükselteçler (LNA) için de giderek daha çekici hale getirdi. GaN HEMT monolitik teknolojisinin ortaya çıkmasıyla birlikte, düşük gürültü yükselteç tercihleri de değişti. GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteçler, sisteme gürültü vererek çok düşük güçlü bir sinyali, sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde düşürmeden yükselten, genel sistem gürültü katsayısını azaltacak şekilde, devreleri limitleyecek korumaya ihtiyaç duymadan ve hasar görmeden son derece yüksek giriş gücü seviyelerine dayanabilen alıcı aşamaları gerçekleştirmek için en iyi adaylardan biridir. Alıcı devrelerinde düşük gürültülü yükselteçler, antenden alınan sinyale düşük gürültü vererek sinyalin gürültülü kısmını düşürdüğünden iletişim sistemleri için önem arz eder. GaN HEMT'lerin doğal sağlamlığı nedeniyle, bu cihazlar kullanılarak tasarlanan LNA'lar, koruma devresi olmadan sürekli çalışabilir. Bu tezde, X bandında çalışan bir MMIC LNA, kaynak dejenerasyonu ile GaN HEMT kullanılarak tasarlanmıştır. Pasif devre elemanları, transistörler ve MMIC NANOTAM'da geliştirilen Silisyum Karbür (SiC) tabanlı 0,15 μm/0,2 μm AlGaN/GaN HEMT mikrofabrikasyon süreci ile üretilmiştir. Üretim iki aşamadan oluşmaktadır. Sırasıyla önyüz ve arkayüz adımlarını içermektedir. Üretilen transistörlerin doğrusal akım (DC), küçük işaret, büyük işaret ve gürültü katsayısı ölçümleri yapılmıştır. LNA tasarımı için uygun HEMT seçilmiş ve tasarım süreci, kaynak dejenere HEMT kullanılarak tek kademeli yapıda gerçeklenmiştir. Kaynak dejenere HEMT topolojisi hem kolay giriş eşlemesi hemde kararlılık sağlamıştır. GaN tabanlı LNA MMIC tasarımı yapılmış üretim sonrasında wafer üzerinde oda sıcaklığında ölçümleri alınmış ve en iyi sonuçları aktarılmıştır. LNA tasarımı 8-11 GHz arasında 7 dB üzerinde küçük işaret kazancı, 8,5 dB'den iyi giriş ve çıkış kayıpları, 1,1 dB'den iyi gürültü katsayısı, 17,19 dBm çıkış gücü ve %12,64 akaç verimliliği sağlamaktadır.
Yolov3 and kalman filter based star detecting algorithm for cubesats' star tracker sensors
High accuracy of the attitude estimation in CubeSats is crucial for the reliability of the system and the complete fulfillment of CubeSat's missions. Star tracker cameras are reliable options for providing highly accurate attitude estimation on the satellites. The position information of the stars is one of the critical issues for high accuracy. Various star detection and position detection algorithms are used. Especially with the development of machine learning, in addition to traditional methods, state-of-the-art algorithms have begun to be developed. The accuracy of star detection in star detection algorithms using machine learning in the literature remains lower than in traditional methods. Therefore, this thesis uses the YOLOv3 deep learning network for star detection as a state of art method, and the traditional Kalman filter to track stars' positions and further increase accuracy by avoiding potential errors. The YOLOv3 algorithm, which has high sensitivity and fast working structure within the real-time object detection algorithms, processes the images from the star tracker cameras, increasing the sensitivity of the attitude estimation for star detection and position information by almost 99 percent. Moreover, in the attitude estimation algorithm developed with the star tracker for the cube satellites, the information coming from the YOLO network is filtered with the Kalman filter, which is one of the most reliable fractionation methods known, and the accuracy rate reaches almost 99 percent.
Kusurlu zemin yüzeyinde kare yarık halka rezonatörü kullanılan metamalzeme mikroşerit anten tasarımı ve performans incelemesi
Yapılan bu tez çalışmasında ilk olarak 5.8 GHz frekansında çalışan gömme beslemeli (inset fed) mikroşerit yama anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan anten için alttaş Rogers RT Duroid 5880 malzemesine dayanarak dielektrik katsayısı 2.2, kalınlığı 0.9 mm belirlenmiş ve tasarımlar gerçekleştirilmiştir. Zemin yüzeyi geometrisi olarak kare yarık halka rezonatörü şekli tercih edilmiş olup birçok kusurlu zemin yüzeyi tasarlanmış ve anten parametreleri üzerine olan etkileri incelenmiştir. Kare yarık halka rezonatörü tasarımı (Square Split Ring Resonator, S-SRR) MATLAB ve CST programlarının birlikte çalıştırılmasıyla geliştirilmiş ve optimize edilmiştir. Yapılan tasarımlarda antenin yama pozisyonu, besleme hattı uzunluğu ve kare yarık halka rezonatörleri arasındaki mesafenin anten parametrelerini ne yönde değiştirdiği ele alınmıştır. Tez çalışmasının son aşamasında tek frekans bandında ve birden fazla frekans bandında çalışan antenler elde edilmiştir. Advanced Design Systems (ADS) programında yapılan simülasyonlardan elde edilen bulgulara göre tek frekans bandında çalışan anten tasarımlarında bant genişliği, geri dönüş kaybı, kazanç ve radyasyon verimliliği parametrelerinde iyileşme gözlemlenmiştir. Çok bantlı anten özelliği geliştiren tasarımlarda kazanç değeri 5.8 GHz için düşmüş olsa da antenin yama şekli değiştirilmeden birden fazla frekans aralığında çalışma özelliği kazandığı gözlemlenmiştir.