Particle swarm optimization
76 theses under this subject heading
Evrimsel algoritmalar ile üç aşamalı bir korunmalı alım opsiyonu modeli eniyilemesi
Gelişimsel algoritmalar finans alanında çeşitli problemlerin çözümü için kullanılmaktadır. Opsiyon alım satım stratejileri de kaldıraçlı işlem özelliği göstermeleri ve güvenli olmaları açısından son zamanlarda tercih edilmektedir. Bu çalışmada Korunmalı Alım (Covered Call) adı verilen opsiyon alım stratejisinin genetik algoritma ve parçacık sürüsü eniyilemesi kullanılarak geliştirilen üç aşamalı model ile eniyilenmesi amaçlanmıştır. İlk aşamada trend belirlemesi yapılmış, ikinci aşamada trend bilgisi kullanılarak, Bağıl Güç Endeksi (RSI) ile al-sat sinyalleri oluşturulmuş ve son aşamada da Korunmalı Alım stratejisi için gerekli parametreler eniyilenmiştir. İlk aşamada arama uzayı küçük olduğu için bütün değerler denenerek sonuçlar elde edilirken, diğer iki aşamada genetik ve parçacık sürüsü algoritmaları eniyileme için kullanılmıştır. Geliştirilen üç aşamalı modeli test etmek için 4 farklı ETF kullanılmıştır; SPY, XLE, IWM ve XLF. Bu ETF'ler 2005-2008 yılları arasında eğitilmiş ve optimize edilmiş, 2009 yılında da test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar Al ve Tut yöntemi ile ve daha önce geliştirilen 2 Aşamalı Model ile karşılaştırılmıştır.
Evrimsel algoritmalar ile yayılma stratejisi opsiyon çiftlerinin eniyilemesine bağlı iki aşamalı bir alım satım modeli geliştirilmesi
Yapay zeka, portföy optimizasyonu ve fiyatlandırma problemlerinde uzun süredir kullanılmaktadır. Bu çalışmada iki aşamalı bir opsiyon stratejisi modellenmiş, Genetik Algoritma ve Parçacık Sürüsü Eniyilemesi algoritmalarıyla eniyilenmesi amaçlanmıştır. Finansal stratejiler eniyileneceklerinde fiyatların yükselme ve düşme eğiliminde olmak üzere ikiye ayrılarak eniyilenmeleri başarımı arttırmaktadır. Bu nedenle ilk aşamada, eğilim tespit yönteminin eniyilenmesi amaçlanmıştır. Eğilim tespiti için finansal varlığın yakın geçmiş ve uzak geçmişteki fiyat ortalamaları alınmıştır. Yakın geçmiş ortalaması uzak geçmiş ortalamasından fazla olduğunda fiyatın yükselme, tersi durumda ise düşme eğiliminde olduğu kabul edilmiştir. 1. aşamada yakın geçmişin ve uzak geçmişin kaç günden oluşacağı parametreleri eniyilenmiştir. 2. aşamada, 1. aşamada bulunan değerler kullanılarak eğilim tespiti yapılmış, fiyatın yükselme eğilimi göstermesi durumunda Alım Opsiyonlu Yayılım Stratejisi, düşme eğilimi göstermesi durumunda da Satım Opsiyonlu Yayılım Stratejisi kullanılmıştır. Alınacak/satılacak opsiyonların kullanım fiyatları ve vadeleri eniyilenmiştir. Geliştirilen model 5 ETF üzerinde denenmiş, sonuçlar 3 farklı stratejiyle karşılaştırılmış ve en yüksek kârı bu çalışmada önerilen modelin getirdiği görülmüştür.
Kuvvet-geri-beslemeli sistemler için sağınımlı döner manyetoreolojik fren geliştirilmesi
Haptik cihazların kuvvet geri besleme sistemlerinde aktif eyleyicilerin kullanılmasına bağlı olarak kullanıcı güvenliği problemleri açığa çıkmaktadır. Ayrıca aktif eyleyici kullanan sistemlerde empedansa bağlı istenmeyen titreşimlerin önlenmesi için de akıllı çözümlere ihtiyaç duyulmaktadır. Reolojik özellikleri kontrol edilebilen Elektroreolojik (ER) ve Manyetoreolojik (MR) akışkanlar hem titireşimlerin engellenmesinde hem de tepki kuvveti elde edilmesinde kullanılmaktadırlar. Manyetoreolojik Akışkanlar (MRF) viskoziteleri Elektroreolojik Akışkanlara (ERF) göre çok daha kolay kontrol edilebilen akıllı malzemelerdir. Bu nedenden dolayı çeşitli fren, kavrama ve sönümleyicilerde ERF yerine MRF kullanımı tercih edilmektedir. Mevcut MRF cihazlarda akışkan sızması ve yüksek sürtünme torkları gibi sorunlar bulunmaktadır. Öte yandan, bu oldukça ağır cihazlardan elde edilen kuvvetler insanların kullanımı için çok yüksektir. Patentler ve akademik yayınlar incelendiğinde, haptik cihazlar ile kullanılabilecek küçültülmüş bir MRF cihaz konusunda çok az çalışma olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada haptik cihazlarda kullanılabilecek sağınımlı döner bir MRF sönümleyici geliştirilmiştir. Geliştirilen cihazda bahsedilen sorunların en aza indirilmesi amacı ile peristaltik pompaların çalışma prensibi esas alınmıştır. Peristaltik hareket elde edebilmek ve sızdırmazlığı sağlamak amacı ile elastik malzemeler kullanılarak iki tip MRF haznesi tasarlanmış ve üretilmiştir. Elastik haznelerin üretilebilmesi için hızlı takımlama sürecinden faydalanılmıştır. Hareket halindeki büyük parçalar ataleti arttıracağından, ayrıca geliştirilen ürünün küçültülmüş boyutlarda olması gerekmektedir. Bu amaçla ilk çalışan prototipin ölçüleri kullanılarak en iyileme çalışması yapılmıştır. En iyileme çalışması Parçacık Sürü En İyilemesi (PSO) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. PSO süreci sonrasında elde edilebilecek en hafif, en az güç tüketen ve en yüksek tepki torkunu veren tasarıma ulaşılmıştır. Hem çalışan prototiplerin hem de PSO ile elde edilen tasarıma ait deneysel sonuçlar ile teorik hesaplamalar kıyaslanmıştır. Ayrıca ısıl analizler gerçekleştirilerek cihazda meydana gelebilecek sıcaklıklar sayısal olarak elde edilmiştir. Geliştirilen tasarım ve cihaz ile kapalı çevrim sıvı taşıması yapan bir sistemdeki MR akışkanının viskozitesi kontrol edilebilmektedir. Böylece, bu cihazı kullanan haptik cihazlar veya sistemler titreşimsiz güç aktarımı yapabilecektir. Ayrıca yarı-aktif eyleyici olarak kullanılabilecek cihaz mevcut olan ayarlanabilir frenlerin yerine de kullanılabilir. Ayarlanabilir fren ve sönümleyicilerin kullanıldıkları diğer uygulamalar arasında koltuk süspansiyonu, egzersiz aleti sönümleyicileri ve bacak protezleri örnek olarak gösterilebilir.
Yeni nesil kablosuz ağlarda kapasite ve kapsama alanı eniyilemesi için dron baz istasyonlarının kullanımı
Son yıllarda meydana gelen teknolojik gelişmeler, İnsansız Hava Araçlarının (İHA) ya da daha çok bilinen şekliyle dronların hem ticari hem de askeri alanda bir çok uygulamada kullanılabilmesine olanak sağlamıştır. Dronların kullanımı ile gözetleme, arama ve kurtarma, malzeme dağıtımı, haberleşme gibi çeşitli uygulamalarda düşük maliyetli ve etkin çözümler sağlanmaktadır. 5G ve ötesi haberleşme sistemlerinin hedeflediği çok yüksek veri kapasitesinin ve servis kalitesinin sağlanması noktasında da dronların önemli rol oynayacağının görülmesi üzerine bu alanda araştırmalar hızlanmıştır. Ayrıca, askeri haberleşmede dronların kullanımı da bu alandaki araştırmaları motive etmektedir. Dronların haberleşmede kullanımında en önemli problemlerden bir tanesi dron baz istasyonlarının (DBİ) 3 Boyutlu (3B) uzayda nasıl konumlandırılacağıdır. Bu tez çalışmasında pratik varsayımlar altında DBİ'lerin konumlandırılması kullanıcı veri kapasitesine bağlı şekilde modellenmiş ve çeşitli senaryolar kurgulanarak özgün konumlandırma yöntemleri önerilmiştir. Bu kapsamda öncelikle ağın doğrusal ve logaritmik veri kapasitelerinin eniyilenmesi problemi incelenmiş ve kümeleme temelli hızlı çalışan gerekli DBİ sayısını ve pozisyonlarını belirleyen bir yöntem önerilmiştir. Kullanıcıların düzgün dağılmadığı belli bir bölgede yoğunluk barındıran ağlar için DBİ konumlarının DBİ kullanıcı eşleşmesi ile birlikte optimize edilmesi önerilmiştir. Askeri bir uygulama olarak taktik sahada DBİ'lerin kullanımı ele alınmış ve kullanıcı pozisyonlarını kestirip vurulma olasılığını azaltan özgün bir DBİ konumlandırma yöntemi önerilmiştir. Bir diğer senaryoda, DBİ'lerin güvenilirlik oranlarının haberleşme sistemlerine göre düşük olması ve taktik sahalarda DBİ'lerin etkisiz hale getirilme olasılıkları göz önünde bulundurularak DBİ'lerin konumlandırılması incelenmiştir. Bu kapsamda bir DBİ devre dışında kaldıktan sonra ağın performansını iyileştiren özgün konumlandırma yöntemleri geliştirilmiştir. Tanımlanan problemlerin konveks olmaması sebebiyle meta sezgisel yöntemlerden yararlanılmış ve en yüksek çözüm doğruluğuna ulaşan yöntem belirlenmiştir.
Yapısal optimizasyon problemlerinin çözümü için yeni bir hibrid optimizasyon yönteminin geliştirilmesi
Optimizasyon, herhangi bir problem için verilen koşullar altındaki bütün çözümleri arasından en uygun çözümü bulma işlemi olarak ifade edilebilir. Optimizasyon probleminin daha kolay çözülebilecek bir yapıda olması için problemin yapısına göre belirlenen matematiksel modeller oluşturulur. Doğadan ilham alan meta-sezgisel optimizasyon algoritmalarının davranışlarındaki kararsızlık ve düzensiz yapıları, birçok optimizasyon uygulamaları ve problemler için çözüm olabilmektedir. Meta-sezgisel optimizasyon algoritmalarının temel bileşenleri olan keşif, global arama yaparak çeşitli çözümler üretme sürecini, istifade ise yerel aramaya odaklanma ve en uygun aday çözümleri seçmeyi açıklamaktadır. Çalışmada, yapısal optimizasyon problemlerinin çözümüne yönelik yeni bir hibrid optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Literatürde mevcut ve güncel meta-sezgisel optimizasyon algoritması olan Yapay Tavşan Optimizasyonu (ARO) algoritmasının, kaotik haritalar ile entegre edilerek yakınsama hızının geliştirilmesi ve bu yeni hibrid algoritmanın çeşitli yapısal optimizasyon problemlerinin çözümünde kullanılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada, Yapay Tavşan Optimizasyonu (ARO) algoritmasının matematiksel denklemlerindeki rastgele parametreler, literatürde iyi bilinen 10 kaotik harita ve önerilen 4 farklı modifikasyon yöntemi ile hibridlenmiştir ve tez kapsamında geliştirilen bu hibrid algoritmaya, Kaotik Yapay Tavşan Optimizasyonu (CARO) algoritması adı verilmiştir. CARO algoritmasının 23 klasik test fonksiyonları ile performansları test edilmiştir. CARO algoritması daha sonra 5 temel mühendislik tasarım problemi olan basınçlı kap tasarımı, rulman tasarımı, çeki/bası yay tasarımı, ankastre kiriş tasarımı ve dişli takımı tasarımına uygulanmıştır. CARO algoritması, literatürdeki güncel ve popüler 6 meta-sezgisel algoritma olan Yapay Tavşan Optimizasyonu (ARO) algoritması, Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO), Gri Kurt Optimizasyonu (GWO), Güve-Alev Optimizasyonu (MFO), Harris Şahinleri Optimizasyonu (HHO) ve Genetik Algoritma (GA) ile karşılaştırılmıştır. Tez kapsamında, mevcut bir taşıt fren pedalı parçasına göre daha az ağırlıkta ve çalışma koşullarındaki gereksinimlerini karşılayacak gerilme değerine sahip olan yeni bir fren pedalı parçasının CARO algoritması kullanılarak yapısal optimizasyonu yapılmıştır. Fren pedalı parçasının yapısal optimizasyon probleminin matematiksel modelini meydana getirmek için latin hiperküp örnekleme yöntemi ve radyal temelli fonksiyonlar ile meta-modelleme yöntemi kullanılmıştır. Topoloji ve şekil optimizasyonuna göre fren pedalı parçasında 6 adet delik açılarak ağırlık hafifletilmiş ve tasarım değişkenleri belirlenmiştir. Latin hiperküp örnekleme yöntemi ile 100 farklı fren pedalı modeli oluşturulmuştur. Radyal temelli fonksiyonlar ile meta-modelleme yöntemiyle amaç fonksiyonu olarak ağırlık ve kısıt fonksiyonu olarak gerilme değerleri için matemetiksel denklemler elde edilmiştir. Bu matematiksel denklemler kullanılarak, fren pedalı parçasının kütle minimizasyonu açısından, CARO algoritması literatürde bilinen 6 meta-sezgisel algoritmalarla mukayese edilerek çözülmüştür. Sonuç olarak, fren pedalı parçasının optimum tasarım ağırlığı 983.30 gr olarak bulunmuştur ve başlangıç tasarımı ağırlığı olan 1202 gr değerine göre %18.2 daha hafif çıkmıştır. Yeni geliştirilen Kaotik Yapay Tavşan Optimizasyonu (CARO) algoritması, literatürde ilk defa taşıt parçasının yapısal optimizasyon probleminde kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler: Meta-sezgisel optimizasyon, Yapay tavşan optimizasyonu algoritması, Kaotik haritalar, Kaotik yapay tavşan optimizasyonu algoritması, Topoloji optimizasyonu, Şekil optimizasyonu, Mekanik tasarım, Fren pedalı
Yonga üstü uygulamalar için tümleşik fotonik ızgara bağdaştırıcıların tasarımı ve eniyilenmesi
Tümleşik fotonik, optik bileşenlerin tek bir çip üzerinde bütünleştirilmesine olanak tanıyan devrim niteliğinde bir teknoloji olarak öne çıkmaktadır. Bu ilerleme, telekomünikasyon, biyomedikal algılama, kuantum bilişim ve hassas ölçüm sistemleri gibi birçok alanda önemli gelişmelere katkı sağlamıştır. Geleneksel elektronik devrelerden farklı olarak, tümleşik fotonik ışığı bilgi taşıma ve işleme amacıyla kullanarak geniş bant genişliği, ultra yüksek veri aktarım hızı ve düşük güç tüketimi gibi avantajlar sunmaktadır. Ancak, tümleşik fotonik sistemlerde karşılaşılan en büyük zorluklardan biri, optik fiberler ile çip üzerindeki dalga kılavuzları arasında ışığın verimli bir şekilde bağdaştırılmasıdır. Optik iletişim ve algılama uygulamalarında kullanılan standart optik fiberlerin çekirdek çapı yaklaşık 10 μm iken, çip üzerindeki fotonik dalga kılavuzları genellikle 1 μm'den daha küçük boyutlara sahiptir. İki arayüz arasındaki bu önemli boyut farkı, bağdaştırma kayıplarına ve mod uyumsuzluklarına neden olarak tümleşik fotonik cihazların verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Bu sorunu çözmek amacıyla çeşitli bağdaştırıcı teknikleri geliştirilmiş olup, en yaygın kullanılan yöntemler ızgara bağdaştırıcılar (grating coupler) ve kenar bağdaştırıcılardır (edge coupler). Izgara bağdaştırıcılar, gelen ışığı kırınım temelli bir yapı aracılığıyla dalga kılavuzuna yönlendirerek dikey bağdaştırma mekanizması sağlar. Bu yöntem, hizalama toleranslarının daha esnek olması, yonga (wafer) seviyesinde test edilebilmesi ve kompakt bir tasarıma sahip olması gibi avantajlar sunarak yüksek yoğunluklu tümleşik fotonik sistemler için cazip bir seçenek haline gelmektedir. Kenar bağdaştırıcıların bağdaştırma verimlilikleri daha yüksek olmasına rağmen, yüksek hassasiyet gerektiren üretim süreçleri ve yonga üstüne ışığı hizalamadaki hassasiyetin önemi gibi zorluklar nedeniyle uygulamada daha karmaşık hale gelmektedir. Tümleşik fotonik platformlarında en yaygın kullanılan malzemeler silisyum (Si) ve silisyum nitrür (SiN)'dür. Yüksek kırılma indisi kontrastına sahip silisyum fotoniği, güçlü optik alan hapsi sağlarken, CMOS (Bütünleyici Metal Oksit Yarı İletken) üretim süreçleri ile tam uyumluluğu sayesinde büyük ölçekli entegrasyon için uygun bir platform sunar. SiN ise düşük yayılım kayıpları ve geniş spektral çalışma aralığı sayesinde özellikle doğrusal olmayan optik uygulamalar ve kuantum bilişim için avantaj sağlamaktadır. Literatürdeki çalışmalar çoğunlukla tek bir malzemeye odaklanırken, bu tezde hem Si hem de SiN kullanılarak 1550 nm dalga boyu için optimize edilmiş ızgara bağdaştırıcı tasarımları önerilmektedir. Bu çalışma, ızgara periyodu, aşındırma derinliği ve bağdaştırma açısı gibi yapısal parametreleri optimize ederek bağdaştırma verimliliğini artırmayı ve kompakt bir tasarım sağlamayı hedeflemektedir. Önerilen tasarımlar, fiberden çip üzerine ışık bağdaştırma sürecinin performansını iyileştirerek tümleşik fotonik teknolojilerinin daha geniş bir uygulama alanına yayılmasına katkıda bulunacaktır.
DD13 çelik sac malzemelerin derin çekme parametrelerinin incelenmesi ve optimizasyonu
Bu tez önerisi, ERD 6224 kalite sacların 250 ton hidrolik preste derin çekme prosesindeki iniş hızı, yağlayıcı faktörü gibi parametrelerin girdi parametrelerinin sacın incelmesi ve boy uzaması gibi çıktı parametreleri açısından optimum değerlerinin belirlenmesini amaçlamaktadır. Bu çalışmada DD13 (ERD 6224) kalite sac kullanılacaktır. Burada değişken parametrelerinden ilki, pres iniş hızı olarak seçilmiştir. Bu değer, minimum %20 maximum %100 olacak şekilde referans alınacak ve bu değerler arasında uygun değerler belirlenecektir. İkinci girdi parametresi olarak sac kalınlığı seçilecektir. Sac kalınlığı için seçilen aralık 2.5 mm < t < 4 mm olacak şekilde belirlenecektir. Yağlayıcı farklılıkları da bu çalışmada gözlemlenecektir. Aynı sac ve kalınlıklarda hem katı sıvı yağlayıcılar hem üretim de kullanılan naylon maddesinin göstermiş oldukları farklı uzama miktarı ve incelme oranları deneyler yapılarak incelenecektir. Bu çalışmada alandaki diğer çalışmalardan farklı olarak derin çekme oranı 2'den büyük olan numuneler baz alınacak, çalışma parametreleri ve yanıt parametreleri arasındaki ilişki Box-Behnken metodu ile belirlenecektir.
Kodlanmış metamalzeme ile radar soğurucu malzeme tasarımı
Bir nesnenin/hedefin tespit, teşhis ve takibini yapan RADAR sistemlerinin askeri ve sivil alanda her geçen gün önemi artmaktadır. RADAR sistemlerinin performansını belirleyen önemli parametrelerden birisi de nesnenin/hedefin RADAR kesit alanıdır (RKA). Özellikle askeri alanlarda, hedefin tespit, teşhis veya takip edilebilirliğini azaltmak amacıyla RADAR kesit alanı azaltımı teknikleri uygulanır. RADAR kesit alanı azaltım tekniklerinden birisi de RADAR soğurucu malzeme kullanmaktır. Öte yandan, elektromanyetik ölçümlerde ve anten parametrelerinin iyileştirilmesinde de RADAR soğurucu malzemeler kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında, RADAR soğurucu malzeme tasarımında yeni bir yöntem olan, temeli elektromanyetik dalganın farklı faz tepkileri ile yönlendirilmesine dayanan, kodlanmış metamalzeme ile RADAR soğurucu malzeme tasarımı hakkında bilgiler verilmiştir. Öncelikle RADAR ve RADAR kesit alanı, RADAR soğurucu yapılar hakkında genel bilgiler ve metamalzeme, kodlanmış metamalzeme hakkında bilgiler verilmiştir. Daha sonra uzak alan saçılma formülleri çıkarılmış ve parçacık sürü optimizasyon algoritması MATLAB ortamında oluşturulmuştur. Geniş frekans aralığında, polarizasyon bağımsız, açısal kararlı ve 2 farklı faz tepkisine sahip birim hücre tasarımları elde edilmiştir. Elde edilen birim hücreler ve optimizasyon algoritması ile kodlanmış metamalzeme tasarlanmıştır. C – X – Ku frekans bantlarını kapsayacak şekilde tasarlanan kodlanmış metamalzemenin, RADAR kesit alanı azaltım değerleri, MATLAB ve CST tam-dalga benzetim çalışmaları ile karşılaştırılmış ve sonuçlar paylaşılmıştır. Kodlanmış metamalzemenin üretimi yapılarak ölçüm sonuçları ile benzetim sonuçları karşılaştırılmıştır. Tasarlanan kodlanmış metamalzeme ile normal geliş açısında, yatay ve dikey polarizasyon bağımsız, en az 7 dB mono-statik RADAR kesit alanı azaltımı 5.2 – 15.8 GHz arasında, bi-statik RADAR kesit alanı azaltımı 5.4 – 15.6 GHz arasında gerçekleşmiştir. Ayrıca eğik gelen elektromanyetik dalga durumları incelenmiş ve bant genişliği bir miktar daralmak kaydıyla 45°'ye kadar RADAR kesit alanı azaltımı sağlanmıştır.
Proton değişimli membran yakıt pili tahrikli bir otomatik yönlendirmeli aracın parçacık sürü optimizasyonu tabanlı yörünge takip performansı
Otomatik yönlendirmeli araçlar (OYA), bir tesisteki malzemeleri taşımak için programlanmış sürücüsüz ve mobil araçlardır. Çalışanların eksikliklerini telafi etmek, işçilik maliyetlerini düşürmek ve depo verimliliğini arttırmak için birçok sektördeki depo ve malzeme aktarımı uygulamalarında kullanılırlar. OYA'lar, taşınan yüklerle insan etkileşimlerini en aza indirerek işlem sürecinde malların hasarını ve endüstriyel kazaları önemli ölçüde azaltmaktadır. OYA'larda mobil çalışmayı mümkün kılmak için enerjiyi depolayan ve bunu istenen oranda mekanik dönme veya öteleme enerjisine dönüştüren güç sistemleri bulunmaktadır. Bu güç sistemleri enerji depolayan bataryalar ve bataryadan enerji alıp mekanik enerjiye dönüştüren motorları içermektedir. Boyutuna bakılmaksızın, mobil robotlar, yeniden batarya dolumu yapmadan önce sahada faydalı bir çalışma süresi elde etmek için yeterli miktarda enerji taşımalıdır. Enerjisel özerklik olarak bilinen bu kavram, faydalı bir süre çalışabilme yeteneği ve harici bir güç kaynağından bağımsız çalışabilme yeteneği olarak iki kriter içermektedir. Bu amaçla bir mobil robot çeşidi olan OYA'ların çalışması için bu çalışmada alternatif enerji kaynaklı tahrik sistemi üzerinde durulmuş olup yakıt pili tahrikli bir OYA tasarımı ve analizleri yapılmıştır. Yakıt pilleri hidrojeni yakıt olarak kullanıp, enerji üreten alternatif bir enerji kaynağı olarak OYA'lar için daha uzun çalışma süresi avantajını sağlamaktadır. Bu çalışmada, ilk olarakistenen isterleri karşılayacak ve yük taşımaya müsait ortamı oluşturacak modüler bir OYA tasarımı gerçekleştirilmiştir. 4 adet mecanum tekerleğe ve bu tekerlekleri tahrik edecek 4 adet DC motora sahip sistemin taşıyabileceği yük kapasitesinin belirlenmesi için yapısal analizler ve sistemin mukavemeti üzerine geliştirmeler yapılarak nihai tasarım elde edilmiştir. Ek olarak, tasarımı yapılan OYA'nın global koordinat sisteminde ve her bir tekerlek için oluşturulan koordinat sisteminde kinematik modeli oluşturulup OYA için ve her bir tekerlek için lineer hız ve açısal hız değişimlerini kullanarak Newton mekaniği ve Langrange enerji denklemleri ile bu hız değişimlerinden yararlanıp sistemin kinematik modeli, dinamik modeli ve DC motor modeli elde edilmiştir. Bu modellerle beraber batarya sistemi olarak kullanılacak olan PEM yakıt pili modeli de oluşturulup elde edilen genel sistem modeliyle sistemin belirli bir yörüngeyi gerçek zamanlı takibi gerçekleştirilmiştir.
Optimization of PMSM using halbach arraysto maximize motor efficiency
Permanent magnet synchronous motors are widely used in technological applications. Various permanent magnet synchronous motors are preferred for different type of purposes such as in home applications, military needs, air-space applications, automotive, health applications, etc. They can provide low cost solutions in high performance load needs depends on its durability, simple construction, control capacity and energy efficient structure.Because of the wide usage of electrical motors in both industrial and home applications, they are becoming integral part of technological applications. Efficient usage of energy sources and efficiency issues about industrial and home systems becoming more important day by day with growing energy demand of world population. As a result, goverment and world energy organizations began to use new standards and regulations to organise energy demand and usage of world. Energy consumption and energy classes of electrical motors became an important issue also for the energy regulations because of wide usage of electrical motors. Moreover, these regulations lead to motor designers to find out new methods about design issues for electrical motors.Halbach magnet array discovered by Mallinson in 1973, depends on his researhes about magnets and magnet based structures. Halbach magnet arrays were used in energy storage applications, accelarators and recorders at the beginning. After its structure is approved, they are applied in different fields like electrical motors. Moreover, optimizations problem based on analytical calculations started to use for best solutions in engineering problems to obtain optimum solutions, rather than empirical formulas. Optimization methods basically classify into mathematical optimization and metaheuristic optimization. Metaheuristic optimization methods like particle swarm optimization, genetic algorithm, artificial bee colony and etc. lead best solutions for engineering problem because of their nature based algorithms. In this research, Halbach array implementation is applied for a pump motor used in household applications. Particle swarm optimization and genetic algorithm are used to optimize the Halbach arrayed design. Finite element method and analytical calculations were used for the motor design. The designed motor is compared to the reference motor in terms of motor performance indicators such as magnetic flux results, efficiency, cost and weight. Results shows that, it is possible to enhance efficiency and output torque at same conditions with using optimized Halbach array as mentioned in the literature. All electrical and magnetic contributions and disadvantages of using Halbach array implemetation are evaluated in the thesis in detail.
Etkin bir depo tasarımı: Pareto analizi ile parçacık sürü algoritması ile raf yerleşimi iyileştirme
Depo ve depolama kavramları, müşteri hizmet ve mâliyetinden dolayı her işletme için önemlidir. Depo yönetimi faaliyetleri, müşteri hizmet ve stok yönetimi açısından bir işletmenin başarılı olmasında büyük rol oynar. Depolar, işletme içerisinde önemli işlevlere sahiptir. Bu tez çalışmasında, bir işletmenin 5 yıllık üretim hacmini arttırması ile, işletmenin mamül ve hammadde deposu da bu büyüme ile doğru orantılı olarak büyümektedir. Üretim hacminin artışının 5 yıllık öngörü değerleri hesaplanıp, depo iyileştirme sürecinde bu öngörü değerleri kullanılmıştır. Bu projede öngörü değerlerine bağlı kalarak mamül ve hammadde depo için kapasite, raf tipi ve lojistik akış yapılarak depo tasarımı gerçekleştirilmiştir. Yapılan depo tasarımı iki farklı yöntem ile denenmiş ve tasarımın doğruluğu ve güvenirliği gözlenmek istenmiştir. Kullanılan ilk metot pareto analizi olup veri elleçleme işlemi yapıldıktan sonra uygun yol çizilmiştir. Aynı şekilde parçacık sürü algoritması metodu ile depo tasarımı yapılmıştır. Bu iki tasarım arasında farklar var mıdır? Tasarımların sonuçları birbirini destekleyecek şekilde midir? Depo tasarımı ya da iyileştirme yapılırken hangi metodun daha doğru sonuca götürmektedir? Anahtar Kelimeler : Tesis Tasarımı, Depo Tasarımı, Optimizasyon, ABC Analizi, Parçacık Sürü Algoritması
Manipulation and placement planning for loading a dishwasher by a robot
Placing the dishes into a dishwasher can take a considerable amount of time, which is a process a person would have to repeat every few days. Therefore, we decided to build a robotic system which would place the mugs on the counter-top to the dishwasher tray. Three types of problems are solved in order to realize this task: object recognition for detecting the mugs; 2D packing problem for placement planning of mugs on the dishwasher tray; placing the mugs into the dishwasher through manipulation. These tasks are solved within a simulation environment and in the physical world by a 5 degree-of-freedom robot arm and a depth camera. Our contribution with this project is placement planning, in which we use different heuristics and optimization methods with different cost methods and functions. Top-Left-Fill (TLF) and Left-Top-Fill (LTF) heuristics are used for packing and Simulated Annealing (SA), Genetic Algorithm (GA), and two different Particle Swarm Optimization (PSO) methods are used for finding the near-optimal solution for the placement of the mugs. The initial configurations of our methods are made with closest-item-first, sorted-size heuristics and random order. In our optimization algorithms, we use weighted-sum (WS) and ranking fitness (RF) methods with bin-packing cost (BPC), user preference-based cost (UPC) and engineering cost (EC) functions. In order to find the parameters and their weights for the cost functions, we conducted preliminary and user studies. Furthermore, we made an observational study to examine the placement methods of the participants. An annotation system was made to rate the sortedness of these placements with a Likert scale. The sortedness of the placements were compared with the Obsessive-Compulsive Scale test results from the observational study to observe the relation. The results of our simulation experiments show that, in general, the GA with the LTF heuristic produces the lowest costs with the WS method, whereas for the RF method, the best optimization method is the SA.
Çimento öğütme prosesinin modellenmesi gözlemleyici ve üst denetleyici tasarımı
Çimento, suyla karıştırıldığında hidrasyon reaksiyonlarının etkisiyle sertleşen bir harç halini alan ve sertleştikten sonra, suyun altında olsa dahi, sertliğini ve kararlılığını koruyan bir inorganik malzemedir. Çimentonun kalitesi, basınç mukavemetiyle ölçülmektedir. Çimentonun kimyasal bileşimi, incelik değeri ve son ürünün partikül dağılımının basınç mukavemeti üzerindeki etkisi çok büyüktür. Çimento öğütme prosesi, çimento fabrikasındaki ana proseslerden biridir ve görevi ise, klinker ve istenilen ölçüde alçı ve katkı maddesinin harmanlanarak homojen hale getirilmesidir. Prosesin sonunda çimento elde edilir ve ürün paketleme hattına sevk edilir. Proses çok giriş çok çıkışlıdır. Girilen besleme miktarının ve ayrıştırıcı (seperatör) hızının ayarlanması ile belirli incelikte çimentonun elde edilmesi hedeflenmektedir. Proses, değirmene klinker, alçı ve istenilen çimento tipine göre katkı malzemesinin beslenmesiyle başlar. Değirmene beslenen hammaddelerin büyük bir kısmı ilk seferde homojen olarak karışmaz. Bu yüzden, karışım bir ayrıştırıcıya sevk edilir. Karışımın ayrıştırıcı motorun merkezkaç kuvvetinin etkisiyle savrulan ince kısmı çıkış hattına iletilir, geri kalanı ise değirmen girişine tekrar harmanlanmak üzere beslenir. Bu geri dönüş miktarı, besleme miktarının bir kaç katı kadardır. Dolayısıyla beslenen karışımın bir kaç kez öğütüldükten sonra ürün olarak çıkması söz konusudur. Bu da, girişin etkisinin ancak birkaç çevrim sonunda gözlenebildiği anlamına gelmektedir. Bu prosesi temsil etmek üzere prosesin daha önceki giriş çıkış değerlerini ve bozucu karakteristiğini kullanan çok giriş ve çıkışlı rastgele bozuculara haiz dinamik bir modele ve istenilen referans incelik değerlerine yaklaştırmak üzere en uygun besleme oranlarını ve ayrıştırıcı motor hızını hesaplayacak bir kontrolör tasarımına ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun yanı sıra, otomatik partikül boyutu ve incelik ölçümü yapan sistemlerin çoğunun verimsiz çalışması ve iyi çalışan sistemlerin de çok maliyetli olması nedeniyle incelik ölçümü öngören bir sistemin de tasarlanması gerekmektedir. Tezde ilk aşamada veri toplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Toplanan veriler işlenerek modelleme çalışmalarında kullanılabilecek hale getirilmiştir. Sonrasında ise besleme, değirmen vibrasyonu ve akımı, elevatör akımı vb. gibi giriş değerlerinin yardımıyla incelik değerini tahmini için Auto Regressive eXogenous Input (ARX), Nonlineer ARX, Temel Parçacık Analizi (PCA), Yapay Sinir Ağları (NN) ve Evrimsel Takagi Sugeno (eTS) metodları kullanılarak sistemin modeli elde edilmiştir. Yüzde uyum değeri yüksek bir model elde edildikten sonra, üst denetleyici çalışmalarına geçilmiştir. Oluşturulan model tarafından tahmin edilen incelik değeri ve diğer sistem parametreleri kullanılarak sistemin istenilen referans incelik değeri etrafında çalışmasını sağlayacak seperatör hızı ve tonaj değeri bilgilerini kullanıcıya sunan bir üst denetleyici model elde edilmiştir. Bu model, Evrimsel Takagi Sugeno (eTS) tekniği kullanılarak elde edilmiştir. Bu sistemin, gerçek zamanlı sisteme uygulanması ve sonrasında ürüne dönüştürülmesi planlanmaktadır. Üst denetleyici sistemler ile ilgili çalışmalar sürdürülmekle beraber ilk aşamada bir PID tipi denetleyici literatürde bulunan simulink modeline gömülerek denenmiştir. Bununla ilgili çalışma, "Otomasyon Dergisi" Aralık 2015 sayısında yayınlanmıştır.
Termal konfor ve enerji verimliliği odaklı akıllı klima kontrol sistemi
Bu tezde, klima kumandası ile klimayı kontrol eden bir kullanıcı gibi çalışan akıllı klima kontrol sistemi anlatılmaktadır. Tasarlanan akıllı klima kontrol sistemiyle klima, kullanıcıların termal konfor sıcaklığına otomatik olarak ayarlanmakta ve tasarım sayesinde enerji verimliliği arttırılmaktadır. Günümüzde insanlar konforlu, modern ve kaliteli bir yaşama ortamı sağlamak için iklimlendirme sistemlerini hiç olmadığı kadar yoğun bir şekilde kullanmaktadırlar. Aynı zamanda klimaların kullanımı gelir seviyesindeki artış ile birlikte artmaktadır ve bununla paralel olarak elektrik harcamalarında da artış gözlenmektedir. Bu sebeplerle artan ihtiyaca yönelik klima kullanımın konforunu arttırmak ve yoğun kullanımdan doğan enerji ihtiyacı azaltmak araştırmaya değer ve gerekli bir konudur. Akıllı klima kontrol sistemi İnternet üzerinden erişilebilirlik, alıcılar ile haberleşme, lineer olmayan denklem çözme, optimizasyon algoritması ve klima kontrolü algoritması gibi yazılım unsurlarını üzerinde barındıran ve bu unsurları aynı anda performans kaybı yaşamadan koşturabilecek donanım unsurlarından oluşmaktadır. Kontrol edilecek klimanın kumandasının tuşlarına basıldığında gönderdiği kızıl ötesi komutlar, kızıl ötesi alıcı yardımıyla kontrolörün içine önceden kayıt edilmektedir. Klima kontrol sistemi bu sayede, kurulu klimanın iç ve dış birimlerinin çalışma şekline müdahale etmeden kızıl ötesi yoluyla klima kumandası komutları gönderen bir kullanıcı rolünde çalışır. Klima kontrol sistemini akıllı yapan, termal konfor sıcaklığını belirleyen algoritma, deney ortamına yerleştirilen sıcaklık ve nem alıcılarından aldığı bilgiler ve sabit deney koşulları altında termal konfor sıcaklığını belirleyerek klimanın kızıl ötesi yoluyla konfor sıcaklığına ayarlanmasını sağlar. Termal konfor sıcaklığını belirleyen algoritmanın çekirdeğini, çevre ve insan faktörleri arasındaki termodinamik ilişki ile deney sonuçlarından alınan istatistiksel verilerin birleştirilmesiyle ortaya çıkarılan tahmini ortalama oy (PMV) fonksiyonu oluşturmaktadır. Fonksiyon sonucunda elde edilen PMV değeri, ISO 7730 ve ASHRAE Standard 55'de belirtilen termal konfor yelpazesinde bir noktaya denk gelir ve büyük bir insan gurubunun ortalama termal konforunu tahmin eder. Termal konfor yelpazesi +3 ve -3 aralığında değişmektedir ve +3 çok sıcak koşullar için, -3 ise çok soğuk koşullar içindir. PMV fonksiyonuna göre elde edilen 0 değeri termal konfor yelpazesinde en uygun ortam koşullarını temsil eder ve yelpazedeki bu değerde bile PMV'ye göre istatistiksel olarak insanların %5'i kendini termal anlamda konforlu hissetmemektedir. ISO standartlarında PMV değerinin +0.5 ve -0.5 arasında olması gerektiği belirtilmiştir. Termal konfor sıcaklığı bulunurken de hem ISO standartları dışına çıkmamak hem de enerji verimliliği sağlamak için deney ortamının PMV değerini yaz aylarında +0.25, kış aylarında -0.25 olmasını sağlayacak hava sıcaklıkları seçilmiştir. Fakat seçilen hava sıcaklığı, PMV fonksiyonunda kullanılan bir parametre olduğu için fonksiyonun tersi alınmıştır. PMV fonksiyonunun çözümü doğrusal olarak yapılamadığından fonksiyonun tersini alma işlemi de doğrusal olarak yapılamaz, dolayısıyla PMV değerinin bulunması ve fonksiyonun tersinin alınması işlemlerinde parçacık kümesi optimizasyonu (PSO) kullanılmıştır. Akıllı klima kontrol sistemi deney ortamının sıcaklığını, belirlenen termal konfor sıcaklığına aşım yapmadan olabildiğince hızlı bir şekilde tasarlanan PI kontrolör sayesinde getirir. PI kontrolör tasarlanırken öncelikle deney ortamının termal transfer fonksiyonu yapılan basamak cevabı deneyleriyle çıkarılmıştır. Daha sonra yapılan benzetimler ve testler ile PI kontrolörünün katsayıları ve yapısı belirlenmiştir. Tasarlanan termal konfor ve enerji verimliliği odaklı akıllı klima kontrol sistemi ile klima çalışma sıcaklığı 0.1 ⁰C çözünürlükle otomatik olarak termal konfor sıcaklığına ayarlanabilmektedir. Yapılan deneyde, PMV değeri -0.25 ve 0 olarak seçildiğinde konfor değeri sırasıyla ortalama 21.7 ⁰C ve 22.8 ⁰C olarak bulunmuştur. Klima, ortamın sıcaklığına ve nemine aynı anda etki ettiği için konfor sıcaklıkları ± 0.1 ⁰C salınım yapmıştır. Deneyde PMV -0.25 değeri için ortam sıcaklığı kontrol sistemi tarafından ±0.4 hata payı ile 21.7 ⁰C'de tutulmaya çalışılmıştır. PMV 0 değeri için ise ortam sıcaklığı kontrol sistemi tarafından ±0.5 ⁰C hata payı ile 22.8 ⁰C'de tutulmaya çalışılmıştır. PMV 0 için sistemin nispeten zorlanmasının sebebi, odanın çok yavaş ısınması fakat çok çabuk soğumasıdır. Ayrıca dış hava sıcaklığı 20 ⁰C'de iken pencere açma senaryosu ile sistemin hata girişine karşı olan dayanıklılığı ölçülmüş ve deney sonuçlarında kontrol sisteminin hata sinyalini başarılı şekilde bastırdığı görülmüştür. Verilere göre kullanıcılar, kışlık kıyafetler ile bilgisayar işleriyle uğraştıklarında ve konfor sıcaklığı PMV -0.25 değerine göre belirlendiğinde %6-%8 arasında ortamdan termal açıdan rahatsız olmuşlardır. Aynı koşullarda konfor sıcaklığı PMV 0 değerine göre belirlendiğinde kullanıcılar ortalama %5.1 oranında ortamdan termal açıdan rahatsız olmuşlardır. Bu yüzden hem enerji verimliliği hem de termal konforun sağlanması için kış aylarında PMV -0.25 değeri tercih edilmiştir.
Tracking control methodologies for a quadrotor UAV
This thesis deals with the problem of designing linear and nonlinear controllers for unmanned quadrotor system stabilization and path tracking. Highly nonlinear and strongly coupling structure of quadrotor makes "Inverse Optimal Control (IOC)" a suitable method for the quadrotor nonlinear position and attitude control. This method is applied to the quadrator using a discrete-time nonlinear affine system model. PID controllers and linear quadratic regulator (LQR) are also applied the system as wellknown linear control strategies. All control methods used in the thesis are compared with each other on a highly nonlinear quadrotor model. Firstly, a highly nonlinear system model with both rigid body dynamics and aerodynamics is introduced. This nonlinear model of quadrotor is linearized around an equilibrium point which is hovering. This linearized model of the quadrotor is represented in state space in order to design LQR for altitude and attitude tracking of the quadrator. In this thesis, IOC also known as Inverse Reinforcement Learning (ILR) formulation is used to solve the reference tracking problem relying on the use of control lyapunov function (CLF) in the establishment of the control law for discrete-time nonlinear quadrotor system. Inverse optimal control approach is beneficial when compared to traditional nonlinear optimal control approach because IOC approach does not bring heavy computational burden as there is no need to solve Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation. At first, a stabilizing feedback control law is constructed such that Control Lyapunov Function (CLF) is known a priori. After this stability examination and determination of a meaningful cost functional, this respective cost functional is optimized. Then, a matrix which will minimize a tracking error function is searched by using PSO algorithm. Apart from trajectory error consideration, the control effort limitations based on not exceeding the actuation force limits were also taken into account. While using linear controllers in a nonlinear system, the influence of saturation limits of the actuator are obvious in the output. The inability of the quadrotor especially in following attitude commands is one of the drawbacks of using a linear controllers. The limitations of control effort that are considered during closed loop operation are brought by means of a penalty factor in the cost function only if control inputs go beyond the allowable minimum or maximum values. Subsequently, in the light of all comparative results of different controllers (proportional integral derivative, linear quadratic regulator, nonlinear method), it seems there is a variety of design specifications which require specific execution strategies. The strongest advantage of nonlinear controller design is that it gives the best possible results by enhancing performance based on parameter optimization using evolutionary algorithm. Finally, three different control approaches have been compared in this thesis. The feasibility and effectiveness of designed controllers has been verified based upon dynamic performance of the system as demonstrated in simulation results.
Parçacık sürü optimizasyonu ve genetik algoritma kullanarak Türkiye'nin 2050 yılına kadar enerji tüketim tahmininin yapılması
Parçacık sürü optimizasyonu (PSO) ve genetik algoritma (GA) modern sezgisel optimizasyon teknikleri arasında en önemli optimizasyon teknikleridir. Çalışmada, PSO ve GA modellerini kullanarak 2050 yılına kadar Türkiye'nin enerji talebini tahmin etmek amaçlanmıştır. Çalışmada, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, IEA (Uluslararsı Enerji Ajansı), OECD ve TÜİK (Türkiye İstatistik Kurumu) tarafından verilen yıllık veriler kullanılmıştır. PSO ve GA enerji talep modelleri, nüfus, ihracat, ithalat, gayri safi yurtiçi hâsıla (GSYH) kullanılarak geliştirilmiştir. Tüm modeller lineer ve karesel formda düzenlenmiştir. Türkiye'nin enerji talebi dört farklı senaryoya göre öngörülmüştür. Analiz sonuçlara göre PSO analizi için R^2 değeri lineer modelde % 91,71, karesel modelde % 93,07 bununla birlikte GA analizi içinR^2 değeri lineer modelde % 91,71, karesel modelde % 94,06'lık bir açıklama gücü tespit edilmiştir. Ayrıca karesel modelde ortalama mutlak yüzde hata oranları, PSO için %22,52, GA için %22,74 değerini almıştır. Lewis'e göre bu değerler modellerin kabul edilebilir olduğunu göstermiştir. PSO model değerlerinin GA'ya göre daha iyi tahmin sonuçları verdiği gözlenmiştir.
Cam, bazalt ve karbon fiber esaslı hibrit kardan milinin filament sarma tekniği ile üretimi ve matematiksel optimizasyonu
Bu çalışmada, binek araçlarda güç aktarma organı olarak kullanılan kardan millerinin, elyaf sarma tekniği ile cam bazalt ve karbon fiber takviyeli hibrit kompozit malzemelerden üretimi hedeflenmiştir. Geleneksel malzemelere kıyasla kompozit malzemeler, eşyönsüz özellik sergileyen doğaları gereği, üretim, tasarım ve optimizasyon konularında daha karmaşık bir mühendislik pratiği gerektirmektedirler. Bu nedenle, çalışmada öncelikle kullanımı hedeflenen kompozit malzemelerin özellikleri ortaya konmuştur. Ardından, eşyönsüz özellik sergileyen bu malzemelerin tasarımı hususunda iç görü edinmek amacıyla, ön çalışma olarak kardan miline göre daha kolay bir problem seçilmiş ve silindirik kompozit numunelerin yanal basma dayanımı için tasarımında deneme-yanılma yönteminin etkinliği incelenmiştir. İşlevsel isterlerin sayısının artmasıyla deneme-yanılma yönteminin yetersiz kalacağı görülmüş, problemi kompozit malzemelerin mekaniği ve kardan milinin işlevsel isterleri bağlamında matematiksel olarak ortaya koymanın gerekliliği kavranmıştır. Bu amaçla, kardan milinin işlevsel isterleri olan burulma dayanımı, burulma burkulması ve doğal eğilme frekansı ortotropik özellik sergilediği varsayan kompozit tabakalar için matematiksel olarak ifade edilmiştir. Elde edilen matematiksel modelden yararlanarak optimum çözümleri üretecek bir parçacık sürü optimizasyon (PSO) algoritması oluşturulmuştur. Bu PSO algoritmanın, etkili çözümler üretilebildiği ayrıca hibrit kompozitlerin kullanımı ile çok amaçlı optimizasyonların mümkün olduğu ve bazalt fiber kullanımının sonuçları daha da geliştirdiği gösterilmiştir.
Meteorolojik parametreler ile doğalgaz talep tahmini için metasezgisel optimizasyon algoritmalarının karşılaştırmalı analizi
Doğalgaz talebinin tahmin edilmesi, sanayi sektörü, enerji kaynakları yönetimi ve özellikle enerji tüketimi yüksek ülke ekonomileri için büyük önem taşımaktadır. Doğalgaz tüketim talebinin tahmin edilmesi karar vericiler ve yöneticiler tarafından alınacak kararlarda gelecekte başarılı yatırımlar yapmak için önem arz etmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'nin doğalgaz talebinin tahmini için dört farklı metasezgisel algoritma kullanılmıştır. Araştırmamızda Diferansiyel Evrim Algoritması (DEA), Parçacık Sürüsü Arama Optimizasyonu Algoritması (PSO), Yerçekimi Arama Algoritması (GSA) ve Geri İzleme Arama Optimizasyonu Algoritması (BSO) performanslarına göre karşılaştırılmıştır. Modellerin performansları daha sonra altı farklı global hata ölçüm yaklaşımı ile değerlendirilmiştir. Karşılaştırılan optimizasyon modellerinde normalize edilmiş meteorolojik veriler (ortalama sıcaklık, basınç, nem, rüzgâr ve yağış) girdi parametreleri olarak kullanılmıştır. 2010-2017 yılları arasındaki aylık (96 ay) veriler eğitim verileri olarak değerlendirilirken, 2018-2020 yılları arasındaki aylık (36 ay) veriler ise test verisi olarak belirlenmiştir. Araştırmada doğrusal (linear), üstel (exponantial) ve ikinci dereceden (quadratic) olmak üzere üç matematiksel model kullanılmıştır. Elde edilen bulgulara göre gerçek doğalgaz tüketimi verilerini eğitim verileri için dört farklı algoritma içinde her üç modelde de (lineer, exponential, quadratic) en başarılı şekilde tahmin eden model DEA algoritmasının ikinci dereceden matematiksel modelidir. Test verileri için ise dört farklı algoritma içinde her üç modelde de en başarılı şekilde tahmin eden model PSO algoritmasının ikinci dereceden matematiksel modelidir.
Yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklı santrallerde maliyet tahmininin optimizasyonu
Sürekli artan enerji talebi, ekonomik kalkınma ve nüfustaki büyümeden kaynaklanmaktadır. Bu artan enerji talebinin önemli bir yüzdesi fosil kökenli kaynaklardan sağlanmaktadır. Günümüzde fosil kökenli kaynakların zararlı etkileri ve sonlu kaynak olmaları yenilenebilir enerji kaynaklarına geçişi zorunlu hale getirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının yatırıma dönüştürülmesi için öncelikle potansiyelinin incelenmesi gerekmektedir. Daha sonra ise bu potansiyelin değerlendirilmesi için maliyet bilgileri önem arz etmektedir. Ayrıca yenilenebilir enerji kaynaklarına ait projelerin uygulanabilirliği maliyet analizlerinin doğru yapılması ve fizibil olması durumu ile mümkün olmaktadır. Bu tez çalışmasında yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyellerinin belirlenmesine vurgu yapılarak maliyet tahminleri yapılmıştır. Bunun için güç denklemleri kullanılarak ampirik denklem modelleri önerilmiştir. Önerilen denklem modellerinin parametreleri sezgisel algoritma yöntemleri kullanılarak hesaplanmıştır. Sezgisel algoritma yöntemleri yüksek doğruluk ile sorun çözme avantajlarına sahiptir. Bu özellikleri maliyet tahminlerinin elde edilmesinde kullanılmıştır. Önerilen ampirik denklemlerin literatür karşılaştırılmaları yapılmıştır. Ayrıca elde edilen sonuçların duyarlılık analizleri yapılarak parametrelere olan etkileri de incelenmiştir.
Fırçasız doğru akım motoru tahrikli iki rotorlu insansız hava aracının adaptif bulanık 2-DOF PID kontrolör ile denge kontrolü
Bu tezde, Fırçasız Doğru Akım Motorlu İki Rotorlu bir İnsansız Hava Aracının (İHA) denge kontrolü gerçekleştirilmiştir. İlk olarak Matlab/Simulink ortamında denge sisteminin modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan model ilk olarak PID ve 2-DOF PID kontrolör ile çalıştırılmıştır. Çalışmada kullanılan kontrolör parametrelerinin belirlenmesinde son zamanlarda optimizasyon uygulamalarında yaygın olarak kullanılan Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritması kullanılmıştır. Daha sonra çalışmada önerilen Adaptif Bulanık 2-DOF PID kontrolör yapısı hem denge açısı hem de motor hız kontrolü için oluşturulmuştur. İHA Denge Sistemi için STM32F4 mikroişlemcisi ve Matlab/Simulink kullanılarak Eş Benzetim (Co-Simulation) yapısı oluşturularak PID, 2-DOF PID ve Adaptif Bulanık 2-DOF PID kontrolörlerin performansı Eş Benzetim sonuçları kullanılarak karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, klasik PID, 2-DOF PID ve Adaptif Bulanık 2-DOF PID kontrolörün İHA Denge Sistemini kararlı bir şekilde kontrol ettiği görülmüştür. Ancak çalışmada önerilen Adaptif Bulanık 2-DOF PID özellikle değişken çalışma koşullarında Adaptif özellik göstererek, çalışmada kullanılan diğer kontrolörlere göre daha iyi bir performans gösterdiği görülmüştür.
Çamaşır makineleri için yeni nesil senkron relüktans motor tasarımı
Beyaz eşya sektöründe artan enerji maliyetleri nedeniyle kullanılan elektrik motorlarının verimi önemli bir faktör haline gelmiştir. Fırça ve kollektör düzeneğinin beraberinde getirdiği bakım ve onarım masrafının fazlalığı ve düşük verimi nedeniyle çamaşır makinelerinde universal motorlardan fırçasız senkron motorlara geçiş giderek hız kazanmıştır. Ancak bu geçişin getirmiş olduğu sürücü ihtiyacı ile birlikte maliyet dezavantajı ortaya çıkmaktadır. Ayrıca kullanılan mıknatıslı motorlardaki mıknatıs fiyatı ve hammaddenin büyük bir kısmının uzak doğu devletlerinde olmasından ötürü ortaya çıkan mıknatıs fiyatındaki dalgalanmalar seri üretim şartları için büyük bir risk oluşturmaktadır. Bu çalışmada, belirtilen bu risk ve maliyetler göz önünde bulundurularak mıknatıs ihtiyacı olmadan yeni nesil çamaşır makinelerine uygun senkron relüktans motorunun tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu hedef doğrultusunda Senkron Relüktans Motorun (SynRM) matematiksel denklemleri elde edilmiştir. Bu denklemler kullanılıp elde edilen ön sonuçlar doğrultusunda bir sonraki adım olan Maxwell programına geçiş yapılmıştır. Özellikle denklemlerle ile tam olarak tanımlanamayan rotor bariyerlerinin, moment, moment dalgalanması ve verim etkisi göz önünde bulundurularak Maxwell programı ile tasarımı yapılmıştır. 12 oyuk, 4 kutuplu, dağıtılmış sargılı, 3-faz, 3480-8584 d/d hız aralığına sahip 4 farklı rotor yapısına sahip olan SynRM analiz edilip hava aralığı, köprü kalınlığı ve uç köprü kalınlıkları için eniyileme yapılmış olup bunların arasındaki en iyi sonuç ortaya çıkartılıp çamaşır makinesi motoru için önerilmiştir.
Kesir dereceli kaotik sistemlerin bilgisayar bilimlerine uygulanması
Sanal ortamda hızla artan veri yoğunluğu nedeniyle daha büyük depolama alanları ve daha güvenli taşıma yöntemlerine ihtiyaç duyulmuştur. Güvenlik önlemlerinin geliştirilmesi ile birlikte aynı hızda yeni yöntemlere saldırı çeşitleri de gelişmektedir. Bu nedenle bilgi güvenliği ve şifreleme, ilk çağlardan günümüze kadar önemli bir konu olmuştur ve hala üzerinde yoğunlukla çalışılmaktadır. Şifreleme bilimindeki önemli çalışma alanlarından biri rastgele sayı üreteçleridir. Başarılı bir şifreleme uygulamasında rastgeleliğin sağlanması ve tahmin edilebilirliğin azaltılması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında kesir mertebeli kaotik sistem tabanlı rastgele sayı üreteci yapısı önerilmiştir. Kesir mertebeli sistemlerin gerçek dünya problemlerini modellemedeki başarısı ile sürekli zamanlı kaotik sistemlerin yapı gereği karmaşık olması ve tahmin edilememesini birleştirerek güçlü bir tasarım elde edilmesi hedeflenmiştir. Bilindiği üzere kaotik sistemler başlangıç koşullarına karşı aşırı hassastır ve bu durumu avantajlı hale getirmek için optimizasyon algoritmalarından faydalanılmıştır. Optimizasyon algoritmaları ile sonsuz uzay içerisinden rastgelelik şartlarını sağlayan başlangıç koşulları ve kesir mertebe değerleri belirlenmiştir. Öncelikle parçacık sürü optimizasyonu ve karınca koloni optimizasyonu kullanılarak Lorenz, Chen ve Rössler kaotik sistemlerine uygun başlangıç koşulları hesaplanmıştır. Daha sonra kaotik sistem çıkışından alınan değerler Mod 2 ve Mod 256 kullanılarak rastgele sayılara dönüştürülmüştür. Bu sayıların rastgeleliği NIST, histogram analizi ve kayan frekans analizleri ile test edilmiştir. Üretilen rastgele sayılar ile yer değiştirme kutusu (s-kutusu) tasarımı yapılmıştır. Bahsedilen mimari hem sürekli zamanda kaotik sistemleri için hem de kesir mertebeli kaotik sistemler için uygulanmıştır. Kesir mertebeli kaotik sistemlerin başlangıç koşullarıyla birlikte kesir mertebe değerleri de optimizasyon algoritmaları ile belirlenmiştir. Deneysel çalışmalar, sürekli zamanlı ve kesir mertebeli kaotik sistemler kullanılarak yapılan uygulamaların tüm rastgelelik testlerini başarıyla geçtiğini göstermektedir. Üretilen s-kutularının performans kriterlerine bakıldığında, literatürdeki kaotik sistem tabanlı rastgele sayı üreteçlerine kıyasla oldukça başarılı sonuçlar verdiği görülmektedir. Ayrıca, sürekli zamanlı verilerdeki başarımı nedeniyle diferansiyel evrim algoritması kullanılarak Lorenz kaotik sisteminin başlangıç koşulları tespit edilmiştir. Rastgelelik testi olarak ki-kare(𝜒2) testi kullanılmış ve testin başarılı şekilde geçildiği görülmüştür. Yapılan son çalışmada ise, en güçlü s-kutusu üretebilen başlangıç koşulları optimizasyon algoritmaları ile üretilmiştir. Çalışma hem sürekli zamanlı hem de kesir mertebeli kaotik sistemler için gerçekleştirilmiştir. Tüm çalışmalar son iterasyona kadar devam ettirilmiş ve birden fazla başarılı sonuç elde edilmiştir. Sonuç olarak performans kriterlerini başarılı şekilde sağlayan kaotik sistem tabanlı s-kutuları elde edilmiştir.
Hesapsal zeka yöntemleri ile insansız hava araçları için 3B ortamda rota planlaması
Teknolojideki gelişim her alanda olduğu gibi insansız hava araçları alanında da gelişim ve değimi sağlamıştır. Donanım ve yazılım alanında yaşanan hızlı gelişmeler insansız hava araçlarının gündelik yaşamda yer almasını ve askeri alanda önemli bir aktör olmasını sağlamıştır. Günümüzde insansız araçlar denildiğinde akla ilk gelen konulardan biri otonom ve otonom seviyesi olmaktadır. Bu tez çalışmasında insansız hava araçları için iki boyutlu ve üç boyutlu ortamlarda otonom sürüşü gerçekleyebilmek için rota planlaması ve hedefe proaktif davranış sergileyerek ulaşma konusu ele alınıştır. Problemin çözümünde hedefe ulaşacak optimum rotayı ve bu bilgiyi oluştururken kaynak ve zaman verimliliğini üst seviyede tutmak amacıyla meta-sezgisel algoritma yaklaşımları kullanılmıştır. Saha yapısı önceden bilinen iki boyutlu ortamda Parçacık Sürü Optimizasyonu, Diferansiyel Gelişim Algoritması ve Genetik Algoritma kullanılmıştır. Ek olarak saha yapısı önceden bilinmeyen ortamda Parçacık Sürü Optimizasyonu, Gri Kurt Optimizasyonu ve hibirt algoritma olarak önerilen Parçacık Sürü Optimizasyonu ve Gri Kurt Optimizasyonu algoritmaları kullanılmıştır. Önerilen hibrit algoritmanın başarılı olduğu görülmüştür. Üç boyutlu ortam için simülasyon uygulaması olarak Gazebo kullanılmıştır. Gazebo ortamında insansız hava aracının dış ortamı algılayabilmesi için lidar sensör kullanılmıştır. Saha yapısı bilinmeyen üç boyutlu ortamda geliştirilmiş olan hibrit algoritma yaklaşımı kullanılmıştır. İnsansız hava aracı otonom olarak hedefe ulaşmıştır. Oluşturulan rota, başlangıç ve hedef arasında ki kuş bakışı mesafe ile karşılaştırılarak performans değerlendirmesi yapılmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir.
Parçacık sürü optimizasyonu (PSO) kullanılarak elektrik soliton üreteç tasarımı, analizi ve gerçeklemesi
Solitonlar, genliğe bağlı olarak hızın doğru orantılı olarak değiştiği, çarpıştıklarında birbirlerini etkilemeyen, doğrusal olmayan dalga sınıflarıdır. Hızlarının genliğe bağlı olarak değişmesi ve birbirini etkilememesi bu tip dalgaların farklı çalışmalar için kullanımını cazip hale getirmiştir. Askeri radar sistemlerinde, yapay zeka robot çalışmalarında, sinyali uzun mesafelere taşımada, mikrodalga frekanslarında sinyal üretiminde kullanılabilmektedir. Bu tezde soliton dalgası üretimi için doğrusal olmayan iletim hatları (NLTLs) kullanılmıştır. NLTL devrelerinin teorik denklemleri oluşturulmuş ve analiz edilmiştir. Analiz işlemleri sonunda soliton modellemesi gerçekleştirilmiş ve NLTL devrelerini tasarlamak için literatürdeki deneme yanılma yöntemleri kullanmak yerine parçacık sürü optimizasyonu (PSO) algoritması kullanılmıştır. Kullanılan bu algoritma ile 4 farklı merkezi frekans değer paremetresi için optimum sonuçlar oluşturulmuştur. Optimizasyon aşamasından belirlenen devre eleman sayıları ve değerleri için NLTL'ler modellenmiştir. Bu modellerin simülasyonları, 10MHz ile 100MHz arasındaki 10 farklı merkezi frekans değeri için tekrarlanmıştır. Alınan simülasyon sonuçlarından sonra, deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler 3 farklı merkezi frekans değeri için tekrarlanmıştır. Soliton dalga üretiminde; simülasyonu modellenen ve deneyleri gerçekleştirilen tasarımların uyumlu olduğu görülmüştür.