27
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Sabit mıknatıslı senkron generatörlü rüzgar türbin sistemlerinin kaotik analizi ve senkronizasyonu
Yenilenebilir enerji kaynaklarının, özellikle rüzgar enerjisinin elektrik şebekesine entegrasyonu, sera gazı emisyonlarını azaltma ve fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı azaltma konusundaki muazzam potansiyeli nedeniyle büyük ilgi topladı. Rüzgar enerjisinden yararlanmanın birincil yolu olarak hizmet veren rüzgar türbinleri, rüzgardan elde edilen mekanik gücü kullanılabilir elektrik enerjisine dönüştürmek için verimli ve güvenilir jeneratörler gerektirir. Son yıllarda, kalıcı mıknatıslı senkron jeneratör (KMSG) adı verilen çığır açan bir teknoloji ortaya çıktı ve kendisini rüzgar türbini uygulamaları için son derece umut verici bir çözüm olarak konumlandırdı. Bu yenilikçi jeneratör, olağanüstü verimlilik, kompakt boyut ve sağlamlık dahil olmak üzere bir dizi avantaj sağlar. KMSG 'nin en önemli ayırt edici özelliklerinden biri yüksek verimliliğidir. Sürekli bir mıknatıs rotor tasarımı kullanan bu jeneratör, geleneksel jeneratörlere kıyasla gelişmiş enerji dönüşüm oranlarına ulaşır. Sürekli mıknatıs konfigürasyonu, rotor sargılarına olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, kayıpların azalmasına ve genel verimliliğin artmasına neden olur. Sonuç olarak, PMSG ile donatılmış rüzgar türbinleri, aynı miktarda rüzgar enerjisinden daha fazla elektrik üretebilir ve bu da onları, optimum güç çıkışı arayan yenilenebilir enerji projeleri için oldukça çekici bir seçenek haline getirir. Ek olarak, KMSG 'nin kompakt boyutu, kurulum ve bakım açısından önemli avantajlar sunar. Rotor sargılarının olmaması, genel boyutları ve ağırlığı azaltan daha modern ve basitleştirilmiş bir jeneratör tasarımı sağlar. Bu kompaktlık, yalnızca taşımayı ve kurulumu kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda çeşitli ortamlarda rüzgar türbinlerinin yerleştirilmesinde daha fazla esneklik sağlar. Ayrıca, jeneratörün küçültülmüş boyutu malzeme ve üretim maliyetlerinin düşmesine katkıda bulunarak KMSG 'yi rüzgar enerjisi sistemleri için uygun maliyetli bir seçenek haline getirir. Sağlamlık, KMSG teknolojisinin sunduğu bir diğer önemli avantajdır. Rotor sargılarının bulunmaması, yalıtımın bozulma riskini ve ilgili arızaları ortadan kaldırarak jeneratörün genel güvenilirliğini ve dayanıklılığını artırır. Bu özellik, açık deniz kurulumları veya aşırı hava koşullarına sahip bölgeler gibi zorlu ve zorlu ortamlarda bulunan rüzgar türbinleri için özellikle önemlidir. KMSG 'nin sağlam doğası, rüzgar türbinlerinin tutarlı bir şekilde çalışabilmesini ve zorlu koşullara dayanabilmesini sağlayarak, artan çalışma süresine ve iyileştirilmiş uzun vadeli performansa katkıda bulunur. Bu çalışmanın ilk bölümü, KMSG ve kaosa genel bir bakış sunarak temel oluşturmayı amaçlamaktadır. KMSG, dönen bir manyetik alan oluşturmak için rotordaki kalıcı mıknatısları kullanan belirli bir elektrik jeneratörü türüdür. Bu benzersiz tasarım, ayrı bir uyarma sistemine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, geleneksel tasarımlara kıyasla daha kompakt ve verimli bir jeneratör sağlar. Kalıcı mıknatıslar kullanarak, KMSG çeşitli avantajlar sunar. İlk olarak, ayrı bir uyarma sistemine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak jeneratörün yapısını basitleştirir ve toplam boyutunu ve ağırlığını azaltırlar. Bu kompaktlık, rüzgar türbinleri veya elektrikli araçlar gibi alanın sınırlı olduğu uygulamalarda özellikle faydalıdır. Ek olarak, KMSG'de rotor sargılarının bulunmaması, kayıpları azaltır ve aynı girdiden daha yüksek güç üretimine izin vererek genel verimliliği artırır. Ayrıca, KMSG, kaosa ilişkin dikkate değer özellikler sergiler. Kaos, doğrusal olmayan dinamik sistemlerde gözlemlenen, başlangıç koşullarına duyarlılık ve görünüşte rastgele davranışla karakterize edilen bir olguyu ifade eder. KMSG bağlamında, dönen manyetik alan, elektrik sistemi ve mekanik bileşenler arasındaki karmaşık etkileşimler nedeniyle kaos ortaya çıkabilir. KMSG 'deki kaosu anlamak çok önemlidir çünkü hem olumlu hem de olumsuz etkileri olabilir. Bir yandan, jeneratör performansını iyileştirmek için kontrollü kaostan yararlanılabilir. Kaotik davranış, manyetik alanların karışımını artırarak daha verimli güç üretimine yol açabilir. Bu fenomen, KMSG'nin tasarımını ve performansını optimize etmek için çeşitli araştırma çalışmalarında araştırılmıştır. Öte yandan, kontrolsüz veya istenmeyen kaos, jeneratörün çalışması üzerinde zararlı etkilere neden olabilir. Kaotik davranış, aşırı titreşimlere, artan gürültü seviyelerine ve hatta sistem kararsızlığına yol açabilir. Bu nedenle, KMSG'de kaosa katkıda bulunan faktörlerin araştırılması ve anlaşılması, olumsuz etkilerini azaltmak için kontrol stratejilerinin geliştirilmesini sağlamak önemlidir. Çalışmanın bu bölümü, KMSG ve kaosun temel kavramlarını keşfederek sonraki analiz için zemin hazırlar. KMSG ile kaos arasındaki ilişkiyi araştırmak için sağlam bir temel sağlayarak, araştırmacıların ve mühendislerin KMSG teknolojisinin potansiyelini daha fazla keşfetmelerine ve performansını ve güvenilirliğini optimize edecek stratejiler geliştirmelerine olanak tanır. Sonuç olarak, bu araştırma yenilenebilir enerji sistemlerinin ilerlemesine ve sürdürülebilir güç kaynaklarının elektrik şebekesine entegrasyonuna katkıda bulunmaktadır. KMSG ve kaos anlayışı üzerine inşa edilen bu çalışmanın ikinci bölümü, KMSG'de kaosun kontrolünü ele alıyor. Kaos kontrol teknikleri, kaotik sistemleri istikrara kavuşturmada ve istenen sonuçlar için benzersiz özelliklerinden yararlanmada çok önemli bir rol oynar. Bu çalışmada, iki özel kontrol yaklaşımı araştırılmıştır: her ikisi de MATLAB kullanılarak uygulanan geri beslemeli kontrol ve pasif kontrol. Geri besleme kontrolü, sistemin davranışının kendi çıkışından türetilen geri besleme sinyallerinden etkilendiği kaos kontrolünde yaygın olarak kullanılan bir yaklaşımdır. KMSG bağlamında, jeneratörün kaotik davranışını düzenlemek ve stabilize etmek için geri besleme kontrol teknikleri kullanılabilir. Jeneratörün çıkış ölçümlerine dayalı kontrol algoritmalarını dikkatli bir şekilde tasarlayarak, sistemi kaotik bölgelerden uzaklaştırmak veya istenen periyodik yörüngelere yönlendirmek mümkün hale gelir. Bu yaklaşım, jeneratörün dinamikleri üzerinde hassas kontrol sağlar ve genel performansını artırabilir. Pasif kontrol ise harici kontrol sinyallerine dayanmayan alternatif bir yaklaşımdır. Bunun yerine, kaotik davranışı bastırmak veya dengelemek için sistemin parametrelerini veya yapısını değiştirmeyi içerir. KMSG söz konusu olduğunda, pasif kontrol teknikleri, istenmeyen kaotik salınımları bastırmak ve kararlılığı iyileştirmek için jeneratörün fiziksel parametrelerini ayarlamayı veya tasarımını değiştirmeyi içerebilir. Pasif kontrol stratejileri, kararlı çalışmaya yol açan parametre aralıklarını belirlemek için genellikle çatallanma analizine ve optimizasyon tekniklerine dayanır. Dinamik sistemleri modellemek ve simüle etmek için yaygın olarak kullanılan bir hesaplama aracı olan MATLAB kullanılarak bu çalışmada hem geri beslemeli kontrol hem de pasif kontrol yaklaşımları incelenmiştir. MATLAB, kontrol algoritmaları geliştirmek, farklı kontrol senaryoları altında KMSG davranışını simüle etmek ve sonuçları analiz etmek için uygun bir platform sağlar. MATLAB'de bu kontrol yaklaşımlarını uygulayarak araştırmacılar, KMSG 'de kaosu kontrol etmede her tekniğin etkinliği ve uygulanabilirliği hakkında değerli bilgiler edinebilirler. KMSG'deki bu kontrol yaklaşımlarının araştırılması, kaos kontrolü potansiyelini ve bunun jeneratörün performansını ve istikrarını artırmaya yönelik etkilerini göstermeyi amaçlamaktadır. MATLAB simülasyonlarını kullanarak elde edilen sonuçlar, geri beslemeli kontrol ve pasif kontrol tekniklerinin kaosu bastırma ve KMSG'de kararlılığı sağlamadaki etkinliğine dair değerli bilgiler sağlayacaktır. Bu araştırmanın bulguları, yenilenebilir enerji sistemleri alanı için büyük önem taşımaktadır. Rüzgar türbini uygulamalarının ve diğer KMSG tabanlı teknolojilerin önemli bileşenleri olan kaos kontrolünün ve KMSG'deki uygulamasının anlaşılmasına katkıda bulunurlar. Bu sistemlerdeki kaosu etkin bir şekilde kontrol etme yeteneği, gelişmiş güvenilirliğe, artan güç üretim verimliliğine ve gelişmiş genel performansa yol açabilir. Bu araştırmanın çıkarımları, daha güvenilir ve verimli rüzgar türbini uygulamalarının geliştirilmesine kadar uzanır. Genellikle kaotik dinamiklerle ilişkilendirilen aşırı titreşim, gürültü ve dengesizlik gibi istenmeyen davranışları azaltmak için kaos kontrol teknikleri kullanılabilir. Bu çalışmada incelenen kontrol yaklaşımları, sistemi stabilize ederek ve onu istenen işletim rejimlerine yönlendirerek, rüzgar türbinlerinin uzun ömürlülüğüne ve etkinliğine katkıda bulunarak onları daha dayanıklı ve verimli hale getirebilir. Ayrıca, bu araştırmadan elde edilen içgörüler, rüzgar türbinlerinin ötesinde KMSG tabanlı teknolojilerin tasarımını ve optimizasyonunu sağlayabilir. KMSG, yüksek verimlilik, kompakt boyut ve sağlamlık gibi avantajlar sunduğundan, uygulamaları dalga enerjisi dönüştürücüleri ve gelgit enerjisi cihazları dahil olmak üzere çeşitli yenilenebilir enerji sistemlerine kadar uzanabilir. Araştırmacılar ve mühendisler, KMSG'de kaosun nasıl kontrol edileceğini anlayarak, bu teknolojilerin tüm potansiyelini ortaya çıkarabilir ve daha güvenilir ve verimli yenilenebilir enerji çözümlerinin geliştirilmesine yol açabilir.
Obstrüktif uyku apne teşhisi için tek kanal EKG ve hibrit makine öğrenmesi tabanlı yeni bir yöntem
Obstrüktif Uyku Apnesi (OSA) sadece uyku esnasında meydana gelen bir solunum durması rahatsızlığıdır. Bu rahatsızlık sadece uykunun bölünmesine sebep olmakla kalmayıp ölüm ile sonuçlanması da muhtemeldir. Hastalığın teşhisi polisomnografi (PSG) cihazı vasıtasıyla Amerikan Uyku Tıbbı Akademisi (AASM)'nin yayınladığı kılavuzdaki kriterlere göre yapılır. Buna göre uyku evreleme ve solunum skorlama aşamalarının gerçekleştirilmesi gerekir. Teşhis edildikten sonra tedavisi olan bu hastalığın teşhis aşamasının hasta açısından oldukça meşakkatli olması, daha konforlu ve aynı zamanda güvenilir teşhis yöntemlerine ihtiyaç duyulmasına sebep olmuştur. Bu tez çalışmasında OSA hastalığının güvenilir ve konforlu teşhisi için PSG cihazından daha kolay kullanımlı ve daha basit yeni bir sistem geliştirilmiştir. Çalışmada 10 hastaya ait Elektrokardiyografi (EKG) sinyalleri kullanılmıştır. EKG sinyalinin farklı frekans bantlarına ait bileşenleri türetilmiş, 225 adet özellik çıkarılmış, çıkartılan özellikler Fisher Özellik Sıralama Algoritması ve Temel Bileşen Analizi (PCA) ile seçilerek azaltılmıştır. Daha sonra bu özelliklerin tümü ve azaltılmış özellikler ayrı ayrı kullanılarak sınıflandırma işlemleri yapılmıştır. Çalışmada Karar Ağacı (DT), Destek Vektör Makineleri (SVMs), k-En Yakın Komşuluk Algoritması (kNN) ve Topluluk Sınıflandırıcı olmak üzere toplam dört sınıflandırıcı kullanılmıştır. Sınıflandırma performansı Birini dışarıda bırak (Leave One Out - LOO) yöntemi ile incelenmiştir. Sınıflandırma performansının değerlendirilmesi için ayrıca duyarlılık, özgüllük ve doğruluk oranı değerleri hesaplanıp verilmiştir. Fisher özellik sıralama algoritması ile her sinyale ait özellikler seçilerek sınıflandırılmıştır. Seçilen özellik miktarının artması ile birlikte başarı oranında %10 kadar artış meydana gelmiştir. Özellikle EKG sinyaline ait özellik seçim işleminde uyku evrelemede %87,12, solunum skorlamada %85,12 doğruluk oranı ile en büyük başarı yakalanmıştır. Bu aşamada uyku evrelemede 10 özellik için özgüllük ve duyarlılık oranları sırasıyla 0,85 ve 0,90, solunum skorlamada 13 özellik için özgüllük ve duyarlılık oranları ise sırasıyla 0,86 ve 0,85 dir. Bu başarım değerleri literatür ile uyumlu ve oldukça yüksektir. Çalışmada elde edilen sonuçlar OSA'nın teşhisini kolaylaştıracak, pratikte de kullanılabilir olan bir sistemin geliştirilebilir olduğunu göstermiştir.
BUCK-BOOST DC-DC dönüştürücü kaynaklı EMI/EMC problemlerinin çözümüne yönelik makine öğrenmesi temelli yaklaşımlar
Firmalar, ürettikleri elektronik cihazlara, bu alandaki yetkin laboratuvar ortamlarından yararlanarak sivil ve askeri standartlar kapsamında EMI/EMC testleri uygulamaktadır. Bu testler içinde bulunan emisyon testi, cihazların yayılım ve iletim yolundan yaydıkları elektromanyetik alan seviyesini incelemektedir. Emisyon testlerinde yayılımların uluslararası standartların belirlediği sınır değerler altında kalması zorunluluğu bulunmaktadır. Bu testlerden başarısız olan cihazların piyasaya sunulması olanağı bulunmamaktadır. Tasarım aşamalarında EMC kriterleri göz önüne alınmaksızın yürütülen süreçlerde, üretilen cihazlar büyük olasılıkla söz konusu EMC deneylerinden başarız olmaktadır. Bu durumla karşılaşıldıktan sonra, elde edilebilecek çözümler hem daha sınırlı hem de tasarım süreçlerinin tekrar ele alınması çok daha maliyetlidir. Bu açıdan üretim süreçlerinde gerekli EMC tasarım ilkeleri uygulanmalı ve bu konuda problem varsa tasarım aşamasının başında belirlenmeli ve çözümü yoluna gidilmelidir. Bu tez kapsamında yayılım ve iletim yollu emisyon testlerinin standartlarda öngörülen sınır değerlerinin altında tutulabilmesi için makine öğrenmesi metotları kullanılarak incelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada inceleme için Buck-Boost DC-DC dönüştürücü temelli LED sürücü devresi kullanılmıştır. Kullanılan sürücü yapısındanda yer alan anahtarlamalı buck-boost DC-DC dönüştürücünün yapıda önemli bir elektromanyetik girişim kaynağı olduğu bilinmektedir. Çalışamada LM3429 entegresi temelli LED sürücü devresi temel alınarak farklı komponent seçimleriyle çeşitli tasarımlar oluşturulmuş ve bunlar gerçeklenmiştir. Yapılan tasarımın ardından Sakarya Üniversitesi Elektromanyetik Araştırma Merkezi Laboratuvarında standartlara uygun iletim ve yayınım yollu emisyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ölçüm sonuçları kullanılarak belirlenen makine öğrenmesi yöntemlerinin uygulanmasına yönelik veri setleri oluşturulmuştur. Makine öğrenmesi metotları kullanılarak Buck-Boost dönüştürücü temelli devreler için giriş-çıkış değerleri ve yarıiletken parametrelerine göre emisyon öngörü sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan sistemde sonuçların gösterimi için ise arayüz tasarımı yapılmıştır.
Building energy management system design by using internet of things
Over the last few decades, the energy consumed by appliances is increasing year by year during peak hours due to the level of comfort of occupants in the smart building. Right now, this issue is one of the most important researches in the world. Several studies propose some solutions in order to solve some problems. One of them is to save energy during peak hours and others focus on the management and control of HVAC (Heating, ventilating and air conditioning) and lighting systems. The main advantage of integrating building management and control system in building is to ensure comfort, security and energy efficiency for occupants. Our design emphasis on this advantage by using a new standard, such as M2M (Machine to Machine) communication system in the building (Smart Building) and an intelligent control in order to avoid the peak of energy demand while keeping the occupants in their preferred comfort zone by: - Scheduling of all electrical HVAC equipment and lighting system in SMART BUILDINGs. - Designing an advanced embedded system for energy management and operation of M2M communication based on ZigBee network. - Thermal performance of an office building by using different strategies. - New light control system concept.
Emc testlerinde kullanılmak üzere yüksek kazançlı genişbant dört çıkıntılı boynuz anten tasarımı
This thesis presents a design and simulation of high gain wideband quad-ridged circular horn antenna for Electromagnetic Compatibility (EMC) testing. The selected operating frequency range of the antenna is from 1 GHz to 6 GHz, which is implemented for radiated emission and radiated immunity tests. The antenna is designed as a quad-ridged which is desired to be used in the horizontal and vertical polarization measurements simultaneously. To determine the antenna gain parameter, Vestel test systems are considered as well as actual needs. The gain of the horn antenna currently used in laboratories is not enough for the 3 meters testing. Therefore, 1 meter testing window method is used for radiated, radio-frequency, electromagnetic eld immunity tests which are in the scope of EN61000-4-3 standard. Hence, the designed horn antenna gain is aimed to be have approximately 14 dBi. CST Microwave Studio is used in the design of the horn antenna and simulation results. The simulation results show that the antenna gain is approximately 14 dBi, also at least about 10 dB return loss (S11 and S22) separately for each port providing horizontal and vertical polarization and the isolation of the ports is more than -27 dB.
X-ray görüntülerinden alt solunum yolu enfeksiyonlarının teşhisinde transfer öğrenme yöntemleri ve topluluk öğrenmeye dayalı yeni bir yaklaşım
Pandemik hastalık olarak ilan edilen COVID-19, milyonlarca insanın hayatını etkilemiş ve büyük bir salgına neden olan bir alt solunum yolu enfeksiyon hastalıklarından biridir. Corona virüsü, COVID-19 salgını olarak da kabul edilmektedir. Dünya çapında son yılların en akut ve şiddetli virüslerinden biridir. Virüs aşıları geliştirilmesine rağmen dünya genelinde COVID-19 vaka oranları hızla artmaktadır. COVID-19 ve diğer alt solunum yolları hastalıkların teşhisi için yapay zekâ tekniklerinin de kullanıldığı görülmektedir. Özellikle derin öğrenme teknikleri klasik PCR testi ve X-ray görüntülerin manuel yorumlanmasına göre daha hızlı ve başarılı sonuçlar üretmektedir. Derin öğrenme olarak da bilinen derin yapılandırılmış öğrenme, yorumlamalı öğrenme, aktarılmış öğrenme gibi metotlar yapay sinir ağı tabanlı yöntemlerdir. Bu çalışmada 9 farklı transfer derin öğrenme metodu tabanlı ensemble hibrit bir model ile X-ray görüntüleri kullanılarak COVID-19 ve diğer alt solunum yolu enfeksiyonu hastalıkların teşhisi gerçekleştirilmiştir. DeepFeat-E olarak isimlendirilen hibrit yaklaşım transfer modellerinden elde edilen derin öznitelikler ve klasik makine öğrenimi yöntemlerinden oluşan sınıflandırıcılar kullanılarak teşhis işlemi gerçekleştirmektedir. Önerilen yaklaşımı test etmek için 10.192 Normal, 6012 Akciğer Opaklığı (COVID Dışı akciğer enfeksiyonu), 1345 Viral Pnömoni ve 3616 COVID-19 (Hasta) toplamda 21.165 X-ray görüntüsünden oluşan veri seti kullanılmıştır. Önerilen yaklaşım ile en yüksek başarı DenseNet201 TÖ (Transfer Öğrenme) modellerine ait derin öznitelikler ve İstifleme topluluk öğrenme yöntemiyle elde edildiği görülmüştür. Dört, üç ve iki sınıfa sahip veri seti ile yapılan deneysel çalışmalarda sırasıyla test doğruluğu %90,17, %94,99 ve %94,93 olarak elde edilmiştir. Ayrıca sistemin tüm TÖ modellerinde elde edilen doğruluk değerlerini değişen miktarlarda arttırdığı görülmüştür. Bu tez çalışması kapsamında elde edilen sonuçlara göre, önerilen DeepFeat-E isimli hibrit sistemin alt solunum yolu enfeksiyon hastalıkların teşhisinde hızlı ve güvenilir bir şekilde kullanılabileceğini göstermiştir.
Loşlaştırmalı aydınlatma sistemlerinin incelenmesi ve oluşan problemlerin çözümlerine yönelik yeni bir yaklaşım
Flüoresan ve LED lambalar, düşük enerji sarfiyatları sebebiyle, evlerde ve ofislerde kullanılan en yaygın aydınlatma kaynaklarıdır. Bununla birlikte her iki kaynağın güç faktörü, harmonik bileşenleri ve renk işlemeleri düşüktür. Bu çalışmanın amacı, özellikle LED aydınlatma kaynağının sistem parametrelerini incelemek, aydınlatma kontrolü uygulandığında (loşlaştırma), enerji kalitesi parametreleri, spektrum ve renksel geriverim gibi önemli unsurların davranışını araştırmak ve karşılaştırmaktır. Bu sayede aydınlatma kalitesini etkileyen olumsuz etkenleri ortadan kaldırmak adına önlemler almak için yaklaşımlarda bulunulabilir. Çalışma kapsamında, sözü geçen ışık kaynaklarının renksel geriveriminde ve ışık spektrumlarında oluşabilecek harmonik kaynaklı bozulmalarda kullanıcıların memnuniyetleri araştırılmış, elde edilen veriler neticesinde harmoniklerin sebep olduğu aydınlatma sistem parametrelerinin bozulmasıyla, görsel bozulma arasında anlamlı ilişki kurulmuştur. Daha önce yapılmış çalışmalar incelendiğinde bu konuya değinilmediği anlaşılmış, tez konusunun literatürde eksik kalan bazı konuları tamamlayıp yeni çalışmalara ışık tutacağı fikri oluşmuştur. Gerek enerji kalitesini olumsuz etkileyen gerekse ışık kalitesini bozarak kullanıcıları rahatsız edebilecek harmonikleri ortadan kaldırmak amacıyla yeni bir aktif filtre tasarımı yapılması, var olan sorunlara bir çözüm olacaktır. Yapılan araştırmalar neticesinde PWM ve SRF tabanlı aktif filtre tasarımları üzerinde durulmuştur. Sonuç olarak tasarlanan filtrelerle gerçekleştirilen simülasyonlarda, harmoniklerin istenilen standart değer aralıklarında kalması sağlanmış ayrıca bu yöntemle ışık spektrumunda ve görsel algılamadaki kayıpların önüne geçilebileceği savı ortaya konmuştur.
Elektromanyetik saçılma problemlerine yönelik hızlı ve verimli bir yüzey dipol yaklaşımı
This thesis introduces a surface-based fast method for solving large-scale electromagnetic scattering problems within the Method of Moments (MoM) framework. Addressing the parallelization and low-frequency challenges of the Multilevel Fast Multipole Algorithm, the proposed approach represents conventional Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis functions with uniformly distributed Hertzian dipoles placed on subdomain surfaces. This structural simplification facilitates translation operations, improves implementation efficiency, and supports parallel computing. The method comprises three stages: mapping the original current that is modeled with RWG basis functions to dipoles, translating fields via Green's function, and reconstructing local fields through inverse mapping. Numerical results are provided at both subdomain and full problem levels. Accuracy is first tested on isolated box interactions and then validated in a complete scattering problem involving a perfectly conducting sphere across different frequencies. The proposed method is benchmarked against MoM, a volumetric dipole-based approach, and the analytical Mie series solution, showing excellent agreement in all cases. Aimed to implement the method in Python with just-in-time (JIT) parallelization via Numba, the method is expected to demonstrate practical efficiency. Future work may explore symmetry-based translation reuse, machine learning for operator modeling, and GPU acceleration, making the method a promising candidate for hardware-friendly electromagnetic simulations that is strongly scalable for parallelization.
Manyetik parçacık görüntüleme için düşük bantlı görüntü geriçatımı
Magnetic Particle Imaging (MPI) is a high contrast tracer imaging modality with applications such as stem cell tracking, angiography and cancer imaging. In MPI, a time-varying magnetic fi eld called the drive fi eld is applied, and the magnetization response of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIOs) is recorded. The signal from these nanoparticles is at both drive fi eld frequency and its higher harmonics. However, due to simultaneous excitation and signal reception, the direct feedthrough contaminates the nanoparticle signal at the fundamental harmonic. The direct feedthrough signal can be eliminated using a high-pass fi lter, where the effect of this fi ltering has been shown to be a DC loss in image domain. Reliable x-space image reconstruction can then be achieved via enforcing positivity and continuity of the image. However, low SPIO concentrations and/or hardware constraints can further limit the usable signal bandwidth to only a few harmonics. Under low bandwidth signal acquisitions, the loss of higher harmonics results in blurred images after regular x-space reconstruction. This thesis proposes an iterative x-space reconstruction method that recovers not only the lost fundamental harmonic but also the un-acquired higher harmonics for low-bandwidth acquisitions. Proposed method converges to the ideal (i.e., high bandwidth) MPI image in 3-4 iterations. In extensive simulations that incorporate measurement noise and nanoparticle relaxation effects, the proposed method displays improved image quality with respect to the regular x-space reconstruction scheme, with at least 6 dB improvement in peak signal-to-noise ratio (PSNR) metric. Finally, the proposed method is also demonstrated with imaging experiments on an in-house MPI scanner.
Emilim ve foto algılama için metal-yarı iletken çoklu istifleri
Metal-insulator (MI) stacks are one of the most studied nanoscale devices of the recent decade. These structures have opened a new door to endless photonic applications ranging from solar cells to waveguides and polarizers. The main attribute of metal-insulator stacks is possibility of scaling down device dimensions with them that is the main trend in photonic and electronic technology nowadays. The conventional photonic structures require very high thicknesses where novel photonic devices can show many artificial properties by tailoring specifically designed metal-insulator cells also known as metamaterials. In this thesis, we will investigate some metal-insulator absorber stacks with capability of highly confining light specifically for photodetection. The near-infrared part of the electromagnetic spectrum is problematic in photocurrent generation due to the fact that conventional narrow band gap PN photodiodes fail to function in room temperature. Adding to this predicament is their large dimensions. Some of these problems are addressed in this thesis. First a plasmonic MIM structure is studied with random nanoparticles obtained by dewetting in the top layer which confines the incident light in the plasmonic MIM cavity and gives rise to high absorption through surface plasmon polariton excitation in the bottom lossy metal. Several materials are investigated in order to engineer best absorbers with the focus on absorption in the bottom metal which is critical for photodetection. Our simulations and experimental results demonstrate over 90 percent absorption for most of the visible and near-infrared region. The absorption in the bottom metal in a structure comprised of chromium-aluminum oxide-silver nanoparticles (bottom to top) reaches 82 percent at 850 nm. After obtaining appropriate NIR absorption, an MIMIM photodetector is designed and fabricated where another insulator-metal layer is added to the bottom of the previous absorber. The formerly reported plasmonic photodetectors put the burden of absorption and photocurrent path on the same MIM structure putting restrictions on device design. In our proposed structure, however, tunneling MIM photocurrent junction is used which shares only its top metal with the top absorbing MIM. The main advantage of this structure is that it separates the absorption and photocurrent parts of the photodetector, making separate optimization of each MIM possible. The best structure which is silver-hafnium oxide-chromium-aluminum oxide-silver nanoparticles (top to bottom) demonstrates a peak photoresponsivity (from non-radiative decay of surface plasmon polaritons) of 0.962 mA/W at 1000 nm and a dark current of only 7 nA in a bias of 50 mV. Our results demonstrate approximately two orders of magnitude enhancement in photoresponsivity compared to previously reported MIMIM photodetectors. In another attempt to obtain perfect absorbers for visible and near-infrared regions, we put forth an MIMI absorber. In this work, the contribution of metal layers is studied in detail and material choice is discussed. Our optimization process suggests a versatile method for designing perfect absorbers. Transfer matrix method as well as FDTD simulations are used to optimize thicknesses. Furthermore, in order to shed light on material selection, impedance matching of the waves in the multilayer media to free space is proposed for the extraction of ideal metal permittivity values and comparing them to existing metals. Our experimental result of a tungsten-aluminum oxide-titanium-aluminum oxide (bottom to top) structure illustrates over 90 percent absorption for wavelength range of 400 nm to 1642 nm which is the highest perfect absorption bandwidth reported in similar MIMI structures to the best of our knowledge.
Kızılötesi termal görüntüleme ile periferik vasküler yapıların değerlendirilmesi
Çalışma kapsamında alt ekstremite periferik vasküler yapıların kızılötesi termal görüntüleme ve yapay zekâ algoritmaları üzerinden değerlendirilmesi ile hastalık tespiti yapılması ve profesyonel sporcuların antrenman performanslarının izlenerek antrenman programlarının, bu veriler ışığında organize edilebilmesi hedeflenmektedir. 11 sporcu, 10 sağlıklı, 10 kardiyovasküler risk taşıyan ve 6 hasta olmak üzere 37 bireye ait termogram verileri microbolometer sensörlü kızılötesi termal kamera vasıtasıyla kaydedilmiştir. Efor (10 dakika, 6 km/saat) öncesi ve sonrası veriler sıcaklık kontrollü bir ortamda alınmıştır. Analiz aşamasında, normalize termal görüntülerden Haralick doku öznitelikleri ve istatistiksel özellikler çıkartılmıştır. Özelliklerden kontrast, homojenlik, ortalama, standart sapma ve varyans değerleri, gruplar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farklılık göstermiştir. Haralick doku öznitelikleri kübik tipli destek vektör makineleri algoritması ile eğitilmiştir ve eğitim sonucunda %98.7 başarı oranı elde edilmiştir. Sıcak bölge dağılım görüntüleri normalize edilerek konvolüsyonel sinir ağı modeli ile eğitilmiştir ve eğitim sonrasında %95.7 başarı oranı elde edilmiştir. Sıcaklık değişim frekans bilgileri kosinüs tipli K-en yakın komşu algoritması ile eğitilmiştir. Eğitim sonrası sınıflandırıcının başarı oranı %80 olarak elde edilmiştir. Eğitilen üç modelin çıktıları, son aşamada ileri beslemeli yapay sinir ağı modelinin girdi katmanını oluşturmaktadır. Test sonucunda yapay sinir ağı modeli %99.1 oranında başarı göstermiştir. Önerilen sistemin toplam başarı oranı %90.6 olarak elde edilmiştir. Efora bağlı sıcaklık artışı en yüksek sporcu grupta gözlenirken, en düşük hasta grupta gözlenmiştir. Sıcaklık farkının oluşmasındaki temel sebep alt ekstremite bölgesine taşınan kan miktarının gruplar arasında farklılık göstermiş olmasıdır. Efor öncesi ya da efor sonrası ortalama sıcaklık değerleri yalnız başlarına incelendiği zaman, gruplar arasında anlam bir farklılık göstermediği tespit edilmiştir.
İnsansız hava araçlarında akıllı kontrol sistemlerine yönelik nesne takibi uygulamaları
İnsansız hava araçları günümüzde sıklıkla kullanılmakta olup bunlara olan revaç ve ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Hava araçlarının insansız olması ile bu araçlarda otonom kontrol uygulamaları gereksinimi hızla artmaktadır. İnsansız hava araçları çeşitli koşullarda ve çeşitli görevler için kullanılmakta ve bu görevlerde tam otonom uçuş için akıllı kontrol uygulamaları gerekmektedir. Akıllı bir kontrol sisteminde çeşitli makine öğrenmesi, derin öğrenme ve istatistiksel öğrenme metotları gibi kontrol sistemleri geliştirilmiş ve geliştirilmeye devam etmektedir. Bilindiği üzere insansız hava araçları oldukça hızlı hareket edebilmektedir. Engelden kaçınma veya nesne takibi gibi özelliklere sahip bir insansız hava aracı göz önüne alındığında, kontrolü sağlayan akıllı kontrol sistemi kararları oldukça hızlı ve doğru vermelidir aksi halde hava aracı ya engele çarpacak ya da yanlış karar vererek nesneyi kaybedecektir. Bunun için geliştirilecek nesne takip algoritmasının iki olmazsa olmaz özelliğe sahip olması gerekmektedir. Bu özellikler hız ve doğruluktur. Algoritmanın hızlı olması kullanılacak algoritmanın işlem gücüne ve kullanılacak olan donanımın yeterliliğine bağlıdır. Algoritmanın doğruluğu ise kullanılan metodun sınıflandırma veya takip işlemini ne kadar doğru yaptığına bağlı olacaktır. Bu nedenle, bu çalışmada literatürde halihazırda kullanılan derin öğrenme ve istatistiksel öğrenme metotları kullanılarak performansları karşılaştırılmış ve insansız hava araçlarında akıllı kontrol sistemlerine en uygun nesne takibi metodu bulunmaya çalışılmıştır. Bu çalışmaya yönelik, bir insansız hava aracının 5, 10 ve 20 metre irtifalarda hareketli ve sabit uçuşlarından alınan görüntüler üzerinde Parçacık Filtresi (PF), Kalman Filtresi (KF), Faster R-CNN ve Single Shot Multibox Detector (SSD) yöntemleri kullanılarak nesne tanıma ve nesne takibi uygulamaları gerçekleştirilmiş, sonuçları karşılaştırılmış ve insansız hava araçlarında akıllı kontrol sistemlerine yönelik en uygun nesne takibi yöntemi bulunması amaçlanmıştır. Performans değerlendirmesi amacıyla her bir yöntemin her uçuş sırasında saniye başına kare (FPS), takip doğruluğu, GPU ve CPU kullanım yüzdeleri kıyaslanmıştır. Sonuçlar göz önüne alındığında, Faster R-CNN en yüksek başarı oranına sahipken bunu sırasıyla SSD, KF ve PF takip etmiştir. FPS oranları kıyaslandığında en iyi sonucu KF vermiş ve sırasıyla PF, SSD ve Faster R-CNN gelmiştir. FPS oranlarında SSD ve PF oldukça yakın çıkmışlardır. Kıyaslamalar sonucunda insansız hava araçları için akıllı kontrol sistemlerinde nesne takibi için kullanılmaya en uygun metot, ortalama 12 FPS ile hızı ve yakın mesafede ortalama %90 başarı oranı göz önüne alınarak SSD olarak görülmüştür. Fakat maliyetin, sistem ağırlığının ve işlem gücünün az olması gerektiği sistemlerde ise KF kullanımının uygun olacağı kararına varılmıştır.
Çok serbestlik dereceli bir hidrolik robot manipülatörün deneysel modellenmesi ve optimal kontrolü
Bu çalışmada, çok serbestlik dereceli bir hidrolik robot manipülatörün deneysel modellenmesi ve optimal kontrolü gerçekleştirilmiştir. Hidrolik robot manipulator kaldırma-indirme ve uzatma-çekme olmak üzere iki tür hareket tipine sahiptir. Bu hareketler toplamda on dört farklı şekilde olmak üzere yedi adet tahrik elemanı ile tahrik edilmektedir. Bu on dört farklı hareketin deneysel modellenmesi yapılmış ve transfer fonksiyonları elde edilmiştir. Elde edilen transfer fonksiyonları kullanılarak systemin optimal kontrolü için PID kontrolcü tasarımları yapılmış ve PID kontrolcü kazançları ayarlanmıştır. On dört farklı harekete ait transfer fonksiyonu deneysel olarak elde edilen veriler kullanılarak MATLAB System Identification Toolbox ile tanımlanmıştır. Elde edilen transfer fonksiyonları kullanılarak Genetik Algoritma, Parçacık Sürü Optimizasyonu, Arı Algoritması, Guguk Kuşu Algoritması ve Büyük Patlama Büyük Çöküş optimizasyon yöntemleri aracılığıyla sistemin kapalı çevrim basamak cevabına göre özgün olarak belirlenen amaç fonksiyonunu minimize edilmiştir. Bu çalışma kapsamında Büyük Patlama Büyük Çöküş ve Hooke Jeeves algoritmasının birlikte kullanıldığı hibrit bir optimizasyon algoritması önerilmiştir. Önerilen algoritma ile diğer optimizasyon algoritmaları karşılaştırılmış ve elde edilen sonuçlar grafiksel olarak sunulmuştur.
Lazer ışığını takip eden araç prototipi tasarımı
Bu tezde, lazer ışını ile işaretlenmiş bir nesneyi, o nesneye kitlenerek izleyen lazer güdümlü araç prototipi tasarlanmış; elektro-mekanik donanım ve elektronik kart seçimleri yapılmış; donanım ve görüntü işleme için gerekli yazılımlar yapılmış ve sistem imal edilmiştir. Görüntü işleme; fotoğraf endüstrisi, robotik uygulamalar, gıda endüstrisi, savunma sanayi, hava gözlem ve tahmin uygulamaları ve tıp alanı gibi pek çok sektörde kendine uygulama ve gelişme alanı bulmuştur. Son dönemlerde belirtilen sektörlerdeki gelişmeler, işlenecek verilerin sayısındaki artış gibi faktörler sayesinde, görüntü işleme tekniklerinin de gelişmesini beraberinde getirmiştir. Görüntü işleme tekniklerindeki gelişmeler; makine öğrenmesi, derin öğrenme ve yapay sinir ağları gibi yan alanların da görüntü işleme işlemlerine dahil edilmesini gerekli kılmıştır. Yüz tanıma algoritmaları, sürücüsüz araçlar gibi uygulamalar, makine öğrenmesi destekli görüntü işleme tekniklerine verilebilecek bazı örneklerdendir. Askeri alanda çok önemli bir konu olan nesne takibi uygulamaları ise yapay zeka uygulamaları ile güçlendirilmektedir. Hazırlanan bu tez çalışması; ön tasarım, nihai tasarım ve üretim olarak üç ana aşamada gerçekleştirilmiştir. Ön tasarım aşamasında; öncelikli olarak literatür taraması yapılmış ve benzer çalışmalar incelenmiştir. Nihai tasarıma temel oluşturacak deneysel testler yapılarak sisteme en uygun elektronik ve mekanik ekipmanlar belirlenmiştir. Nihai tasarımda; ön tasarım aşamasında test edilen ve birbirine alternatif oluşturan ekipmanlar avantaj ve dezavantajlarına göre değerlendirilerek belirlenmiştir. Üretim aşamasında; demonte olarak alınan araç gövdesinin montajı yapılmıştır. Bu montaj ile eş zamanlı olarak elektronik ve mekanik ekipmanların da araç gövdesine montajı gerçekleştirilmiştir. Montaj aşamasının tamamlanmasının ardından ön tasarım aşamasında temelleri oluşturulan ve nihai tasarım aşamasında en uygun çözüm olarak belirlenen elektronik kart yazılımları ve görüntü işleme yazılımları prototip ile entegre edilmiştir.
Çok katmanlı dielektrik yapıların farklı materyaller için anten performanslarının incelenmesi
Mikroşerit antenler, kompakt tasarımları ve ucuz maliyetleri sebebiyle en iyi anten yapıları olarak karşımıza çıkmaktadır. Özellikle son zamanlarda yığılmış çok katmanlı yapılar, sarmal, yarık, dipol ve aynı düzlem (coplanar) dalga kılavuzu (CPW) beslemeli antenler benimsenerek daha geniş bant genişliğine ulaşılmaya çalışılmıştır. Bantgenişliği dielektrik sabiti ve geçirgenliği ile ters orantılıdır. Bunun yanında bantgenişliği ve ışıma deseni tanjant kaybına bağlıdır. Bu tez çalışmasında bu özelliklerde dikkate alınarak, tek ve çok katmanlı anten tasarımları yapılmış ve üretilmiştir. Simülasyon ve deneyler sonucunda geri dönüş kaybı (S11), yüzde bantgenişliği (%BW) ve kazanç (G) gibi elektriksel parametreler ile performansları incelenmiştir. Böylelikle çok katmanlı ve farklı dielektrik malzemelerle yapıla antenler ve sonuçları literatüre sunulmuştur. Çok katmanlı anten yapıları, tek, iki, üç ve dört katlı olmak üzere alt tabakalar için yapılmıştır. Buna ek olarak antenlerden daha iyi performans alabilmek için yama üzerine dairesel ve dikdörtgen yarıklar açılmıştır. Antenlerin entegre devrelere uyumlu bir şekilde yerleştirilmesi amacıyla da fiziksel boyutlarının küçüklüğüne dikkat edilmiştir. Bu amaçlarla literatürde yaygın olarak kullanılan ve kayıp tanjant değeri ve dielektrik sabiti düşük malzemeler seçilmiştir. Bu malzemeler, FR4 Proxy, RT/Duroid, Köpük ve Teflon'dur. Antelerin çeşitli uygulamalardaki performanslarını görebilmek için 1 – 9 GHz arası frekanslarda taranmış ve analiz edilmiştir. Analizler sonucunda, 8-11 dB gibi yüksek kazançlı, %14-15 bantgenişliğine sahip ve 15-30 dB geri dönüş kayıplı antenler elde edildiği görülmüştür. Analiz ve modellemeler, sonlu elemanlar metoduna bağlı HFSS simülasyon (Ansoft Yüksek Frekanslı Yapı Simülatörü) yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Yüksek verimli 7.5 kw asenkron motor tasarımı
Dünyada hızla yükselen nüfus ve sanayileşmeye bağlı olarak çevre kirliliği artmaktadır. Bu durumun sebeplerinden biri de düşük verimli fosil yakıtlı motorlardır. Buna karşı gelişen yüksek verimli, çevre dostu, düşük maliyetli, bakım ihtiyacı az olan elektrik motorları gün geçtikçe önemini artırmakta ve giderek yaygınlaşmaktadır. Elektrik motorları otomobillerden asansör sistemlerine beyaz eşyalardan endüstri sektörüne kadar yaygın biçimde kullanılmaktadır. Geniş bir alanda kullanılan asenkron motorlar fosil yakıtlı motorlara göre yüksek verimli olmalarına rağmen bu oranlarının elektriksel açıdan teorik bir kısıtı yoktur. Sağlanan her bir verim artış oranı ülkelerin enerji ihtiyacını büyük ölçüde düşürmektedir. Bu durum elektrik motorlarının daha verimli olmaları için araştırma ve geliştirme çalışmalarına yön vermektedir. Bu çalışma Asenkron motorun IE3 verimlilik sınıfında 7.5 kW, 4 kutuplu, 3 fazlı, sincap kafesli, tek oluklu rotor modelini referans alarak, aynı asenkron motorun çift oluklu rotor modellemesiyle Sonlu Elemanlar Yöntemi tasarlanarak verim ve kalkış momenti optimizasyonunu sağlamayı amaçlamaktadır. Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanılarak tasarlanan motorda, rotor oluk şekli modellenmiş ve incelemesi gerçekleştirilmiştir. Yapılan incelemede; yol alma değerleri, moment, akım, kayıplar ve verim değerleri elde edilmiş, sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bunun sonucunda optimum bir tasarım elde edilmiştir.
ANFIS ile modellenen PV panelin maksimum güç noktasının PI kontrolör ile takibi
Güneş enerjisi fosil yakıtlı diğer enerji kaynaklarına göre daha çevreci ve daha temiz bir enerji üretim kaynağıdır. Güneş enerjisi bir çeşit ışıma enerjisidir. Güneşten gelen ışıma maksimum 1370 W/m2'dir. Fakat dünyada atmosferden yeryüzüne düşen ışıma şiddeti minimum 0 W/m2 maksimum 1100 W/m2 arasındadır. Sabit ışıma şartları altında PV panelden alınan güç değeri gerilim ve akımın değerinin değişmesi ile artmakta veya azalmaktadır. Bu nedenle güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren PV panellerin maksimum güç noktasında çalışması verimlilik açısından önem taşımaktadır. Maksimum güç noktasının izlenmesi (MGNİ) için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu çalışmada sistem, Uyarlamalı Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS), Oransal İntegral (PI) kontrolör ve DC-DC yükselten çeviriciye bağlı bir MATLAB eklentisi olan Kyocera KC200GT fotovoltaik güneş modülünden oluşur. Tüm sistemin çalışması MATLAB Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. Belirlenen modelin değişik sıcaklık ve ışınımlarda akım-gerilim ve güç-gerilim grafikleri çizilmiştir. Güç gerilim karakteristiklerinin maksimum güç noktaları alınarak ANFIS için eğitim verileri bulunmuştur. Bu veriler ANFIS editör programı kullanılarak sıcaklık ve ışımaya göre alınacak maksimum güç için uyarlamalı sinirsel-bulanık çıkarım sistemi ile PV panel modeli bulunmuştur. PI denetleyici ile MGNİ gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda ışıma değeri değiştirilerek bulutlanma etkisinin sistem çıkış cevap grafikleri alınmış ve yorumlanmıştır.
Akıllı şebekelerin sistem kararlılığı bakımından incelenmesi
Son dönemlerde küresel iklim değişikliği sorununa ilişkin en önemli konu elektrik enerjisinin çevre dostu, güvenilir ve verimli bir şekilde kullanılabilmesidir. 21. yüzyılın başlangıcından itibaren akıllı şebeke teknolojilerinin popüler araştırma alanlarından biri haline gelmesi, merkezi üretim yapısına sahip elektrik şebekelerini bir değişim sürecine sokmuştur. Akıllı şebeke kavramıyla birlikte dağıtık üretim uygulamalarına yönelik mevcut şebekelerdeki değişim, enerji verimliliği, güvenirliği, güç kalitesi ve yaşlanmış güç sistemi altyapısı dezavantajlarıyla ile ilgili birçok sorunu ortadan kaldırmak için büyük bir fırsat sunmaktadır. Değişken ve öngörülemeyen yapıdaki yenilenebilir enerjiye dayalı dağıtık üretim ile değişken yapıdaki tüketim birimlerinin varlığı güç sistemi kararlılığında risk teşkil edebilir. Akıllı şebeke teknolojisinin uygulamaları sayesinde bu değişken yapıdaki üretim ve tüketim dengesi en iyi şekilde yönetilerek sistem kararlılığı sağlanabilecektir. Yapılan bu tez çalışması kapsamında enerji talebindeki artışı karşılamak için alternatif olarak tercih edilmeye başlanan belirsiz ve değişken yapıdaki dağıtık üretim ile değişken yapıdaki tüketim birimlerinin sistem kararlılığı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Öncelikle üretim ve tüketimdeki belirsizlikleri yansıtacak şekilde varsayımsal üretim ve tüketim profilleri oluşturulmuştur. Bu profiller seçilen IEEE güç sistemleri vasıtasıyla modifiye edilerek kararlılık test sistemleri oluşturulmuştur. Dağıtık üretim ve tüketim yapısındaki belirsiz değişimler kullanılarak gerilim kararlılığı incelenirken her sistem için oluşturulan arıza senaryoları üzerinden rotor açı ve frekans kararlılığı incelenmiştir. Çalışma sonucunda dağıtık üretim ve değişken tüketimin her sistemde farklı bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmekle birlikte oluşturulan analiz prosedürüne göre sistem kararlılığında iyileşmelerin yanı sıra bozulmaların da meydana geldiği görülmüştür. ANAHTAR KELİMELER: Akıllı şebeke, dağıtık üretim, değişken tüketim, güç sistemi kararlılığı.
Akıllı şehirler ve Malatya'nın akıllı bir şehir olması için öneriler
Günümüzde şehirlerimiz gittikçe daha karmaşık ve yaşanması zor hale gelmiştir. Bu durumun sebepleri arasında hava kirliliği, küresel ısınma, altyapı ve üstyapıda meydana gelen problemler bulunmaktadır. Bu problemler vakit ve enerji kaybı dışında insanların hayatını da zorlaştırmakta ve şehrin çehresini bozmaktadır. Akıllı şehir sistemi ise bu sıkıntıları en iyi şekilde tarayıp çözmeyi ve daha yaşanabilir bir şehir geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bütün şehirler gibi Malatya'nın da bu teknolojiden yararlanması ve düzenli bir şehir olması gerekmektedir. Bu çalışmada akıllı şehirler için kullanılan akıllı etmenler ele alınmış ve Malatya'da uygulanabilir olması için öneriler sunulmuştur. Tezin amacı, akıllı şehir sistemlerini, bir şehrin akıllı şehir olabilmesi için gerekli özellikleri, bu sistemlerin ekipmanlarını irdeleyip; akıllı şehirler perspektifi içerisinde Malatya'nın şu anki durumu ve bir akıllı şehir olabilmesi için çözüm önerilerini göstermektir. Bu konuda öneri sunma amacımız Malatya şehrinin küresel ısınmaya karşı duyarlı, gerek altyapı gerekse üst yapı sistemleri ile kontrolü kolay, teknolojik araçlar ve ürünlere açık, daha güvenli ve yaşanabilir bir yer haline getirmektir. Bir şehirde küresel ısınmaya sebep olan etmenler yani karbon emisyonu, yeşil alanların yetersizliği ve ısınma amaçlı yakılan yakıtlardan çıkan gazlar ve bunların nasıl bertaraf edilebileceği incelenecektir. Gelişmiş şehirlerdeki altyapı ve üstyapı sistemleri incelenerek bu sistemlerin Malatya'ya uygulanabilmesi için gerekenleri ve sistemlerimizin nasıl daha sade ve daha ulaşılabilir olabileceği ile ilgili çalışmalar sunulacaktır. Bu çalışma içerisinde tasarruf tedbirlerine ve israfı azaltmaya yönelik hamlelere de yer verilecektir. Bunun için akıllı aydınlatma sistemi önerileri sunulacak ve bir sokak aydınlatma sistemi prototipi yapılarak verimliliği gözlenecektir. ANAHTAR KELİMELER: Akıllı şehirler, akıllı şehirlerde bulunan etmenler,akıllı aydınlatma, akıllı çöp toplama.
Güç sistemi durum kestirimi için tam knuth yöntemine dayalı seyrek matris kütüphanesi
Considering the increase in power system size and the number of PMUs, it is essential to use a computationally efficient state estimator. The Fast Decoupled State Estimation is the most common method used in industrial applications, thanks to its computational efficiency and ease of implementation. However, it can be improved further by using sparse storage techniques, thanks to the sparse structure of the state estimation matrices. In literature, there are several types of sparse storage algorithms, however, only a few of them is suitable for the power system state estimation operations. Considering the possible frequent topology changes, Knuth's method has a superiority in power system applications. However, even Knuth's Method can be enhanced further by using additional information of the matrices. This thesis proposes the full Knuth's Method for sparse storage algorithm. Considering that sparse storage libraries for real-time power system applications are not available as open-source, firstly modified sparse storage library is built. After that, by using the created sparse storage library, the features of the power system state estimator are built. Thanks to the designed sparse storage library, the computational performance is increased further for power system state estimation.
Pil enerjisi depolama sistemleri ile entegre rüzgâr santrallerinin enerji verimliliği açısından optimum yönetimi
Gelişen teknoloji ile enerji talebi hızla artmaktadır ve bu durum ülkeleri yeni yatırımlar ve yeni kaynaklar aramaya yönlendirmiştir. Her zaman yeni bir kaynak bulmak zor olduğundan ve yenilenebilir enerjinin kararsız durumlarının çok fazla olmasından dolayı, mevcut üretilen enerjinin daha doğru kullanılması gerekir. Bu doğrultuda doğru stratejiler izlenerek santral veriminin ve üretim-tüketim dengesinin daha verimli yönetilmesi sağlanabilir. Yenilenebilir enerji, bu stratejilerin merkezinde yer almaktadır. Bu çalışmada, rüzgâr enerjisi üretim santralleri ile hibrit çalışan batarya tesislerinin sinerjik etkisi üzerinde odaklanılarak, farklı üretim ve tüketim stratejilerinin geliştirilmesiyle elde edilebilecek artı değerler hakkında öneriler sunulmuştur. Enerji depolama sistemlerinin etkin kullanımı, esnek talep yönetimi, enerjiyi depolayarak kullanabilen hibrit sistemlerin kurulması gibi yöntemler de önemlidir. Bu çeşitlendirilmiş yaklaşım, enerji sistemlerinin daha dengeli ve sürdürülebilir hale gelmesine katkı sağlamaktadır. Çalışma sonucunda batarya destekli rüzgâr santrallerinin önemi ve verimli bir şekilde yönetimi için çeşitli stratejiler önerilmiş ve farklı durum çalışmalarıyla etkinlikleri ortaya konulmuştur. Aynı zamanda bu stratejilerden yola çıkarak ilgili rüzgâr santraline ait en optimum kurulu güç hesabı da yapılarak literatüre sunulmuştur. Çalışma gerçek zamanlı veriler üzerinden değerlendirilmiş ve elde edilen sonuçlar detaylı bir şekilde analiz edilmiştir.
Kantitatif manyetik duyarlılık haritalaması tekillik düzeltmesi için bir derin öğrenme yöntemi
Brain susceptibility maps have been used clinically to study the progression of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease and Multiple Sclerosis. One way of obtaining these brain susceptibility maps is through Quantitative Susceptibility Mapping (QSM). QSM is an inverse problem that aims to calculate susceptibility from MRI phase images. This is possible because the MRI phase image is, up to a constant, a convolution of a dipole kernel filter with an underlying susceptibility distribution. The problem is an inverse problem because the 3D dipole filter has zeros in the Fourier domain, which means direct inversion is impossible. Recently, deep learning-based solutions have been proposed to solve this problem. In this work, using synthetically generated data, we first examine the UNet deep learning architecture which has been the default architecture in the QSM community. We note that using a different variant can speed up training convergence with up to a 21% reduction in validation mean absolute error. Furthermore, we propose a QSM reconstruction method that solves the QSM problem by dividing the problem into two parts in the Fourier domain. On the one hand, we solve for susceptibility values by direct division in the Fourier domain in regions where the dipole kernel is stable. On the other hand, for regions where the kernel is zero, we train a deep learning model to learn the correct susceptibility map. Our final map is obtained by merging these two maps. We show that our reconstruction method works by testing on a generated test set. Our approach was also tested using data from a QSM challenge. On this data, we achieved the top position when compared with the other models tested during that challenge.
PMMA yapıştırıcılı pul bağlama yöntemiyle kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik güç çevirici (CMUT) üretimi
Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers (CMUTs) are the potential alternatives for the conventional piezoelectric ultrasonic transducers. CMUTs have been under an extensive research and development since their first development in the mid-1990s. Initially developed for air-coupled applications, CMUTs have shown far better acceptability in immersion-based applications (i.e. medical ultrasonic imaging, medical therapy, and underwater imaging) when compared to the piezoelectric ultrasonic transducers. CMUTs are parallel-plate capacitors fabricated using the Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) technology. Despite of the fact that various CMUT fabrication methods have been reported in the literature, there are still many challenges to address in CMUTs design and fabrication. Standard fabrication techniques are further sub-divided into the Sacrificial Layer Release Process and the Wafer Bonding methods. A number of complications are associated with these techniques, such as optimization of the design parameters, process complexity, sacrificial layer material with the corresponding etchant selection, wafer cost and selection. In particular, the sacrificial release methods consist of complex fabrication steps. Furthermore, structural parameters like gap height and radius have optimization issues during the sacrificial release process. On the other hand, the wafer bonding techniques for the CMUTs fabrication are simple and have a great control over the structure parameters in contrast to the sacrificial release methods. At the same time, the wafer-bonded CMUTs require very high quality wafer surface and have a very high contamination sensitivity. For this purpose, this dissertation aims to develop a simple, low cost and lower constraint thermocompression-based technique for the CMUT fabrication. The proposed wafer bonding technique for the CMUT fabrication in the dissertation uses Polymethyl methacrylate (PMMA) adhesive as an intermediate layer for the thermocompression wafer bonding. The advantages associated with the PMMA adhesive based wafer bonding over the other wafer bonding methods include low process temperature (usually 200 ◦C or less), high wafer surface defects and contamination tolerance, high surface energy and low bonding stresses. These factors will add cost effectiveness and simplicity to the CMUTs fabrication process. Furthermore, the achieved receive sensitivity with the reported CMUT is found comparable to the commercially available ultrasonic transducers.
Elektrik ark fırınlarının elektrik şebekesine etkilerinin deneysel incelenmesi ve bilgisayar destekli modellenmesi
Türkiye son yıllarda artan çelik üretimi ile demir çelik üretiminde en büyük on ülke arasına girmeyi başarmıştır. Günümüzde Türkiye'de üretilen çeliğin yaklaşık %71,3'ü Elektrik Ark Fırın (EAF) tesisleri yardımıyla üretilmektedir. EAF'ler yüksek eritme ve düşük üretim maliyetleri gibi önemli avantajlara sahiptir. Fakat lineer olmayan karakteristik yapısından dolayı elektrik şebekelerinde önemli güç kalitesi problemlerine neden olmaktadırlar. Bu çalışmada Sivas Demir Çelik İşletmeleri A.Ş. (SİDEMİR) tesisinde bulunan 60 MVA güce sahip Elektrik Ark Fırının elektrik şebekesinde neden olduğu güç kalitesi problemleri deneysel olarak incelenmiştir. EAF'ını besleyen elektrik sistemin bir faz eşdeğeri kullanılarak Elektromanyetik Transient Program (EMTP) yardımı ile harmonik etkiler değerlendirilmiştir. Deneysel ölçüm sonuçları ve EMTP analizleri karşılaştırılarak 60 MVA EAF ının neden olduğu güç kalitesi problemlerinin iyileştirilmesi için çözüm önerileri sunulmuştur. Deneysel verilerlerden elde edilen ark karakteristiği ve Matlab Curve Fitting Toolbox kullanılarak eğri uydurma yöntemleri ile literatürde sunulan zaman domeni ark modellerinin elektriksel arkı tanımlamadaki uygunluğu incelenmiştir ve EAF'larında elektrik arkını tanımlamak için yeni bir zaman domeni modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen yeni zaman domeni modelinin EAF fırınlarının çalışma karakteristiklerini literatürde sunulan modellere göre daha iyi tanımladığı belirlenmiştir. Bu ark modeli kullanılarak gerçekleştirilen üç faz benzetim modelinin EAF'ının neden olduğu güç kalitesi problemlerinin tanımlamada yüksek doğrulukta kullanılabileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak deneysel incelemeler ve benzetim çalışmaları neticesinde, SVC sistemlerinin çift harmoniklerin artmasına neden olduğu ve seri reaktör uygulamasının mevcut sistem için elverişli bir uygulama olmadığı belirlenmiştir. Diferansiyel fark rölesi ile trafolar mutlaka korunmalıdır ve senkron kompanzasyon ile SVC kompanzasyonun birlikte kullanılması durumunda eritme başlangıcında oluşan gerilim harmoniklerinin azaltılabileceği belirlenmiştir. Olasılık teorisine göre gerçekleştirilen incelemelerde mevcut tesiste akım ve gerlim sapmalarının % 5'den küçük alındığı belirlenmiştir.
Mikro şebekelerde (hiyerarşik) kontrol yöntemleri
Bu tez çalışmasında mikro şebekeler hakkında yapılmış kontrol çalışmaları ve mikro şebeke mimarilerine uygulanan hiyerarşik kontrol yöntemi detaylı literatür araştırmasına dayalı bir şekilde teorik olarak incelenmiştir. Mikro şebeke kontrol yöntemleri arasında avantaj ve dezavantajlar bakımından karşılaştırmalar yapılmıştır. Elde edilen bilgiler ışığında gürbüz bir denetleyici tasarlanmış ve DIgSILENT PowerFactory yazılımı ile modellenen mikro şebekeye uygulanmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre tasarlanan denetleyici ada modunda çalışan mikro şebekenin gerilim ve frekans salınımlarını kabul edilebilir sınırlar içerisinde tutmuştur.
5g mobil haberleşme için çift bantlı ve düşük maliyetli mikroşerit yama anten tasarımı ve üretimi
Bu tezde, beşinci nesil (5G) mobil haberleşme için düşük maliyetli ve çift bantlı bir mikroşerit yama anteninin sayısal ve deneysel analizini sunulmaktadır. Önerilen anten, düşük maliyetli bir FR-4 dielektrik alttaş üzerine tasarlanmış ve üretimi yapılmıştır. Antenin sayısal analizi, sonlu farklar zaman alanı (FDTD) tabanlı hesaplamalı elektromanyetik simülatör (CEMS) yazılımı ve sonlu entegrasyon tekniği (FIT) tabanlı Computer Simulation Technology (CST) yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Antenin performansı, simulasyon ve ölçüm sonuçları karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Önerilen anten, Federal İletişim Komisyonu (FCC) tarafından belirlenen 5G frekans bantlarını içeren 24 ve 28 GHz çift frekans bantlarında çalışmaktadır. Anten maksimum kazanç değerleri, xy düzleminde sırasıyla 24 ve 28 GHz'de 3.20 dBi ve 3.99 dBi'dir. Önerilen anten, 5G mobil haberleşme cihazları için uygun olmakla birlikte çok yönlü ışıma deseni sağlamaktadır. Ayrıca, önerilen anten performansını değerlendirmek için iki farklı parametrik çalışma yapılmıştır. Antenin üst yüzünde bulunan yamaların, topraklama düzleminin boyutlarının ve farklı kalınlıklardaki FR-4 alttaşların, antenin performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. 5G frekans bantlarında çalışan antenlerin boyutlarının çok küçük olması anten üretimini zorlaştırmaktadır. Önerilen antenin prototipini üretebilmek için, PCB baskı cihazı yerine CNC cihazı kullanılmıştır. FR-4 alttaşı üzerinde yüksek hassasiyetli kazıma yapabilmek ve oluşabilecek üretim hatalarını minimize edebilmek için, CNC üzerinde özel bir sistem tasarlanmıştır.
Angola'da güneş enerjisinin yaygınlaştırılması: Fizibilite analizi ve fotovoltaik sistemlerin kurulumu için stratejik bölgelerin belirlenmesi
Angola, ülkenin elektrifikasyonunu genişletmek ve fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmak için sürdürülebilir bir alternatifi temsil eden fotovoltaik güneş enerjisi üretimi için muazzam bir potansiyele sahiptir. Bu çalışma, büyük ölçekli fotovoltaik sistemlerin kurulumu için en uygun alanları belirlemeyi ve bu girişimlerin teknik, ekonomik ve çevresel uygulanabilirliğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Benimsenen metodoloji, bölgeleri güneş radyasyonu, arazi eğimi, elektrik şebekesine ve yollara yakınlık, arazi kullanımı ve korunan alanlar gibi kriterlere göre haritalamak ve sınıflandırmak için Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve Çok Kriterli Analizi (AHP-MCA) birleştirmektedir. Ayrıca, performans simülasyonu ve finansal analiz için PVsyst yazılımı kullanılarak düşük elektrifikasyon oranlarına sahip beş ilde - Uíge, Huíla, Cunene, Bié ve Lunda Norte - teknik ve ekonomik uygulanabilirlik analiz edilmiştir. Sonuçlar, Angola'nın güney ve güneydoğusunun, yüksek radyasyon oranları ve elverişli altyapısı ile güneş enerjisi sistemlerinin uygulanması için en umut verici bölgeler olduğunu vurgulamaktadır. Ekonomik analiz, 11,9 ile 13 yıl arasında değişen geri ödeme süreleri ve 0,0492 EUR/kWh ile 0,0550 EUR/kWh arasında değişen rekabetçi Seviyelendirilmiş Enerji Maliyeti (LCOE) değerleri ortaya koyarak bu projelerin çekiciliğini güçlendirmiştir. Buna ek olarak, yüzer fotovoltaik sistemlerin hidroelektrik barajlara entegrasyonu, termal kayıpların azaltılması ve enerji verimliliğinin artırılması için potansiyel göstermiştir. Bu çalışma Angola'da güneş enerjisinin yaygınlaştırılması için teknik ve stratejik bir temel sağlayarak enerji matrisinin çeşitlendirilmesine ve sürdürülebilir kalkınmanın teşvik edilmesine katkıda bulunmaktadır.