Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Isparta University of Applied Sciences618
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
5G ve 6G teknolojilerinin gelişimi uzaktan sağlık izleme sistemleri için milimetre dalga ve VLC entegrasyonu ile sağlanması
This thesis examines the pivotal role of wireless networks in healthcare, emphasizing the need for high-performance technologies like 5G and emerging 6G to enable efficient data transfer between medical devices such as sensors and remote monitoring equipment. We delve into the current research landscape surrounding 5G mmWave technology in remote health monitoring systems, focusing on its applications, main challenges, and future trends. We explore the wireless connectivity requirements of reconfigurable hybrid optical-radio-based Medical Body Sensor Networks (MBSNs), proposing an extension of conventional MBSNs to more flexible and generic solutions. This thesis introduces a comprehensive literature review across diverse domains including antenna design, small implantable antennas, on-body wearable solutions, and adaptable detection and imaging systems. Our research further investigates methodological approaches in monitoring systems, analyzing channel characteristics, advancements in wireless capsule endoscopy, and sensing and imaging techniques. Additionally, we explore how 6G's framework integrates Visible Light Communication (VLC) in healthcare, demonstrating how VLC-enabled MBSNs can revolutionize remote patient monitoring and real-time health data transmission by accurately estimating VLC channel parameters, such as channel DC gain and RMS delay spread. We introduce a sophisticated ray tracing technique and ML-based algorithm to model channels and estimate path loss and RMS delay spread within different hospital settings such as ICU ward and family-type patient room. The detailed results of the hospital scenarios are listed using various machine learning algorithms such as LSTM, GRU, RNN, Linear Regression SVR, and KNN. The estimation was illustrated and detailed comprehensively by choosing the best-performing ML technique.
Zaman bölgesi tabanlı yüksek hızlı analog-sayısal dönüştürücü devreleri
This thesis delivers the design, simulation, and performance analysis of two high-resolution Time-to-Digital Converters (TDCs), both achieved by means of the Vernier Delay Line (VDL) principle and in 100 nm CMOS technology. Two different architectural strategies designed for diverse signal control and edge detection needs are presented, targeting sub-nanosecond time resolution and GHz-range applications compatibility. The first architecture uses two voltage-to-time converters (VTCs) for generating accurate START and STOP signals from the ramp nature of the inputs. These are processed by a Vernier Delay Line with overlapped buffers and overlap-sensitive 5-transistor TSPC flip-flops, spotting the accurate coincidence point of signals. This resultant thermometer code is then encoded by a MUX-based Gray code encoder and a resistor-ladder digital-to-analog converter (DAC) in order to reconstruct the analog signal. This combination is set up for fine timing resolution and high precision. The design in the second option simplifies the signal generation block by employing a single VTC together with a periodic pulse (Vpulse) generator for producing the START and STOP signals. In this design, edge-triggered flip-flops are incorporated in the delay line for detecting rising edges, allowing for improved and more consistent timing in high-frequency applications. The output is encoded by way of a binary encoder with a tree structure and then passed into the same DAC employed in the first design. This system is designed for high-speed operation and simplicity of architecture. Both designs were simulated in the Cadence Virtuoso environment and examined in MATLAB with respect to critical performance characteristics like resolution, differential non-linearity (DNL), conversion time, and power consumption. They both prove to yield consistent, CMOS-compatible solutions for accurate time interval quantization in applications up to the GHz level, with flexibility for applications with diverse signal control schemes.
Hidroponik tarımda besin solüsyonundaki bazı elementlerin miktar değişimini makine öğrenimiyle gerçek zamanlı takip eden uzaktan veri toplama sisteminin ve bitki gelişimini etkileyen ışığın yoğunluğunu ölçebilen Yb/CIGS fotosensörün geliştirilmesi
Bu doktora tez çalışmasında, üniversitelerde hidroponik tarım üzerine çalışmalar gerçekleştiren öğrenciler ile akademisyenlerin kullanabileceği aynı zamanda ticari uygulamalarda da kullanılabilecek şekilde tasarlanmış Mg, P, K elementlerinin değişikliklerini gerçek zamanlı belirlemek için bir uzaktan veri toplama sistemi geliştirilmiştir. Ayrıca bitki gelişiminde büyük öneme sahip olan ışık yoğunluğunu ölçebilecek bir Yb/CIGS ince film fotosensör üretilmiştir. Element değişikliğini uzaktan okuyabilen sistemin geliştirme aşamasında toplam 300 örnek besin çözeltisi hazırlanmış ve bunların ICP-OES ve EC ölçümleri bir veri seti oluşturmak için kullanılmıştır. Bu veri seti Python arayüzünde yapay sinir ağları kullanılarak genişletilmiş ve buluta yüklenmiş, bulutla iletişim kurmak ve rastgele hazırlanan çözeltilerin iletkenlik değerlerini karşılaştırmak için uzaktan veri okuyabilen bir EC ölçer geliştirilmiştir. Sistemin 10 farklı numune üzerinden elde edilen deneysel başarı oranı %81.68 olarak bulunmuştur. Fotosensör üretiminde alt kontak olarak Mo, foto aktif katman olarak CIGS ve üst kontak olarak Yb kullanılmıştır. CIGS tabanlı fotodiyotun yapısal, elektriksel ve yüzey özellikleri incelenmiş, detektör performansı güneş ışığı ve kızılötesi ışık altında test edilmiştir. Ölçümler, Yb/CIGS fotosensörün hem görünür hem de yakın kızılötesi bölgedeki ışık yoğunluğunu belirlemek için uygun olduğunu göstermiştir.
Agrega tane boyutu farklı olan beton numunelerinin karışımında kullanılan piezoelektrik uyarım modelinin geliştirilmesi ve uygulanması
Bu çalışmada, 40 kHz frekansına sahip piezoelektrik etkili bir uyarım sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemle; farklı tane boyutlarına sahip agregalardan oluşan betonların mekanik ve fiziksel özellikleri üzerindeki etkiler, tahribatsız ve tahribatlı test yöntemleriyle karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmada dört farklı agrega boyutu (ince, orta, orta-kalın ve iri) kullanılmış ve her bir agrega türü için 4'er adet olmak üzere toplam 16 beton numunesi hazırlanmıştır. Tüm numunelerde su/çimento oranı sabit tutulmuştur. Taze betonun kalıba yerleştirilmesi sırasında şişleme ve tokmaklama gibi geleneksel beton sıkıştırma yöntemleri kullanılmıştır. Ayrıca farklı kalıp yüzeylerine düşük güçlü ve sabit 40 kHz frekansa sahip piezoelektrik transdüserler monte edilerek beton içi karışım etkileri karşılaştırılmıştır. Priz alan numunelerde, betonun iç yapısının homojenliği görüntü işleme ve Ultrasonik Darbe Hızı (UPV) testiyle, betonun mekanik özellikleri ise basınç dayanımı testleriyle gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, fiziksel özelliklerin karşılaştırılması amacıyla numunelerin kuru ağırlıkları ölçülmüştür. Elde edilen deneysel bulgulara göre, şişleme ve tokmaklama işlemi yapılan orta agregalı numune 7.125 kg değeri ile en ağır numune olarak gözlemlenmiştir. UPV testine göre 3 dakika titreşimli ve iri agrega kullanılan numune 4143 m/s ile en yüksek değere sahip numune olmuştur. Beton dayanımı test sonuçlarına göre ise en iyi basınç dayanımı 22.73 MPa ile işlem yapılmayan ve orta agrega kullanılan numune olmuştur. Sonuç olarak, geliştirilen piezoelektrik transdüser sistemi aracılığıyla uygulanan yüksek frekanslı ve düşük güçlü ultrasonik titreşimlerin, betonun iç yapısının fiziksel görüntüsünün homojen olarak katkı sağladığı fakat ultrasonik etki doğrultusuna çok yakın bölgelerin homojenliğini kaybetmesine yol açtığı belirlenmiştir.
Yapay zeka yöntemleri ve görüntü işleme teknikleri kullanılarak elektronik kartlardaki kablo renklerinin sınıflandırılması
Bu tez çalışmasında, elektronik üretim süreçlerinde karşılaşılan hatalı kablo lehimleme problemlerini önlemeye yönelik yapay zekâ destekli bir görüntü işleme sistemi geliştirilmiştir. Sistem, baskılı devre kartlarına (PCB) lehimlenen farklı renkteki kabloların doğru konumda olup olmadığını sınıflandırarak, üretim sırasında anlık kalite kontrol sağlamayı hedeflemektedir. Bağlantılar OK (doğru) ve NOK (hatalı) olmak üzere iki sınıfa ayrılmıştır. Çalışmada, VGG16, MobileNetV3, YOLO ve ResNet-50 gibi yaygın derin öğrenme tabanlı modeller; farklı döngü sayıları, yığın boyutları ve öğrenme oranları gibi hiper parametre ayarlarıyla, etiketlenmiş ve çeşitli renk kombinasyonlarına sahip görsel veri setleri üzerinde eğitilmiştir. Modellerin performansları doğruluk, kesinlik ve F1 skoru gibi metriklerle karşılaştırılmıştır. Test sonuçlarına göre, VGG16 modeli %97.6 genel doğruluk ve NOK sınıfında 1.00 duyarlılık ile en yüksek başarıyı göstermiştir. Geliştirilen sistem, üretim hattına entegre edilerek gerçek zamanlı çalışmakta, manuel kalite kontrol ihtiyacını azaltmakta ve hatalardan kaynaklanabilecek maddi kayıpların önüne geçmektedir. Bu çalışma, yapay zekâ ve görüntü işleme tekniklerinin endüstriyel uygulamalardaki etkinliğini gösteren ve akıllı üretim sistemlerine katkı sağlayan önemli bir örnek teşkil etmektedir.
Elektrikli araçlarda kullanılan yerleşik şarj cihazı tasarımlarının benzetim ortamında gerçekleştirilmesi
Elektrikli araçların yaygınlaşması ile birlikte şebeke üzerindeki olumsuz etkileri de artmaktadır. Düşük güç faktörü ve yüksek harmonik akımları şebeke güç kalitesi bozmakta ve verimliliği düşürmektedir. Verimliliği artırmak ve güç kalitesini iyileştirmek için tasarlanan şarj cihazlarında güç faktörü düzeltme yöntemleri kullanılmaktadır. Güç faktörü düzeltmeli şarj cihazları incelendiği zaman tek aşamalı ve iki aşamalı olmak üzere iki farklı tasarım görülmektedir. Tek aşamalı şarj cihazlarında enerji doğrudan istenilen gerilim seviyesine dönüştürülmektedir. Bu yöntemde uygulama kolaylığı ve düşük maliyet gibi avantajlar olmasına karşın sadece düşük güçlerde verimli olarak çalışmaktadır.1 kW üzerindeki güçlerde ise genellikle iki aşamalı topolojiler tercih edilmektedir. İki aşamalı yükseltici tip dönüştürücülerde şebekeden çekilen enerji öncelikle AA/DA dönüştürücülerle istenilen gerilim seviyesinin üzerine çıkarılır. Bu aşamada güç faktörü düzeltme yöntemleri ile şebeke güç kalitesi korunmuş olur. İkinci aşamada is DA/DA dönüştürücüler ile istenilen batarya gerilim seviyesine indirilir. Bu çalışmada iki aşamalı yükseltici tip AA/DA dönüştürücüler incelenmiştir. Sıklıkla kullanılan klasik, girişimli, temel köprüsüz, tam dalga kontrollü ve girişimli totem kutuplu dönüştürücülerin bilgisayar ortamında benzetimleri yapılmıştır. Benzetim sonuçları verimlilik ve toplam harmonik bozulma değerleri açısından birbirleri ile karşılaştırılmıştır.
Şanlıurfa ilinde bir biyogaz santralinin üretim kayıplarını telafi etmek için fotovoltaik tabanlı yardımcı kaynak ve sistemlerin kullanımı
Biyogaz santrallerinde kullanılan biyogaz jeneratörleri elektrik dağıtım şebekesi ile senkronize bir şekilde çalışır. Şebekede yaşanan arızalar sonucunda oluşan gerilim dalgalanmaları biyogaz jeneratörlerinde ani duruşlara neden olur. Ani duruşlar biyogaz jeneratörünün zarar görmesine ve elektrik üretiminin kesintiye uğramasına neden olur. Bu tezde Şanlıurfa ilindeki bir biyogaz santralinin enerji ihtiyacını kesintisiz olarak karşılamak için biyogaz santrali ve fotovoltaik sistemden oluşan hibrit bir sistemin tasarım ve analizi yapılmıştır. Hibrit sistem ile biyogaz santrali enerji ihtiyacını FV sistemden karşılar ve şebeke kesintilerinde çalışmaya devam eder. Hibrit sistemin simülasyon, optimizasyon ve hassasiyet analizleri HOMER yazılımı ile yapılmıştır. Optimizasyon ile hibrit sistem bileşenlerinin optimum şekilde kullanılarak minimum maliyet elde edilmesi hedeflenmiştir. Hassasiyet analizi ile hibrit sistemde kullanılan yenilenebilir enerji kaynakları olan solar radyasyon ve biyokütle miktarındaki değişimin sistem üzerindeki etkisi incelenmiştir. Hibrit sistemin 25 yıl sonundaki net maliyeti $509,047 yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım oranı ise %97,3 olarak bulunmuştur. Yapılan tasarım ve analizler sonucunda hibrit sistemin uygulanabilir olduğu ve yenilenebilir enerji kaynaklarını etkin bir şekilde kullandığı sonucuna varılmıştır.
Derin öğrenme yöntemleri kullanılarak fotovoltaik hücre elektrolüminesans görüntülerindeki kusurların tespiti
Güneş enerjisi sistemlerinin en önemli bileşenlerinden biri olan FotoVoltaik (FV) paneller üretim, montaj ve işletme aşamalarında farklı arızalarla karşı karşıya kalmaktadırlar. Bu arızaların bazı tipleri panellerin ömrünü ciddi biçimde kısaltmakta ve önemli güç kayıplarına sebep olmaktadır. Bu sebeple FV panel hasarlarının etkili bir biçimde tespiti büyük önem arz etmektedir. Elektrolüminesans (EL) görüntüleme, güneş panelinin yapısını bozmadan akım beslenmesiyle ortaya çıkan ışınımı özel tipte bir kamera vasıtasıyla yakalayan bir görüntüleme yöntemidir. Bu yöntem özellikle gözle görülmeyen mikro çatlak, parmak kesintisi ve devreden çıkmış hücreler gibi kusurların tespitinde çok etkili olabilmektedir. Bununla birlikte EL görüntülerinin yorumlanması bir uzmanlık işidir ve birden çok hücreden meydana gelen çok sayıda FV panel için bu iş çok zaman alıcı ve maliyetli olabilmektedir. Bu tez çalışmasında bu probleme etkili çözümler üretmek amacıyla ilk aşamada literatürde bulunan standart bir veri seti ile çalışmalar yapılarak bir dizi derin öğrenme tabanlı sınıflandırıcı model geliştirilmiş ve transfer öğrenme yöntemiyle sınıflandırma yapılmıştır. İkinci aşamada veri çoğaltma yöntemleri araştırılarak ve sentetik veriler üretilerek geliştirilen modellerin sınıflandırma performansı arttırılmıştır. Sonraki aşamada, oluşturulan modellerin genelleştirme kapasitesini görmek ve veri setini genişletmek üzere üreticiden alınan EL görüntüler işlenerek ve etiketlenerek ek bir EL görüntü veri seti oluşturuldu. Geliştirilen özelleştirilmiş ağ mimarileri kullanılarak çok sınıflı veri setinde yüksek başarım elde edilmiştir. Son olarak elde edilen modeller kullanılarak tam otomatik bir FV panel test yazılımı geliştirilmiştir. Bu çalışmada hem derin öznitelik tabanlı sınıflandırıcılar hem de sıfırdan Evrişimli Sinir Ağı (ESA) mimarisi oluşturulmuş ve sonuç olarak yüksek başarımlı sınıflandırıcı modeller elde edilmiştir. Bu kapsamda gerçek zamanlı olarak çalışabilen yapay zekâ tabanlı bir otomatik FV panel test yazılımı geliştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda geliştirilen sistem ile FV hücre kusurlarının hızlı ve etkili bir biçimde tespiti yapılarak üretim tesislerinde kalite kontrol süreçlerinin hızlanmasına ve otomatikleştirilmesine katkıda bulunabilecek bir karar destek sistemi oluşturulmuştur. Yapılan çalışmalar sonucunda derin öznitelik tabanlı yöntemler ile ELPV veri setinde 4 sınıf ve 2 sınıf için sırasıyla %90.42 ve %94.52 başarım elde edilmiştir. Veri çoğaltma yöntemlerinin araştırıldığı kısımda ise oluşturulan veri setleri ile %94.11 doğruluk elde edilerek orijinal veri setine kıyasla %4.41 doğruluk ve %17.83 duyarlılık artışı sağlanmıştır. Oluşturulan çok sınıflı özel veri seti ile yapılan çalışmalarda ise geliştirilen ESA ve Görü Dönüştürücü (GD) tabanlı sistemler ile sırasıyla %98.23 ve %98.71 doğruluk ile arızalı hücreler sınıflandırılmıştır.
Design and simulation of high-performance multilevelinverters for renewable energy systems
his study presents the development of single and three phase Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) inverter circuits for the control of solar panels, wind turbines, and fuel cells, employing maximum power point tracking (MPPT) for efficient energy conversion in DC-DC boost converters. The renewable sources generated outputs of 310V photovoltaic (PV), 60V wind turbine, 215V fuel celland 25.9V batteries. Proportional-integral (PI) controllers ensured high-quality sinusoidal waveforms with minimal total harmonic distortion (THD). ForRload, the single-phase THD=0.65419%, with a load voltage of 217.3617V and a load current of 3.1052A. For three-phase R loads, the THD=1.5146%, with a voltage of 218.4261V and a current of 2.1843A. Under RL load conditions, THDvo=1.5969%, THDio=1.2905%, the load voltage was 214.201V, and the load current was 2.0916A. Simulation results demonstrate the effective integration of renewable energy sources to meet energy demands and ensure a stable power supply under varying load conditions.The study further explores the design and performance of an asymmetrical 49-level cascaded inverter tailored for renewable energy applications. The inverter was tested under three configurations: per-unit voltage ratios (1:2:7:14), actual voltage ratios (40:80:280:560 V), and PVmodules. Simulation results reveal high-quality sinusoidal waveforms with minimal harmonic distortion. In the per-unit configuration, the inverter achieved VoRMS=16.9719 V, IoRMS=1.0569 A, THDvo=0.71216% and THDio=0.093319%. For actual voltage levels, VoRMS=679.0492 V, IoRMS=4.265 A, THDvo=0.71227% and THDio=0.16719%. with PV modules, VoRMS=692.7293 V, IoRMS=43.1367 A, THDvo=1.2926% and THDio=0.33963%. These findings underscore the inverter's efficiency and versatility in producing high-quality power output, making it a valuable solution for renewable energy systems and industrial applications.Finally, the study examines a design and performance aspects of a 343-level asymmetrical cascaded inverter system specially designed for renewable energy systems are presented. The inverter's operation is analyzed under three distinct configurations. The system is built based on unequal DC source (Vdc) values using the structure (1:2:7:14:49:98) to get 343-level on the output. The Vdc is set in the first case equal to 1V as a per unit, and equal to 40V as an actual voltage value (40:80:280:560:1960:3920). In the third case the DC sources are replaced with PV modules. The simulations reveal that the inverter provides improved performance in producing high quality sinusoidal output voltage and current waveforms with minimal harmonics. With the per-unit voltage case, the inverter achievesVoRMS=120.9316V, IoRMS=3.7178A, THDvo=0.32422% andTHDio=0.22506 %. While with actual voltage values, the results set an output of VoRMS=4838.7577V and IoRMS=6.7445A with THDvo=0.32414% and THDio=0.25682%. For the PV modules configuration, the inverter records VoRMS =4827.9768V and IoRMS =148.4073A with THDvo=0.90328% and THDio=0.54142%. These results show the flexibility of the inverter to deliver an enhanced power output with low harmonic distortion and the suggested inverter has significant potential for use in modern renewable energy systems and industrial applications.
CCCII kullanılarak akım modlu kesirli dereceli basamak süzgeç tasarımı
Bu tez çalışmasında, iki adet ikinci nesil akım kontrollü akım taşıyıcı (CCCII) elemanı kullanılarak kesirli-dereceli akım modlu alçak geçiren ve yüksek geçiren basamak süzgeç tasarımı yapıldı. Bu tasarım için iki adet CCCII, dört adet direnç, bir adet topraklanmış kapasitör kullanıldı. Bir adet CCCII ile süzgeç yapısı oluşturulurken, ikinci CCCII elemanı ile basamak süzgeç devresini oluşturabilmek için giriş akımını çoğaltmak amacıyla kullanıldı. Sunulan basamak süzgeç devresinin kesir derecesi için 𝛼 = 0.7, 0.8 ve 0.9 olarak belirlendi. Tasarımı yapılan kesirli-dereceli basamak süzgeç devresi için kesirli-dereceli kapasitör kullanıldı. Kesirli kapasitör elemanı Foster-I 𝑅C devresi kullanılarak elde edildi. Akım kontrollü akım taşıyıcının (CCCII) iç yapısı için Bipolar Junction Transistors (BJT) kullanıldı. Tasarımı yapılan basamak süzgeç devreleri PSpice programndan yararlanılarak ve kesim frekansı 1kHz olarak benzetimleri yapıldı. Tasarlanan devrelerin teorik sonuçları benzetim sonuçları ile doğrulandı. Elde edilen benzetim sonuçlarından, gerçekleştirilen süzgeçlerin akustik band uygulamaları için uygun olduğu görüldü.
Optimum tasarım esaslı işbirlikçi robot kol tasarımı ve dijital ikizinin geliştirilmesi
Teknolojinin hızla geliştiği günümüzde maliyeti yüksek ve yetersiz iş gücünün yerine, aynı işlemleri yapabilecek, insan gibi düşünebilecek olan makinelerin tasarlanıp üretilmesi büyük bir önem kazanmıştır. Elektrik ve alt sistemleri üzerine yapılan birçok çalışmalar yarı iletken teknolojisinin ortaya çıkması ile hızlanarak devam etmiştir. Yarı iletkenlerle yaratılan modern elektronik evreni, bu malzemenin kullanımı ile endüstriyel sistemlerin kontrolünün yapılabileceğini ortaya çıkarmıştır. Bilgisayar ve özel kullanım amaçlı kontrolörlerin keşfi ile endüstri çağ atlamış ve inanılmaz düzeylerde üretimi, maliyetini azaltarak yapabileceğini göstermiştir. Bu gelişmelerden günümüze insanlarla iç içe çalışabilen Kolaboratif robotlardan, yapay zekâ ile kendi kendine düşünmeye başlayan, ileride kendi benlikleri dahi olabilecek bir hız içinde ilerlemekteyiz. Günümüzde kolaboratif robot kolların diğer endüstriyel kollara göre global robot pazarında gün geçtikçe artan payı emekleme aşamasında olan bu alana yeni bir yol vermiştir. Gelecekte daha yüksek kapasiteli kolaboratif robot kollar piyasaya girecek ve pazarın büyük kısmını bu robotlar oluşturacaktır. Bu durumdan kaynaklı olarak bu robotlar üstünde çalışmalar yapmak da önem kazanmaktadır.
İnsansı işbirlikçi robotun analizi
İnsansı işbirlikçi robotlar, son yıllarda endüstriyel ve hizmet sektörlerinde önemli bir gelişme alanı haline gelmiştir. Bu robotlar, insanlarla etkileşim halinde çalışabilme yetenekleri sayesinde, iş ortamlarında işbirliği ve uyum içinde çalışma potansiyeli sunmaktadır. Bu özellikleriyle insanlarla birlikte çalışabilen, onlara yardımcı olan ve iş süreçlerini optimize eden robotlar, endüstriyel verimlilik, iş güvenliği ve müşteri memnuniyeti gibi birçok alanda avantajlar sunmaktadır. İnsansı işbirlikçi robotların analizinde, bu teknolojiyi kahve makinalarına entegrasyonu ile ortaya çıkan özellikler incelenmektedir. Bu tür robotlar, endüstriyel ve günlük yaşam alanlarında kullanıcı deneyimini geliştirmek, iş verimliliğini artırmak ve insanların yaşamını kolaylaştırmak amacıyla kullanılmaktadır. Bir kahve makinası örneği üzerinden incelendiğinde, insansı işbirlikçi bir robotun birçok özelliği ortaya çıkmaktadır. Öncelikle, bu tür robotlar, kullanıcının tercihlerini anlayabilen ve kişiselleştirilmiş kahve deneyimi sunabilmesi için görüntü işleme özelliği ile birçok ayrıntıyı birbirinden ayırt edebilen robotlardır. Bu sayede, robotlar, kullanıcının kahve türü, kahve bardak boyutu, kahve makinası su seviyesi ve kahve üretimi boyunca oluşabilecek hataları fark ederek kullanıcıyı yönlendirmektedir. Robot öncelikle kullanıcıdan bir kahve türü ve boyutu seçmesini istemektedir. Kullanıcı bu seçimi yaptıktan sonra, robot görüntü işleme özelliğini kullanarak seçilen kahve türünü, yeterli miktarda bardak olduğunu, kahve makinasının su seviyesinin uygun olduğunu ve seçilen kahve türünün stokta bulunduğunu kontrol etmektedir. Ardından, kullanıcının istediği kahveyi hazırlamaya başlar ve kahve hazırlama işlemi tamamlandıktan sonra, robot kahve bardağını kullanıcının önüne yerleştirir, kahvenin düzgün bir şekilde yapıldığını kontrol ettikten sonra kullanıcıya kahveyi sunmaktadır. Sonuç olarak, bu tezde insansı işbirlikçi robotların analizi ve bu robotların özelliklerini gösteren bir kahve makinası tasarlanmış olup endüstriyel ve hizmet sektörlerinde önemli bir potansiyele sahip olan teknolojileri yaygınlaştırılmasını sağlamaktadır. İş ortamlarında insanlarla birlikte çalışarak verimliliği artırabilir, iş güvenliğini iyileştirebilir ve iş süreçlerini optimize edebilirler. Ancak, bu teknolojinin başarıyla benimsenmesi için güvenlik, etik ve ekonomik faktörlerin dikkate alınması gerekmektedir. Gelecekte, insansı işbirlikçi robotların daha da geliştirilmesi ve yaygınlaştırılmasıyla, daha verimli iş ortamları oluşturulması hedeflenmektedir.
FM verici cihaz arızalarının yapay sinir ağları ile tespiti
Bu çalışma, günümüzde popülerliği yüksek olan yapay sinir ağlarını kullanarak FM verici cihaz arızalarını tespit etme üzerinedir. Yapay sinir ağları, 1940'lı yıllarda ortaya çıkan, matematiksel formüller ile biyolojik sinir ağlarının modelleme işlemidir. Birçok alanda kullanılan bu yöntem karmaşık problemlerin çözümünde güvenli sonuçlar vermektedir. Avantajlarının yanında dezavantajları da bulunan Yapay sinir ağları (YSA) ile yapılan bu çalışmada elektronik bir cihaz olan FM vericinin parametreleri kullanılmıştır. Veri seti MATLAB programının içinde bulunan YSA modelleri ile denenmiş ve en iyi sonuç veren yöntem bulunmuştur. Elektronik cihaz arızalarını tespit etmede kullanılabilecek bir yöntem mi sorusunun cevabını aramaktayız. FM verici iki kısımdan oluşur. Bunlar; Exciter ve Amplifikatördür. Exciter olarak; İDİL elektronik firması tarafından üretimi yapılan AFM-30 isimli cihaz kullanılmıştır. Bu çalışma Exciter ünitesinde meydana gelen ve gelebilecek olan arızaların tespiti, Yapay sinir ağı modelleri kullanılarak yapılmıştır. Yapay sinir ağı mimarisinde, 12 adet girdi verisine karşılık binary sayı sistemi kullanılarak kodlanmış şekilde 3 adet çıktı verisi üretmesi sağlanmıştır. Bu tez çalışmasında amplifikatörün ne olduğundan bahsedilmiş ancak konu dışı olduğu için ayrıntılara girilmemiştir. İlkel yöntemlerin dışında teknolojinin gelişmesi de göz önüne alınarak farklı yöntem ve tekniklerin bulunmaya çalışıldığı günümüz dünyasında bir başka yöntem olan YSA ile de arızaların tespit edilebildiğini söyleyebiliriz.
Doğrusal olmayan ikiz motorlu çok girişli çok çıkışlı bir sistemin kontrolcüsüne ait parametrelerin metasezgisel optimizasyon yöntemleriyle bulunması
Bir helikopter simülatörü olan ikiz motorlu çok girişli ve çok çıkışlı sistem (TRMS) doğrusal olmayan bir sistemdir. Bu çalışmada, kullanılan TRMS sistemi ana ve kuyruk pervanelerinden oluşmaktadır. Sistemi dengede tutmak için pervaneleri hareket ettiren DC motorların hızlarının kontrol edilmesi gerekir. Bu kontrol için ayrık zaman Oransal- İntegral-Türevsel (ayrık zaman-PID) kontrolcü kullanılmıştır. Doğrusal olmayan sistemlerin kontrolcü katsayılarının bulunması klasik yaklaşımlarla oldukça zordur. Metasezgisel algoritmalar, temelde sürü halinde hareket eden canlıların davranışlarından esinlenerek geliştirilmiş algoritmalardır. Çalışmada, sistemi dengede tutacak ayrık zaman PID katsayıları parçacık sürü optimizasyonu (PSO), kelebek tabanlı parçacık sürü optimizasyonu (KTPSO), yusufçuk algoritması (Dragon), genetik algoritma (GA), gri kurt optimizasyon algoritması ve guguk kuşu metasezgisel algoritmaları kullanılarak belirlenmiştir. Algoritmalardan elde edilen katsayılar kullanılarak yapılan benzetim ve deneysel çalışmaların sonuçları karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma, hata ve performans yönünden yapılmıştır. Hata yönünden integral mutlak hata (IAE), integral kare hatası (ISE), integral zaman kare hatası (ITSE) ve integral zaman mutlak (ITAE) değerleri, performans yönünden ise referans değere yükselme zamanı, oturma zamanı, yüzde aşım miktarı ve pik değerleri kullanılmıştır. İstenilen cevaba uygun olarak algoritmalardan elde edilen katsayılarla, eğer, hızlı bir cevap isteniyor ve hatanın sorun olmayacağı düşünülüyorsa, GA'dan elde edilen katsayılar kullanılmalıdır. Fakat hatanın sorun olacağı ve zaman açısından bir problem görülmüyorsa; gri kurt veya KTPSO kullanılabilir. Bu açıdan bakıldığında PID kontrolcü katsayı bulmada GA, gri kurt ve KTPSO algoritmaları ikiz motorlu çok girişli çok çıkışlı bir sistem (TRMS) için öne çıkmıştır.
Enerji iletim hattındaki kayıpların yapay sinir ağları ile tahmini
Hayatımızın bir parçası olan elektrik enerjisine talep her geçen gün artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının yetersiz kalması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının hızla tükeniyor oluşu, bilim insanlarını yeni alternatif çalışmalara yönlendirirken aynı zamanda enerji üretim, iletim ve dağıtım hatlarında meydana gelen kayıpların azaltılmasını da zorunlu kılmaktadır. Kayıpları azaltmak için kayıpları etkileyen faktörlerin doğru tespit edilerek hesaplanması gerekmektedir. Enerji iletim hattı onarımının uzun sürmesi ve maliyetinin yüksek olmasından dolayı enerji iletim hatlarının iyi bir şekilde planlanması ve yenilenmesi önem arz etmektedir. Bu bağlamda enerji iletim hatlarının verimli bir şekilde planlanması için enerji iletim hat kayıplarına etki eden faktörlerin doğru belirlenerek kayıpların iyi hesaplanması gerekmektedir. Yapılan bu çalışmada enerji iletim hattında meydana gelen kayıpların tahmini için hattın gerilim değeri, kullanılan iletken cinsi, hat uzunluğu, basınç seviyesi, sıcaklık değeri, pürüzsüzlük faktörü ve yük akımı ağ girdileri olarak ve enerji iletim hattı kaybı da ağ çıktısı olarak belirlemek üzere 7 girişli ve 1 çıkışlı bir YSA modeli MATLAB yazılım programı kullanılarak geliştirilmiştir. Bu çalışmada ileri beslemeli geri yayılımlı YSA kullanılarak gizli katmanların sayısı ve bu katmanlardaki nöronların sayısı ile diğer eğitim parametreleri eğitim süreci boyunca Levenberg Marquardt (LM) algoritması ile optimize edilmiştir. Kayıpları hesaplamak için MATLAB/nntool kullanılarak, hem aynı anda tüm parametre girdileri için, hem de her defasında 6 giriş parametresi sabit kalmak şartıyla 1 giriş parametresi belirli aralıklarda değiştirilerek bu giriş parametresinin enerji iletim hattı kaybı üzerindeki etkinliği başarılı bir şekilde tahmin edilmiştir.
Fotovoltaik enerji sistemlerinin elektrik dağıtım şebekesine entegrasyonunun analiz edilmesi
Elektrik dağıtım sistemlerinin tasarım süreci sırasında fotovoltaik (FV) sistemlerin dağıtım şebekesine entegre edilmesinden kaynaklanabilecek potansiyel sorunları ve operasyonel zorlukları dikkatle değerlendirmek önemlidir. Elektrik dağıtım şebekesinin güvenilir şekilde çalışmasını sağlamak için zorunlu düzenlemelerin oluşturulması ve kapsamlı planların geliştirilmesi gerekmektedir. FV enerji sistemlerin dağıtım şebekesine entegre edilmesiyle gerilim regülasyonu, harmonik sorunlar, bakım ve işletme topraklama yapısındaki değişiklikler, anlık kısa devre akım değerlerindeki artış, arıza sırasında veya arıza sonrasındaki davranışlar ve dağıtım şebekesinin gerilim ve frekans dalgalanmalarına verdiği tepkiler yer almaktadır. Bunun yanında jeneratörlerin karakteristiği, statik yükler ve tüketicilerin gereksinimleri dağıtım şebekesinin karakteristiğini etkilemektedir. Bu kapsamda, bu tez çalışmasında bir FV enerji santralinin dağıtım şebekesine entegrasyonu ile yük akış analizi, kısa devre akımı, röle koordinasyon kontrolü ve FV tabanlı dönüştürücü ve/veya statik yük harmoniklerinin etkileri araştırılmış ve incelenmiştir. Röle koordinasyon kontrolü ile arıza akımına en yakın yerden elektrik kesilerek elektrik kesintisi birçok noktada hissedilmeden arıza bölgesi koruma altına alınmaktadır. Kısa devre arıza akımına karşı röle koordinasyon kontrolü ile aşırı akım önlenerek ve arıza akımının devam etmesi durumunda ise kesici ile şebekenin enerjisi kesilmektedir. Ayrıca enerji depolama ünitelerinin sisteme entegre edilmesi ile FV enerji sisteminin ürettiği fazla gücü bataryalara aktarılarak yük akış dengesi sağlanmış, güneş enerjisinin sınırlamaları aşılmış, şebeke istikrarı arttırılmış ve enerji kullanımı optimize edilerek sürdürülebilir bir enerji sağlanmıştır. Bunun yanında, statik yüklerinin ve FV enerji sistemlerinin neden olduğu harmonikler analiz edilerek IEEE-519 standartlarına göre azaltılmıştır. FV santralinin elektrik dağıtım şebekesine entegrasyonu ETAP yazılım programı ortamında incelenmiş ve analiz edilmiştir.
Elektrikli araç uygulamaları için katı hal transformatörü tabanlı güç dönüştürücü kontrolü
Elektrik iletim ve dağıtımında önemli bir yere sahip transformatörler, gelişen güç elektroniği teknolojileriyle birlikte yerini katı hal transformatörlerine (KHT) bırakmaktadır. KHT'ler; yüksek kontrol edilebilirlik, çift yönlü güç akışı, kompakt yapı ve yüksek frekanslı çalışma özellikleriyle geleneksel transformatörlerin sınırlamalarını ortadan kaldırır. Ayrıca akım-gerilim regülasyonu, reaktif güç desteği, enerji depolama yönetimi ve güç kalitesi iyileştirmesi gibi işlevler sunar. Bu özellikleri sayesinde KHT'ler, yenilenebilir enerji entegrasyonu, mikro şebekeler, dağıtık üretim ve elektrikli araçlar (EA) şarj sistemleri gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, EA uygulamalarına yönelik tek fazlı ve üç fazlı KHT tabanlı çift yönlü aktif köprü (ÇYAK) güç dönüştürücüsü incelenmiştir. Bu yapıda yüksek dinamik performans ve kararlı çalışma elde etmek için kayan kipli kontrol ve oransal–integral kontrol yöntemleri uygulanmış ve performansları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Tez kapsamında öncelikle KHT tabanlı güç dönüştürücü topolojileri ayrıntılı olarak analiz edilmiş; verimlilik, kontrol esnekliği, çift yönlü güç akışı, yüksek frekans izolasyonu ve enerji depolama entegrasyonu gibi temel kriterler göz önünde bulundurularak EV şarj altyapıları için uygun yapı belirlenmiştir. Bu doğrultuda, yüksek verimli DA/DA güç dönüşümünü sağlayan ÇYAK ile entegrasyonu sağlanmıştır. KHT tabanlı ÇYAK dönüştürücüsünün matematiksel modeli oluşturulmuş ve kontrol algoritmaları tasarlanarak sistem üzerinde uygulanmıştır. Tasarlanan modelin dinamik ve kararlı hâl performansı, farklı yük ve giriş koşulları altında değerlendirilmiştir. Tüm modelleme ve benzetim çalışmaları, güç elektroniği ve güç sistemleri analizinde yaygın olarak kullanılan MATLAB/Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir.
Makine öğrenmesinde gradient boosting algoritması ile müşteri ayrılma tahminlemesi
Müşteri kaybı, bir işletmenin kârlılığına büyük ölçüde etki edebilir; bu yüzden, bu ayrılmaları önceden tahmin etmek ve önlemek için stratejiler geliştirmek önemlidir. Bu amaca yönelik teknikler ve algoritmalar, müşteri davranışları ve eğilimleri hakkında derinlemesine bilgi sağlar ve şirketlerin müşteri ayrılmasını daha etkili bir şekilde yönetmelerine yardımcı olur. Bu çalışmada çeşitli makine öğrenmesi algoritmaları kullanarak müşteri ayrılmasının tahmin edilmesi yeteneği geliştirmeye çalışılmıştır. Ayrıca makine öğrenmesi yöntemlerinin telekomünikasyon ve bankacılık sektöründeki müşteri ayrılma problemine nasıl uygulanabileceği ve müşteri kaybının azaltması için nasıl kullanılabileceği tartışılmıştır. Bu çalışmada kullanılan telekomünikasyon veri seti, 21 farklı özelliğe sahip 7.043 veri noktası içerirken, bankacılık veri seti ise 14 farklı özelliğe sahip 10.000 veri noktası içermektedir. Veri setlerinin %80'i modelin eğitimi için, %20'si ise test için kullanılmıştır. Gradient Boosting algoritmasının performansını iyileştirmek için hiper parametre ayarlamaları yapılmış ve her parametre değişikliği sonrasında bu değişikliğin modelin performansına etkisi gözlemlenmiştir. En iyi hiper parametre değerleri için GridSearchCV ve RandomSearchCV yöntemi kullanılmıştır. Dengesiz veriler için SMOTE ve SMOTEEN fonksiyonu kullanılmış ve SMOTE parametreleri ayarlanarak modelin performansı artırılmıştır.
Elektrikli araç lı-ıon batarya dolum sistemlerindekiharmoniklerin pasif filtre yapılarıyla düzeltilmesi
Bu çalışmada, elektrikli araçlarda kullanılan Li-ion bataryaların şarj sürecinde oluşan harmonik bozulmaların analizi ve adaptif olarak bastırılması amaçlanmıştır. Sabit filtreleme yöntemlerinin, CC-CV (Sabit Akım–Sabit Gerilim) şarj modlarının dinamik yapısına uyum sağlayamadığı bilinmektedir. Bu kapsamda, 400 V gerilim, 11 kW güç ve 50 kWh kapasiteli bir batarya ve şarjı MATLAB/Simulink ortamında modellenmiş ve batarya doluluk oranına (SoC) bağlı harmonik davranış incelenmiştir. Analizler, %0–%50 SoC aralığında (CC modu) harmonik bozulmaların nispeten durağan seyrettiğini, ancak CV moduna geçişle birlikte üst harmonik bileşenlerin ve toplam harmonik distorsiyon (THD) değerlerinin belirgin şekilde arttığını ortaya koymuştur. Özellikle %70–%75 SoC aralığında THD'nin maksimum değere ulaştığı belirlenmiştir. Harmonik spektrumunda en baskın bileşenlerin 5., 7., 9., 11. ve 13. harmonikler olduğu tespit edilmiş ve bu harmoniklerin bastırılması amacıyla pasif LC filtreler tasarlanmıştır. Örneğin, 5. harmonik (250 Hz) için 10 mH endüktans ve 40.5 µF kapasitans değeri belirlenmiştir. Filtre seçimi için, SoC ve harmonik bozulma faktörlerini (DFn) giriş olarak kullanan K-En Yakın Komşu (KNN) algoritması uygulanmış, dört filtre sınıfı tanımlanmış ve bu yapı ESP32 tabanlı bir mikrodenetleyicide gerçek zamanlı olarak test edilmiştir. Sonuçlar, adaptif filtreleme sonrasında THD değerlerinde anlamlı iyileşmeler sağlandığını göstermektedir. Ortalama güç bazında yapılan karşılaştırmada, filtreleme ile enerji verimliliğinde genel olarak %1.23, hızlı şarj bölgesinde ise %0.73 iyileştirme elde edilmiştir. Çalışma, bataryaların şarj sürecinde harmonik üretiminin statik değil dinamik bir yapı sergilediğini ve harmonik yönetiminde adaptif algoritmaların güç kalitesi ile batarya ömrü açısından kritik önem taşıdığını ortaya koymaktadır.
Efficient implementation of simplified aes and its side-channel analysis
Lightweight cryptography is gaining momentum as the number of connected Internet of Things (IoT) devices in the world is expected to reach beyond 50 billion by 2030. With all that massive amount of connectivity, the demand for communication security will be higher as well as the edge processing speed. In this thesis, the Simplified AES (S-AES) algorithm, a popular, fast and feasible solution for the security of embedded devices concerning other ultra-lightweight block ciphers is studied. S-AES has been considered as one of the better options in terms of memory usage in microcontrollers, where memory is already in high demand. In this thesis, the S-AES encryption performance was improved by simple, yet efficient techniques applied on the MixColumns layer. STM32F4-DISCOVERY board having an ARM Cortex-M4 embedded processor is used to demonstrate these techniques while relatively comparing them concerning each other to show the performance improvements. Additionally, Altera Cyclone-IV and Xilinx BASYS-3 FPGA demo boards are used to demonstrate the high performance and low-area implementation of this algorithm compared to other lightweight block ciphers. Side-channel security of the implementation techniques was analyzed on STM32F4-DISCOVERY board to prove the implementation is still secure even though the performance is improved. As a conclusion, the embedded software and hardware implementations of S-AES showed that this encryption algorithm can be used in performance-critical areas such as Internet of Things (IoT).
Uydu haberleşme sistemlerinde girişim kaynağı yer belirleme yöntemleri
Uzak mesafelerde iletişimi mümkün kılan, hızlı ve yüksek kapasiteli ama aynı zamanda da düşük maliyetli sistemlere sahip olan uydu haberleşmesi, günümüzde sivil ve askeri haberleşme amaçlı olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Kasıtlı veya kasıtlı olmayan bozucu sinyallerden dolayı haberleşmede aksaklıklar meydana gelebilmektedir. Haberleşmenin olumsuz etkilenmesi TÜRKSAT gibi uydu operatörlerinin kullanıcılara düzgün hizmet verememesi, askeri birlikler arası koordinasyonun sağlanamaması gibi önemli problemlere yol açmaktadır. Bu gibi sorunların çözümlenebilmesi için öncelikle bozucu sinyalin nereden kaynaklandığının bilinmesi gerekmektedir. Dünya üzerinde bulunan uydu operatörleri ve silahlı kuvvetler bozucu sinyal kaynağının yerini tespit eden konum belirleme sistemlerine sahiptir. Bu sistemler karıştırıcı yayınların yerlerini tespit etmek için yörünge üzerinde aktif olarak kullanımda olan uydulardan yararlanmaktadır. Mevcut konum belirleme sistemleri yörünge üzerindeki iki veya üç uydu ile konum belirleme işlemini yapabilmektedir. Bu tez çalışmasında, uydu haberleşmesini olumsuz yönde etkileyen bozucu sinyal kaynaklarının konumlarının belirlenmesi için kullanılan çeşitli yaklaşımlar ve yöntemler irdelenmiştir. Bozucu sinyal kaynağının konum tahmini işlemleri uyduların, konum belirleme sisteminin ve karıştırıcı sistemin oluşturduğu TDOA, FDOA ve Dünya'nın şeklinden kaynaklı elipsoid denklemlerine dayanmaktadır. TDOA ve FDOA denklemlerinin oluşturulabilmesi için gerekli olan uyduların konum ve hız bileşenleri ise uydu TLE veri setindeki Kepler elemanları kullanılarak elde edilmektedir. Bu denklemlerin oluşturdukları doğrusal olmayan denklem sistemlerinin çözümü için Newton ve Broyden yöntemleri gibi sayısal analiz yöntemlerinden yararlanılarak bozucu sinyal yeri belirleme yöntemleri çalışılmıştır.
Batarya - süperkapasitör hibrit sistemlerinde programlanabilir soc ile güç yönetimi
Günümüzde artan çevresel etmenlerden dolayı fosil yakıt tüketiminin düşük seviyelerde tutulması önem arz etmektedir. Bu bağlamda özellikle otomotiv endüstrisinde elektrikli sistemlerinin kullanımı giderek önem kazanmıştır. Büyük ölçekli sistemlerden düşük boyutlardaki taşınabilir elektronik cihazlara kadar batarya kullanımının yaygınlaştığı aşikardır. Ancak batarya ve enerji depolama sistemlerindeki gelişmeler uygulamaya bağlı enerji yönetim konfigürasyonlarını öne çıkarmıştır. Günümüzde yüksek enerji yoğunluğuna sahip Li-iyon pillerin yanında yüksek güç yoğunluğuna sahip süperkapasitörlerlerin hibrit kullanımı önemli araştırma alanları arasında yer almaktadır. Bataryaların ömrünü uzatmak için tampon işlevi gören süperkapasitörler askeri amaçlar için kullanıma çok uygundur. Süperkapasitörler düşük sıcaklıklarda çalışabilen, şarj imkanının olmadığı veya şarj için yeterli sürenin bulunmadığı durumlarda ihtiyacı karşılayabilen en uygun enerji depolama aygıtıdır. Bu tez çalışması kapsamında süperkapasitör ve Li-iyon pillerinde hibrit kullanım için bir batarya yönetim sistemi ilk kez bir programlanabilir SoC kullanılarak geliştirilmiştir. PSoC, özellikle birçok analog arabirimi içerdiği için batarya yönetiminde oldukça önemli kazanımlar sağlamaktadır. Yapılan deneysel çalışmalarda süperkapasitör ve üç Li-iyon pilin kontrollü şarj-deşarjları yapılmış, piller arasında doluluk oranları muhafaza edilebilmiştir. Geliştirilen yazılımı ve donanım farklı enerji depolama sistemlerinde kullanıma olanak sağlamaktadır.
Analysis and design of antenna and passive microwave circuit elements on flexible substrate
This dissertation is about the design and analysis of passive microwave circuits on flexible substrates. The work is divided into three parts material characterization, design, and fabrication. Two types of textile samples cotton, jeans, and two types of synthesized mold silicone PDMS, and AK-Sil1310T are selected for analysis. The dielectric properties of cotton, jeans, PDMS, and AK-Sil1310T are determined using a waveguide and modified ring resonator for a 1-12 GHz frequency band. The waveguide setup consists of X-band (8.2-12.5 GHz) rectangular waveguides, a vector network analyzer, the coaxial cables, and the N-type coaxial to waveguide converters. The scattering parameters of test materials are measured through a waveguide setup whereas the Nicolson-Ross-Wier algorithm is used to extract the dielectric properties from measured scattering parameters. To determine material properties using the resonant method two microwave structures microstrip transmission line a and microstrip ring resonator are realized. The dielectric properties obtained through both methods are significantly matched. The different conductive materials such as conductive ink, conductive textile, and conductive yarn are investigated to compare their performance when used in the fabrication of circuit elements on textiles. The fabrication techniques including screen printing, Physical Vapor deposition, sticking, and stitching are also examined. In the design phase, an X-band reflectarray with a rectangular patch element is simulated using Ansys HFSS electromagnetic simulation software. The phase range corresponding to patch dimension for single-layer and 2-layer unit cells is obtained. The single-layer unit cell has a phase range of around 330o but has steeper phase variation whereas the 2-layer unit cell has more the 300o has gradual phase variation Based on fabrication error tolerance and bandwidth criteria 2-layer unit cell is used to design complete reflectarray. The simulations of reflectarray for center feed configuration having 15x15 elements and offset feed configuration having 17x17 elements are carried out by using the ANSYS HFSS simulation tool. The radiation patterns, gains, and efficiencies are calculated for both antennas. The gain for center feed configuration is around 21 dB and the estimated efficiency is around 43%, similarly the gain for offset feed configuration is around 23 dB while the estimated efficiency is around 45%. Both designs are fabricated through computerized embroidery technique using silver-coated conductive thread while the ground plane is made using conductive textile. The fabricated design was tested with the help of a wooden structure built in the lab and compared with simulations.
GNSS karıştırma tipi sınıflandırmada makine öğrenmesi yaklaşımı
GNSS sinyalleri günümüzde uydu takımına bağlı olarak konumun, zamanın ve hızın tespit edilmesinde değerlendirilen sinyallerdir. Askeri ve sivil unsurların birçoğu ilgili verileri elde edebilmek için GNSS yapısında olan GPS, GLONASS, BEIDOU gibi sistemlerden gelen bu sinyalleri kullanır. Bu bilgi insanlı/insansız tüm platformların ulaşmak istediği hedefe en düşük sapmayla en doğru şekilde ulaşmasını amaçlar. Ancak, bu sinyallerin karıştırılması ve kullanıcının bu sinyalden elde etmesi gereken veriye ulaşmasının engellenmesi yaklaşımı günümüzde sıkça kullanılan yaklaşımlardandır. Karıştırıcıların müdahalesiyle platformlar ve sistemler konum veya hız kaybederek etkisiz hale gelebilmektedir. Unsurların ele geçirilmesi, kırıma uğraması, kaybolması, istenen şekilde görev icra edememesi gibi durumlar karıştırma faaliyetlerinin ana çıktılarındandır. Kullanıcı karıştırmanın bahsedilen bu olumsuz etkilerinden kurtulabilmek amacıyla karıştırıcıyı tespit etmeyi ve etkisini azaltıcı bazı yaklaşımlar sergilemeyi hedefler. Karıştırıcıların belirli türleri bulunmaktadır. Bu türlerin birbirinden ve karıştırma olmayan durumdan ayrılabilmesi, karıştırıcı etkisinin azaltılmasında kritik öneme sahip bir durum olarak değerlendirilmektedir. Sınıflandırmanın doğru yapılabilmesi negatif etkilerin azaltılmasına dair en doğru çözümün uygulanabilmesine imkan sağlar. Bu sınıflandırmanın yüksek hızlarda yapılabilmesi insan eliyle mümkün olamamaktadır. Bu nedenle ve en doğru sınıflandırmayı elde edebilmek amacıyla bu sınıflandırma problemlerinin çözümünde makine öğrenmesi yaklaşımlarından birinin ya da birkaçının kullanılması birçok farklı çalışmada ele alınmıştır. GNSS karıştırıcıların tespit edilmesini ve karıştırıcı türünün doğru sınıflandırılmasını amaçlayan bu çalışmada, AM, FM, NB ve Chirp karıştırıcı olarak dört durum ve karıştırıcı olmayan durum olmak üzere beş durum belirlenmiş, her durum için 10000 adet sinyal olarak toplamda 50000 adet sinyal üretilmiştir. Oluşturulan sinyaller belirli gürültü ve karıştırma oranlarına bağlı olarak daha gerçekçi bir hale getirilmiştir. Elde edilen sinyaller öncelikle doğrudan ham veri olarak, sonrasında kısa zamanlı Fourier dönüşüm (STFT) ile elde edilen öznitelikler kullanılarak ve ardından Wigner-Ville Dağılımı ile elde edilen öznitelikler kullanılarak makine öğrenmesi modellerine girdi olarak sağlanmıştır. Öznitelik çıkarılarak yürütülen çalışmalarda tercih edilen STFT ve Wigner-Ville analiz yöntemlerinden hangisinin daha iyi performans sergilediği ve öznitelik çıkarılmadan doğrudan ham verilerle yapılan çalışmalarda elde edilen performansın öznitelik çıkarılarak yürütülen çalışmalara kıyasla nasıl bir sonuç sağladığı analiz edilmiştir. Ham veri ve zaman-frekans analizleriyle elde edilen öznitelikler CNN, SVM, RF, MLP ve NN olarak belirlenen beş ayrı makine öğrenmesi modeline verilmiş ve öğrenme performansları elde edilmiştir. Tüm verilerle elde edilen sonuçlar AM, FM, NB, Chirp ve NJ olarak etiketlenmiştir. NJ durumu karıştırmanın olmadığı durumu ifade ederken, AM, FM, Chirp ve NB durumları ilgili karıştırıcıların varlığının tespit edildiği durumları ifade etmektedir. Tercih edilen makine öğrenmesi modellerinden en iyi performansın STFT ile elde edilen özniteliklerin kullanılmasıyla yürütülen CNN öğrenme modeli sonucunda sağlanabildiği ve sınıflandırma performansının \%98.5 olduğu gözlenmiştir.
Metro ve hafif raylı ulaşım araçları için süperkapasitör depolamalı frenleme enerjisi geri kazanımı sistemi geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında, süperkapasitör tabanlı enerji depolama sisteminin metro ve hafif raylı araçlarda frenleme enerjisinin geri kazanılması amacıyla geliştirilmesi, laboratuvar ortamında kurulumu ve gerçekleştirmesi sunulmuştur. Enerjinin boşa harcanması, hem ülkemiz hem de dünyamız için ciddi bir kayıp oluşturmaktadır. Bu bağlamda, genellikle boşa harcanan frenleme enerjisinin depolanıp yeniden kullanılması ciddi bir önem taşımaktadır. Süperkapasitörler güç yoğunluğu yüksek, enerji yoğunluğu ise görece düşük aygıtlar olup, sürekli dur-kalk yapan şehiriçi raylı ulaşım sistemlerinde enerjiyi verimli olarak depolamaya uygun ürünlerdir. Raylı ulaşım sistemlerinde frenleme, çoğunlukla mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi ve bu enerjinin frenleme dirençlerinde ısı enerjisine dönüştürülmesi şekilde olmaktadır. Bu tez çalışmasında, yeni nesil silisyum karbür (SiC) tabanlı metal oksit yarı-iletkenli alan etkili güç tranzistörü (güç MOSFET'i) kullanılan, yüksek verimli, uzun ömürlü ve işitsel gürültüsü düşük çift yönlü güç aktarımı yapabilen düşük hacimli bir çevirgeç tasarlanarak süperkapasitör enerji depolama sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen bu sistem yine aynı labortuvarda geliştirilen ve kurulan, katener ve raylı çekiş simülatörlerine entegre edilerek test edilmiş ve doğrulanmıştır. Bu üç sistemin geliştirilmesinde SiC güç MOSFET'lerinin yenilikleri, olası problemleri, ve etkileri üzerinde çokça durulmuş ve bunlarla ilgili çalışmalar da yürütülmüştür. Bunun yanında süperkapasitörlerin frenleme enerjisi geri kazanımını daha etkin hale getirmeyi hedefleyen algoritmalar ve çalışma yöntemleri üzerinde araştırma ve geliştirme yapılmıştır. Standart yöntemleri uygulayarak düz yolda yaklaşık % 31 olan enerji tasarrufu geliştirilen algoritma ile % 38 olmuş, hafif negatif eğimli yolda ise yaklaşık %33 olan enerji tasarrufu yine bu algoritma ile % 43'e yükseltilmiştir. Bu algoritma bütün bir parkura uygulandığında ise enerji tasarrufunu % 31'den % 39 seviyesine çıkarmıştır. Çalışılan bu yöntemler laboratuvar ortamında kurulu tüm sistem çalıştırılarak doğrulanmıştır.
GNSS tabanlı zamanlama ve senkronizasyon
Zaman, bir süreci ifade eden kavram ve kullanılan bir ölçüt olarak ele alınmaktadır. Zamanın hassas şekilde elde edilmesi bazında atomik saat birimlerinin bu alandaki en hassas birimler olduğu ve uydu sistemlerinde kullanıldığı bilinmektedir. Bu bilgi ışığında uydu atomik saatleri yardımı ile dünya üzerinde daha az maliyetli ve daha hassas zaman yönetimi ve kullanımı durumu doğmuştur. Global Positioning System (GPS) – Küresel Konumlama Sistemi tabanlı zamanlama ve senkronizasyon sistemleri sürekli gelişen yaygın ve doğru zaman işleyişini temel alan sistemlerdir. GPS tabanlı sistemlerde zaman işlevinin sürekli olarak sistemlere sağlanması için bir atomik osilatör, yani GPS'den gelen sinyalleri temel alarak oluşturulan GPS tabanlı zamanlama ve senkronizasyon sistemleri ile birleşerek çalışırlar. Çalışma kapsamında, bir GPS alıcısının mevcut durumunda güvenilir zamanlama çözümleri sağlayamadığı bu ortamlarda ve özellikle havacılık olmak üzere birçok sektörde ihtiyaç olan referans zaman kaynağı olarak kabiliyetini göstermeyi ve sonuçlarını değerlendirmeyi amaçlamaktadır. PLL entegre devresi ile yapılan tasarımda GPS sinyali var iken ve yok ikenki şartlar altında çeşitli ölçümler alınmıştır. Bu sayede GPS tabanlı zamanlama ve senkronizasyon sistemlerinde istenen ve maliyet etkin yapısı da elde edilmiştir. ii Çalışma sonunda nanosaniyeler mertebesinde sapma/zamansal kaymalar gözlemlenmiş kabul edilebilir doğruluk ve hassaslıkta sonuçlar alınmıştır. Anahtar Kelimeler: GNSS, GPS, Zamanlama, Senkronizasyon, PLL
Baskı devre kartlarında lehim hatası denetimi
Elektronik baskı devre kartı (BDK) üretiminde yüzey montaj elemanlarının (YME) BDK'ya yerleştirilmesi sırasında oluşan hataların büyük kısmı lehim hatalarından kaynaklanır. Lehimlerin boyutlarının küçük olması ve farklı şekiller alabilmeleri sebebiyle denetimleri zordur. Bu tez kapsamında lehim denetimini farklı koşullarda yapabilmek için iki farklı yöntem önerilir: Gözetimsiz derin üretken modeller ile anomali tespiti ve entropi düzenlileştirmesi tabanlı ince taneli gözetimli sınıflandırma. İlk olarak, lehim denetimi sınırlandırılmamış bir bağlamda yani hatasız referans kart veya özel bir aydınlatma olmadan hem entegre hem de entegre olmayan devre elemanları denetimi için beta-Değişimsel Özkodlayıcı (beta-VAE) mimarisi tasarlanmıştır. Önerilen modelin, verinin daha ayrıştırılabilir çözülmüş bir temsilini öğrendiği, niteliklerin bağımsızlığını arttırdığı gösterilmiştir. Anomaliyi karakterize etmede kullanılan aktivasyon ve gradyan tabanlı temsiller karşılaştırılmıştır. Farklı beta değerlerinin daha ayrıştırılabilir temsil öğrenimine ve model başarımına olan etkisi araştırılmıştır. Beta-VAE ile anomali lehimlerin model eğitiminde yalnızca hatasız lehimler kullanarak yüksek başarı oranı ile sınıflandırılabileceği gösterilmiştir. Lehim denetimi için önerilen bir diğer yaklaşım ise ince taneli sınıflandırmadır. Hatalı ve hatasız lehim nitelikleri birbirine benzer olduğundan lehim denetiminin ince taneli sınıflandırma problemi olduğu gösterilmiştir. Lehim denetiminin ince taneli sınıflandırmasında entropiyi düzenlileştirici yöntemler karşılaştırılmış ve önerilen çarpık Jensen-Shannon ıraksamasının (JSD), farklı mimarilerde diğer yöntemlerden daha başarılı olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, çarpık JSD ile entropi düzenlileştirilmesinin lehimler üzerinde daha ayrıştırıcı bölgelerden çıkarım yapılmasını sağladığı gösterilmiştir. Gözetimsiz derin üretken modeller, model eğitimi sırasında nadir bulunan hatalı lehim örneklerine ihtiyaç duymazken gözetimli evrişimsel ağlar kadar yüksek başarı oranı elde edemezler. Dolayısıyla önerilen gözetimli ince taneli sınıflandırma ile gözetimsiz derin üretken model tabanlı yöntemler arasında bir ödünleşim vardır.
5G ve ötesi ağ dilimlemesinde makine öğrenmesi yöntemlerinin başarımının incelenmesi
Son yıllarda haberleşme sektöründeki hızlı gelişmeler sayesinde, yeni uygulamalar ve imkanlar ortaya çıkmıştır. Bu uygulamalar, düşük gecikme, yüksek veri hızı, yüksek güvenilirlik ve güvenlik ihtiyacı doğurmuştur. Dördüncü nesil (fourth generation, 4G) iletişim sistemlerinin karşılayamadığı bu ihtiyaçlar için yeni öneriler verilmesi gerekmiştir ve beşinci nesil (fifth generation, 5G) haberleşme sistemleri ortaya çıkmıştır. Örneğin 4G sistemlerde programlanabilir yapılar için yazılım tanımlı ağ (software defined networking, SDN) ve ağ fonksiyonlarının sanallaştırılması (network function virtualization, NFV) teknolojileri kullanılırken, gelecek 5G sistemlerinde bu iki teknolojinin yanı sıra Ağ dilimleme yöntemlerinin de kullanılması planlanmıştır. Bu çalışmada, makine öğrenmesi ile oluşturulmuş modeller ve ek mekanizmalar ile 5G Ağ Dilimleme, Veri Hızı Yönetim ve Kullanıcı Devir Mekanizmaları oluşturulmuştur. Oluşturulan bu mekanizmaların test edilebilmesi için gerçekçi bir benzetim ortamı geliştirilmiştir. Bu benzetim ortamına 3. Nesil Ortaklık Projesi (3rd Generation Partnership Project, 3GPP) uyumlu kullanıcılar ve baz istasyonları yerleştirilmiştir. Çalışmada beş farklı makine öğrenmesi modeli kullanılmıştır, ağ dilimleme için dört farklı model ve modellerin karar çoğunluğu ile çalışan bir sınıflandırma modeli geliştirilmiştir. Oluşturulan makine öğrenmesi modellerinin gerçekçi senaryolardaki performansını test edebilmek için, hata payı içeren kullanıcı verisi oluşturulmuştur. Bu kullanıcı verisi ile gerçek durumlarda yaşanabilecek hata paylı veri ile sınıflandırma gerçekleştirilmiştir. Sınıflandırmalar, 3GPP tarafından önerilen gelişmiş mobil şebeke (enhanced mobile broadband, eMBB), çok düşük gecilmeli veri iletişimi (ultra reliable low latency communications, URLLC), büyük nesnelerin interneti (massive internet of things, MIoT) ve araçtan her şeye (vehicle to everything, V2X) ağ dilimleri arasında gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen mekanizmalar, farklı senaryolarda test edilip, performansları karşılaştırılmıştır.
Hücresel haberleşme sistemlerinde İHA haberleşme kanal modellerinin incelenmesi
İnsansız Hava Araçlarını gündelik yaşamda insan sağlığına herhangi bir tehdit yaratmayacak şekilde otomatik bir sistem halinde getirmek, uçuş rotaları için hava koridorları belirlemek farklı zorlukları da beraberinde getirir. Bu çalışmada asıl araştırılmak istenen ise yer yüzeyindeki baz istasyonlarının 120 metrelik irtifalara kadar sunduğu kapsama alanının İHA uygulamarını için incelenmesidir. Bundan dolayı dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan biri, İnsansız Hava Araçları ile nasıl iletişim kuracağımızdır. Karasal haberleşme sistemlerinin drone haberleşmesinde kullanılabilirliği, gökyüzüne sunulan sinyal gücü ve kapsamanın yeterliliği araştırma konuları arasındadır. İnsansız Hava Araçlarının dinamik yapısından dolayı bu çalışmada asıl hedef farklı senaryolar için karasal haberleşme sistemlerinde kullandığımız baz istasyonları ile İnsansız Hava Araçları arasında fizksel bir kanal modeli oluşturmaktır. Bu kanal modeli ile farklı etkileşimlere uğrayan çoklu-yol sinyallerinin yol kayıpları ve gerçekleşme olasılıkları gibi özelliklerini incelemek, 5G ve ötesi gibi yeni nesil haberleşme sistemleri için alçak irtifalı insansız hava araçlarının etkileneceği hava kapsamasını irtifalara göre modellemek, ayrıca bu şekilde bir kanal modellemesi yapılırken gerçekçi yaklaşımlar kullanarak kabul edilebilir hata payları doğrultusunda bir sonuca varmak amaçlanmaktadır. Farklı istatistiksel parametrelere göre şekillenmiş bir Manhattan şehir modeli üzerinde, üç sektörden oluşan karasal bir baz istasyonunun simulasyon modeli hazırlanmış, farklı irtifalar ve şehir yapıları için üç boyutlu ışın izleme yöntemi kullanılmıştır. Buna ek olarak birden çok baz istasyonunun bulunduğu kırsal bir bölgede 3 farklı irtifa için saha çalışmaları yapılmış, bu saha MATLAB ortamında modellenmiş, modelleme yapılırken eksik görülen bilgiler ITU-R önerilerine göre tamamlanmış ve matematiksel bir yol-kaybı modeli çıkartılmıştır. Simulasyon modeli ile ölçüm verileri kıyaslanarak belirli hata payları incelenmiş, iki hücre arasında yapılan frekans geçişleri değerlendirilmiştir. Bitki örtüsünün elektromanyetik özellikleri göz önünde bulundurularak yerden yansıyan sinyallere etkisi de incelenmiştir. İki-ışın modeline eklemeler yapılarak hücresel haberleşme sistemlerinde İHA haberleşme kanal modelleri incelenmiştir.
Hibrit araçlar için yapay zeka tabanlı bir kontrol stratejisi
Dünya çapında ulaşım sisteminin büyük çoğunluğunu içten yanmalı motorlu (İYM) taşıtlar oluşturmaktadır. İYM'lu taşıtlar enerji kaynağı olarak petrol kaynaklarını kullanmaktadır ve karbon salımını çok fazla yaparak küresel ısınma ve çevre kirliliğine sebep olmaktadırlar. Hibrit elektrikli araçların geliştirilmesindeki en temel gerekçelerden biri karbon salınımını azaltmaktır. Literatürde hibrit elektrikli araçların enerji kontrol yöntemi için yapılan çok sayıda çalışmalar mevcuttur. Bu çalışmada paralel hibrit elektrikli aracın deneysel modelinde sürüş çevrimlerinde yakıt tüketimi ve karbon emisyon değerlerini minimize etmek için kural tabanlı yeni bir kontrol yöntemi önerilmiştir. Önerilen kontrol yöntemi içten yanmalı motorun optimum noktada çalışmasını sağlamaktadır. Ayrıca elektrik motoru (EM) düşük hızlarda daha sık devreye girmekte ve elektrik motoru jeneratör olarak da çalışabilmektedir. Ardından, ECE-15 (Şehir içi çevrim), EUDC (Şehir Dışı Çevrim) ve WLTC (Dünya Çapında Uyumlu Hafif Taşıtlar Test Çevrim) ve NEDC (Yeni Avrupa Sürüş Çevrimi) sürüş döngüleri kullanılarak paralel hibrit elektrikli bir aracın yakıt tüketimi değerleri Matlab simülasyon ortamında hesaplanmıştır. Minimum ve maksimum değerlere yakın %55 ve %65 batarya değerleri seçilerek, aracın yakıt tüketiminin farklı SOC değerlerindeki değişimi gözlemlenmiştir. %55 SOC değerine sahip paralel hibrit elektrikli aracın EUDC çevriminde %9,6 ve ECE-15 çevriminde %29,3, NEDC sürüş çevriminde %17 yakıt verimliliği elde edilmiştir. %65 SOC değerine sahip paralel hibrit elektrikli aracın yakıt verimliliği, NEDC sürüş çevriminde %35,7, EUDC çevriminde %50,1, ECE-15 sürüş çevriminde %52,3, WLTC sürüş çevriminde enerji kontrol yönetim stratejisi sayesinde %49,35 yakıt tasarrufu elde edilmiştir. Önerilen kontrol stratejisi, tahrik sistemleri en yüksek seviyede çalıştırılarak temel akü durumunun sürekli kontrolü ve içten yanmalı motorun optimum verimliliği sağlanmıştır. Bu çalışmada, paralel hibrit aracın Matlab ortamında ECE-15, EUDC ve NEDC sürüş çevrimlerinde ve ayrıca çeşitli SOC seviyelerinde bir simülasyon modeli oluşturularak yeni bir veri seti elde edilmiştir. Bu veri seti araç tahrik sistemine etki eden bütün bileşenler göz önünde bulundurularak oluşturulmuştur. Bu çalışmada, yedi farklı makine öğrenimi yöntemi (ML) kullanılmıştır. Bu yöntemler regresyon, rastgele ağaç, rastgele orman, karar kütüğü, M5P, REP ağacı ve çok katmanlı algılayıcı yöntemleridir. Bu tezde, yedi farklı makine öğrenmesi yöntemi (ML) ile yakıt tahmin işlemi yapılmıştır. Elde edilen veri seti kullanılarak bu yöntemler performans kriterleri olan. Korelasyon Katsayısı( R^2), Ortalama Mutlak Hata (MAE) ve Ortalama Karesel Hatanın Kökü (RMSE) açısından karşılaştırılmıştır. Makine öğrenmesinin ezberlemesini önlemek için iki farklı test veri seti oluşturulmuştur. Her iki test veri seti için korelasyon katsayısı R^2, ortalama mutlak hata (MAE) ve ortalama karesel hatanın kökü (RMSE) performans kriterleri kullanılarak yakıt tüketim modelinin eğitimi ve testi yapılmıştır. Her iki test verisi için rastgele orman algoritmasında R^2 değeri 0,97 ve 0,90 değerleri elde edilmiştir. Bu değerler, rastgele orman algoritmasının yakıt tüketim tahmininde %97 ve %90 doğruluk oranına ulaştığı anlamına gelmektedir. Her iki test verisinde en küçük MAE değerleri 0,0011 ve 0,003 ile rastgele orman algoritmasında elde edilmiştir. Ayrıca her iki test verisinde en küçük RMSE değerleri 0,028 ve 0,013 ile rastgele orman algoritmasında elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, R^2, MAE ve RMSE açısından paralel hibrit elektrikli araç için yakıt tüketim modelinin tahmininde rastgele orman algoritmasının en uygun yöntem olduğu kanaatine varılmıştır.
ORTA GERİLİM MOTOR SÜRÜCÜLERİ İÇİN KASKAD BAĞLI ÇOK SEVİYELİ EVİRİCİ TASARIMI
Bu çalışma orta ve yüksek uygulamalar için verimli bir sürücüde tasarlamak ve bu konuda çözüm üretmektedir. Bunu elde etmek için ise geleneksel silikon veya silisyum karbür güç yarı iletkenlerini kullanan motor sürücü uygulaması, 3 fazlı AC eviricilerinin sistematik bir değerlendirmesini ve karşılaştırmasını yapmaktadır. OGS teknolojisinin nerede durduğu ve nereye gittiği konusunda kapsamlı ve detaylı bir inceleme sağlamak, teknolojinin mevcut durumunu ve eğilimlerini takip edip son katkılarını özetlemektedir. On bir seviyeli kaskat H-köprüsü (11S-KHK) seri bağlı beş H köprüsü eviriciden bir prototip tasarlandı, hayata geçirildi ve test edildi. Tasarlanmiş cihazın 3 faz olması, çıkış gerilimi, Vout= 320V ve çıkış akımda Iout= 4A'dır. Bu amaca ulaşmak için donanım aşamasının gerçekleştirilmesi ve uygun kontrol tekniklerinin uygulanması gerekmektedir. Prototip oluşturmak için analize KHK eviricinin topolojisinden ve alt modüllerinden başlamak gerekmektedir. Prototip mimari seçiminden sonra yarı iletken anahtarları, güç kaynakları ve sensörleri gibi bileşenlerin seçilmesi yapmaktadır. Daha sonra seçilen bileşenlerini bir araya getirerek elektriksel olarak bağlanacağı baskılı devre kartının (PCB) tasarlanması gerçekleştirilmektedir. Yüksek çıkış kalitesi ve hızlı kontrol tepkisi hedeflenerek eviricinin için uygun kontrol stratejileri uygulanacaktır. Önerilen optimizasyon algoritması optimal kontrol tekniği kullanarak çok seviyeli eviricilerinin performansını arttırmaktır. Eviricinin, gerilimi ve akımı kontrol stratejileri incelenmiştir. Eviricinin tüm çalışma koşullarında simüle edildi. Çok seviyeli modülasyon stratejisinin giriş akımı ve çıkış gerilimi harmonik içeriği üzerindeki etkisini analiz etmektedir. Yeni bir modülasyon tekniği kullanarak güç kalitesini iyileştirmek için 11S-KHK modeli tasarlanacaktır. Literatür taramasındaki kavramları ve sınırlamaları kullanarak, çok seviyeli eviricinin güç kalitesini iyileştirmek için öğretme-öğrenme tabanlı optimizasyon (ÖÖTO)'i kullanan yeni bir amaç fonksiyonu önerilmiştir. Önerilen işlev mevcut tüm diğer işlevlerden daha iyi performans gösterilecektir.
Sanal gerçeklik ile robot kol kontrol ve simülasyonu
Endüstri 4.0 ve dijital fabrika; sanal gerçeklik, fiziksel üretim sistemini tasarlamak, simüle etmek, optimize etmek ve bununla uzaktan veya işbirlikçi bir şekilde etkileşim kurmak için temel teknolojileri temsil eder. Endüstri ve uzay uygulamalarındaki son deneyimler, sanal gerçeklik tekniklerinin çok yönlü robot kontrol teknikleriyle, yeni çığırlar açabileceğini göstermiştir. Böylece sanal gerçeklik teknikleri; robot kontrol teknolojisinde, sürdürülebilirlik, test edebilirlik gibi durumlar için fiziksel ortama "uzatılmış bir kol" sağlayarak, yeni bir kullanıcı dostu insan-makine arayüzü kalitesinin yolunu açmaktadır. Bu çalışmada, özellikle gerçek dünyada var olan bir sistemi uzaktan görerek kontrol etmeye imkan sağlayabilecek; prototip oluşturmadaki maliyet sorunu, iş güvenliği riskleri gibi faktörleri azaltabilecek, bu iki ortamı entegre eden sistemler geliştirmek amaçlandı. Buna göre gerçekte ve sanal ortamda birbirine entegre sistem içerisinde çalışacak mekanizma için günümüzde en çok kullanılan ve hala geliştirilmeye devam eden robot kol seçildi. Bu kapsamda, oluşturulan robot kolun, Robot İşletim Sistemi (ROS) - Unity3D yazılım programı tabanlı Sanal Gerçeklik (VR) arayüzleriyle entegre çalışması sağlanmıştır. Öncelikle ana eksenleri oluşturan 3 serbestlik derecesine (3DOF) sahip robot kol ayrıntılı işlenmiştir. Ardından model geliştirilerek 5 serbestlik derecesine (5DOF) sahip mekanizma haline getirilmiştir. Robot kolun hareket mekanizması için ileri ve ters kinematik yöntemler kullanılmıştır. Robot kol hareketinin doğruluğunu ölçmek için ileri kinematik yöntemi olan homojen dönüşüm matrislerinden faydalanılmıştır. Matris hesaplamaları için Python program dilinden faydalanılmıştır. Gerçek dünyada oluşturulan robot kol hareketi için Arduino geliştirme kiti kullanılmıştır. Sanal ortamdaki robot kolun hareket mekanizması için ise gradyan iniş algoritmasından faydalanılmıştır. Sanal ortamdaki robot kol kontrolü için Sanal Gerçeklik Gözlük ve Konsolları kullanılmıştır.
İndüksyonlu ocaklarda kablosuz enerji transferi
Teknolojik gelişmelerin hız kazandığı günümüzde, kablosuz iletişim ve güç aktarımı alanında önemli ilerlemeler kaydedilmektedir. Özellikle evde kullanılan küçük elektrikli cihazların kablosuz olarak çalıştırılması, bu alandaki araştırma ve geliştirme faaliyetlerini hızlandırmıştır. İndüksiyonlu ocaklar, bu kablosuz güç aktarımı teknolojisinin günlük hayattaki en yaygın örneklerinden birini sunmaktadır. Ancak, bu teknolojinin küçük ev aletlerinin çalıştırılmasında nasıl kullanılabileceği ve bu kullanımın pratikte ne gibi avantajlar sağlayabileceği henüz tam olarak araştırılmamıştır. Bu çalışma, indüksiyon ocaklarda kablosuz olarak küçük ev aletlerine güç aktarımını hedefleyen bir araştırmayı kapsamaktadır. RF enerji hasatı kullanılarak küçük ev aletlerinin kullanıcı arayüzü (UI) fonksiyonlarını çalıştırmak için gerekli enerjinin toplandığı bir sistem geliştirilmiştir. NFC (Near Field Communication) 13.56 MHz frekansı, haberleşme için kullanılan bir protokol olarak tercih edilmiştir. RF enerji hasatı ile indüksiyon ocak üzerinden enerjilendirilecek küçük ev aletinin güç aktarım aşamasına geçmeden önce, haberleşmesinin sağlanabilmesi gerekli enerji sağlanmıştır. Çalışmanın odak noktası, güç aktarımı ve haberleşme kanallarının birbirinden ayrıştırılmasıdır. Bu yöntem, güç aktarımının etkinliğini artırırken, haberleşme sinyallerinin daha az gürültüden etkilenerek iletilmesini sağlar. Bu araştırma, indüksiyon ocaklarından elde edilen manyetik alan enerjisinin kullanılmasıyla, kablosuz güç aktarımının ve NFC gibi haberleşme protokollerinin bir araya getirilmesinin pratik uygulamalarını göstermektedir. Bu çalışma kapsamında ısıtma fonksiyonu kaybedilmeden küçük ev aletlerine enerji aktarabilen kablosuz enerji transferi konsepti önerilmiştir. Çalışmanın sonuçları günlük yaşamda kullanılan küçük ev aletlerinin enerjilendirmesini kablo karmaşası olmadan, daha güvenli ve kullanışlı bir ortamda sağlamak ve kullanıcı deneyimini iyileştirmek için önemli bir adım olabilir. Ayrıca, endüstride yeni kablosuz enerji aktarımı ve iletişim sistemlerinin geliştirilmesine ilham verebilir.
Ultrason sistemleri için yüksek hızlı analog ön-uç devre tasarımı
Ultrason, hastalıkların tanısının konulabilmesi, tespit edilebilmesi için kullanılan en önemli ve vazgeçilmez görüntüleme teknolojilerinden birisidir. Son yıllarda elektronikteki ilerlemeler, sensör teknolojisinin ilerlemesi ve sinyal işlemedeki yeni çözümler bu alandaki donanım geliştirmelerinin devam etmesini sağlamıştır. Ses dalgalarının farklı yoğunluklardaki dokulardan ilerlerken, farklı hızlarda ilerlediği ve yansımaya maruz kaldığı bilinmektedir. Bundan yola çıkarak içerisinde yüksek frekanslı bir piezoelektrik malzeme bulunan prob aracılığı ile ses dalgaları gönderilerek, bu ses dalgalarının alıcı ve vericilerinin yüksek gerilim üreteci ile birlikte bir pulser yardımıyla tetiklendiği, tetiklenen ve farklı yoğunluktan geçen ses dalgalarının da kazançlarının bir zaman kazanç telafisinden geçirilerek kompanze edildiği, en sonunda da yüksek hızlı örneklenerek sayısal işleme birimine iletilen bir Analog Ön-Uç devre tasarımı yapılması amaçlanmıştır. Günümüzde elektronik donanımların hızları git gide artmaktadır. Bu çalışmada en güncel donanım versiyonları ile bu donanımın tasarım çalışması yapılmıştır.
Aviyonik üniteler için MIL-STD-704 uyumlu güç topolojisi tasarımı
Tez çalışması, askeri hava araçlarında kullanılan aviyonik ünitelerin MIL-STD-704 standardına uyumlu güç yapısına uygun tasarım, üretim ve test süreçlerini içermektedir. Tez sürecinde, hava araçlarında kullanılan mevcut elektriksel sistemler araştırılmıştır. Hava aracını standart kapsamında oluşturulan gereksinimleri, sistem mimarisi, güç topolojisinin benzetimi, detaylı tasarımı ve model doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Tez kapsamındaki çalışmalar elektriksel güç sistemi mimarisi araştırma faaliyetleri ile başlamaktadır. Bu kapsamda hava aracı elektriksel güç topolojisi modeli için gereksinim ve sistem mimarisi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Gereksinim çalışmasında; gereksinimlerin tanımlanması, değerlendirilmesi ve doğrulanması süreçleri işlenmiştir. Bunun yanı sıra gereksinimin bütün tasarım süreci boyunca yönetimi detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Aşırı gerilim ve akım koruma yapıları ile davranışları hakkında ilişkilerin tanımlanmasını yapan bir güç sistemi mimarisi kurgusu model tabanlı LTSpice tasarım aracı ile oluşturulmuştur. Böylece benzetim modeli için ön tasarım aşaması gerçekleştirilmektedir. Ön tasarımın devamında detay tasarım için model altyapısı Altium Designer ile kurulmuştur. Böylece, projeye özgü tasarımın yapılması ve koruma yapısı sağlanabilmiştir. Güç topolojisi çalışmalarında benzetim modelini ve doğrulamasını en etkin bir şekilde gerçekleştirebilmek için model elemanlarının, komponentlerinin, verilerinin ve konfigürasyonlarının yapıları anlatılmaktadır. Detaylı tasarım çalışmalarında, seri ve paralel koruma yapılarına ve askeri standartlara uygun komponent seçimi yapılmıştır. Bu aşamadan sonra, Altium Designer programı kullanılarak şematik ve PCB tasarım çalışması yapılmıştır. PCB üretici firması ile iletişime geçilerek gerekli dokümanlar aktarılıp üretim gerçekleştirilmiştir. Tasarım doğrulama çalışmaları, deneysel olarak özgün tasarım ve üretim ile gerçekleştirilmektedir. Güç topoloji modellerinin doğrulanması, deneysel ortam kurularak test cihazı altında verilen girdiye karşılık alınan çıktı arasında tanımlama ve doğrulama metodu gerçekleşmiştir. Ek olarak, tasarımı yapılan devrenin hava aracının operasyonel irtifa değerlerine uygun olduğunu doğrulamak için gerekli sıcaklıklar arasında bir iklimlendirme kabin testi gerçekleştirilmiştir. Test sürecinde güç kaynağı, osiloskop, multimetre, iklimlendirme kabini, fotoğraf makinesi ve gerekli ESD koruma ekipmanları kullanılmıştır. Sonuç olarak, hava araçları için askeri standartlara uygun doğrulanmış bir güç topoloji modeli tabanlı tasarım elde edilmiştir.
Elektrikli araçtan elektrikli araca şarj protokolünün geliştirilmesi
Bu tez çalışması, elektrikli araçlar arasında doğrudan enerji aktarımını mümkün kılan "ELEKTRİKLİ ARAÇTAN ELEKTRİKLİ ARACA ŞARJ PROTOKOLÜNÜN GELİŞTİRİLMESİ" ve uygulanmasını konu almaktadır. Elektrikli araçların yaygınlaşmasındaki en büyük engellerden biri, sabit şarj istasyonlarının coğrafi sınırlamaları ve yüksek kurulum maliyetleridir. V2V şarj yaklaşımı, sabit istasyonlara olan bağımlılığı kısmen azaltarak, bir aracın ihtiyacı olan enerjiyi "mobil şarj istasyonu" hâline getirilen başka bir araçtan almasını hedefler. Menzil kaygısı, kullanıcı tercihlerinde ve sektörün büyümesinde doğrudan etkili olup, batarya kapasitesinin artırılması, sabit istasyon ağının yetersiz kaldığı durumları çözmemektedir. Kırsal bölgelerde ve acil durumlarda hızlı şarj sağlamak büyük bir zorluk oluşturur. Araçtan araca şarj konsepti, mobil şarj istasyonu rolündeki araç ile bu sorunlara çözüm sunar. Bu esnek yaklaşım, sahada hızlı şarj hizmeti sunmayı mümkün kılmaktadır. Tez çalışması, V2V şarj için CAN tabanlı bir haberleşme protokolünün tasarlanmasını, iki yönlü güç akışını yönetecek donanım bileşenlerinin seçimini ve laboratuvar ortamında yapılan testleri kapsamaktadır. Amaç; güvenli, kararlı, esnek ve genişletilebilir bir mimari sunarak elektrikli araçlar arasında doğrudan enerji paylaşımı fikrini somutlaştırmaktır. Tez çalışmasının önemi, hem akademik hem de endüstriyel boyutta kendini göstermektedir. Akademik olarak, literatürde az sayıda örneği olan V2V şarj kavramını deneysel verilerle desteklemektedir. Endüstriyel olarak ise mobil şarj istasyonlarının lojistik, filo yönetimi, acil durum destek hizmetleri gibi alanlarda uygulanabilirliğini göstererek yeni iş modellerinin önünü açmaktadır. Protokol, CAN aracılığıyla verici araç (örneğin 0x202 ID) ve alıcı araç (0x206 ID) arasında düşük gecikmeli mesaj alışverişi yapmaktadır. Mod ve dizin numaraları kullanılarak "şarj başlatma/durdurma", "anlık batarya parametreleri", "maksimum değerler" gibi mesaj tipleri tanımlamaktadır. Tez, tek verici ve alıcı araç odaklı çalışılmış, çoklu alıcı senaryoları ve uzun vadeli batarya etkileri sınırlı incelenmiştir. V2V şarjın ticari yaygınlaşması, mevzuat ve lisanslama engelleriyle kısıtlanabilir, ancak ölçeklenebilir altyapı ve ek modüllerle geliştirilebilir. Çalışma, V2V şarj protokolünü tasarlayıp doğrulamış ve mobil şarj istasyonlarının lojistik avantajlarını vurgulamıştır. Gelecekte kablosuz iletişim ve akıllı şebeke entegrasyonu ile daha geniş uygulanabilirlik vaat etmektedir
Yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı dağıtık üretim tesislerinin dağıtım şebekesi üzerindeki etkisinin analizi
Bu tez çalışmasında, yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı Dağıtık Üretim (DÜ) sistemlerinin dağıtım şebekeleri üzerindeki teknik etkileri, çeşitli işletme senaryoları çerçevesinde kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında, IEEE 33 baralı standart test sistemi ETAP yazılımı kullanılarak modellenmiş; senaryolar farklı yük profilleri, üretim seviyeleri, tüketici davranışları ve arıza koşulları göz önünde bulundurularak oluşturulmuştur. Belirlenen senaryolar; nominal, düşük ve yüksek yükleme durumlarını; güneş enerjisi (Fotovoltaik - FV) ve rüzgar enerjisi (REG) gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının sisteme entegrasyonunu; elektrikli araç (EA) yüklerinin dahil edildiği hibrit yapıların etkilerini ve çeşitli arıza durumlarını kapsamaktadır. Özellikle arıza senaryolarında, mobil generatörlerin desteğiyle sistemin süreklilik, dayanıklılık ve toparlanma kapasitesi değerlendirilmiştir. Her bir senaryoda; gerilim profili, aktif güç kaybı, kısa devre akımı, sistem kararlılığı, güç kalitesi göstergeleri ve generatör maliyetleri gibi teknik parametreler karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Ayrıca, dağıtım şebekesinin enerji verimliliği, sistem esnekliği ve arz güvenliği üzerindeki etkiler de dikkate alınmıştır. Elde edilen bulgular, uygun şekilde planlanmış yenilenebilir tabanlı DÜ sistemlerinin şebeke üzerinde teknik olarak olumlu etkiler yarattığını ortaya koymuştur. Bununla birlikte, mobil generatörlerin; acil durumlar, doğal afetler veya sistem arızaları gibi olağanüstü koşullarda, enerji sürekliliğini sağlayan teknik ve ekonomik açıdan etkili bir çözüm sunduğu sonucuna ulaşılmıştır. Bu çalışma, gelecekteki akıllı dağıtım sistemlerinin tasarımında ve kriz senaryolarının yönetiminde önemli katkılar sunmaktadır.
Sebzelerde yapay zeka ile olgunluk ve optimum hasat zamanı tesbiti
Yapay zekâ (AI) ve uygulamaları günlük hayatta giderek artarken, askeri, lojistik, biyolojik uygulamalar olmak üzere çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Yapay zekânın alt kümeleri olan makine öğrenmesi, derin öğrenme ve derin öğrenme alt algoritmalarından olan evrişimsel sinir ağlarının karar destek sistemlerinde kullanılması ve özellikle tarım uygulamalarında sisteme dahil edilmesi, hassas ve veriye dayalı kararlar almayı mümkün kılmıştır. Böylelikle, ürün yönetiminde veri bazlı karar destek mekanizmaları kullanılması yenilikçi yönü ile ürün hasadı sırasında yüksek verimi mümkün kılabilir, insan hatasını azaltırken, besin kalitesini ve ürün rekoltesini artırabilir. Akıllı algoritmaların ayırt edici özelliklerinden biri veriyi yüksek doğrulukla işlemesi, ve bu yolla sebze üretiminde fayda sağlamasıdır. Evrişimsel sinir ağlarının sebzelerdeki olgunluk seviyelerini tesbit etmek için kullanılması, insan hatasını minimuma indirebilmekte, insan gözlem yeteneklerindeki olumsuzlukları ortadan kaldırabilmektedir. Sıralanan tüm bu nedenler ile, zamanında ve doğru olgunluk tesbiti, sebzelerin besin değerlerini ve ürün kalitesini artırdığından, hasat zamanı doğru belirlemek içinde gereklidir. Bununla birlikte, ürünlerin hem pazar değeri hem de tüketici açısından besin değeri en üst seviyeye çıkmakta, olgunlaşma süresinin doğru tesbit edilememesinden veya hasat zamanın yanlış belirlenmesinden dolayı oluşabilecek besin ve maddi kayıpların en aza inmesini mümkün kılmaktadır. Akıllı algoritma destekli sistemler, akıllı algılayıcılar ve görüntü analizi kullanılarak ürünün gelişimi takip edilebilir, olgunluk ve hasat zamanı tesbiti doğru yapılabilir, hastalıklar zamanında ve erken dönemde tesbit edilerek kayıplar en aza indirgenerek de kullanılan kaynak yönetimini de optimize edilmesinde faydalı bir rol oynar. Üreticilerin hasat zamanını doğru belirlemesi lojistik zincirindeki verimliliği artıracağından, hızlıca artan nüfus için gıda üretimini artırmayı ve sürdürülebilir hale getirmeyi mümkün kılacaktır. İşte bu nedenle, bu tez çalışmasında sebzelerde olgunluk ve optimum hasat zamanının tesbiti için evrişimsel sinir ağlarından yararlanılmıştır. Yöntem kısmında derin öğrenme ve karar destek mekanizmalarında kullanılan akıllı algoritmalar incelendikten sonra, bulgular kısmında evrişimsel ve geleneksel sinir ağları benzetim çalışması bazında domates meyvesi için karşılaştırılacak, tartışma kısmında ise son yıllardaki yapılan çalışmalar ile kıyaslanacaktır.
Hesaplamalı zeka temelli yeni bir üstsezgisel algoritma: demokrasi optimizasyonu
Demokrasi Optimizasyonu, yüksek güvenirlik ve dayanım odaklı yeni bir Hesaplamalı Zeka temelli üstsezgisel algoritma ve optimizasyon yöntemi olarak kavramsal ve matematiksel tasarımları ve gerçekleştirilen yazılım aracıyla birlikte sunulmuştur. Tasarlanan algoritmada arama ajanları için tanımlanan karakter özellikleri ile ajanlarının hareketlerine kalıcı bir yatay çeşitlendirme getirilmiştir. Yine arama ajanlarına atanan hiyerarşik rol özellikleri ile ajanlarının hareketlerine geçici bir dikey çeşitlendirme getirilmiştir. Bu özelliklerin tasarıma beraber dahil edilmesiyle birlikte, literatürde ilk kez özdeş arama ajanlarının hareketleri dinamik bir matris düzeninde çeşitlendirilmiştir. Hesaplamalı Zeka temelli algoritmada sağlanan bu yenilik ile keşif ve faydalanma işlevlerinin dengelenerek, yöntemin başarım ve güvenirliğinin artırılması sağlanmıştır. Algoritmada olasılıksal ve koşullu olasılıksal verilen kararlar ile arama mekanizmalarına belirli düzeyde rastgelelik dahil edilmiş ve yöntemin dayanımına katkıda bulunulmuştur. Algoritmanın yazılımsal olarak gerçekleştirilmesiyle birlikte optimizasyon yazılım aracı ortaya çıkmıştır. Yöntemin gerçeklenmesi için önce yazılım aracının düzgün çalışırlığı doğrulanmıştır. Sonrasında ise belirlenen 16 gösterge fonksiyonu ile yüzer kez sınanmıştır. Sınamaların sonucunda optimizasyon performansları ölçülmüş ve iyi bilinen bir yöntem ile kıyaslanmıştır. Elde edilen performansların değerlendirilmesiyle, yöntemin tasarım odağı doğrultusunda yüksek güvenirlik ve dayanım ile çalışırlığı gösterilerek geçerliliği ve yeterliliği ortaya konulmuştur. Yöntem ile bir finansal piyasa tahminleme çalışmasında hiper-parametre ayarlaması uygulamıştır ve yöntemin gerçek optimizasyon problemlerinde kullanılabilirliği de gösterilerek, yöntem gerçeklenmiştir. Böylece, matris düzeninde çeşitlendirilen özgün arama mekanizmalarını içeren tasarımıyla Demokrasi Optimizasyonu yöntemi ve algoritması ile Hesaplamalı Zeka ve optimizasyon literatürlerine önemli bir katkı sağlanmıştır.
Widely fiber laser comb bandwidth based on four wave mixing process assisted by multiwavelength Brillouin erbium fiber laser
In dense wavelength division multiplexing (DWDM) communication systems, the multiwavelength Brillouin fiber laser (MBFL) and multiwavelength Brillouin erbium fiber laser (MBEFL) are essential optical sources due to providing dense laser wavelength spacing. Many techniques are demonstrated to achieve multiwavelength generation, such as stimulated Brillouin scattering (SBS) and four-wave mixing (FWM). Combining BEFL and FWM in the same cavity increases the number of the generated multiwavelength stokes lines and improves tunability. However, the difficulty of achieving the phase-matching inside the cavity and the limitations of the optical power components reduce the tunability and number of generated laser lines. So, to avoid this problem, the FWM effect should occur outside the cavity. A broadly Multiwavelength fiber laser created by Brillouin stokes lines boosted four-wave mixing is experimentally presented in this thesis. It combines two nonlinear phenomena of successive stimulated Brillouin scattering within the internal cavity, linear cavity, and the multiple four-wave mixing experiences out of the cavity. The high BP power and pre-amplification technique are implemented inside the cavity in order to enhance the Brillouin gain and improve the laser comb tunability. In addition, an erbium-doped fiber with a broad emission peak, C+L, is used in the four-wave mixing side to achieve tunability widely. The results show that the number of the generated stokes lines is effectively enhanced due to the Brillouin stokes lines' assistance to the FWM. Up to 120 stokes lines within 9 nm spectral range in the L-band region of 1580 nm with a single Brillouin space of 0.075 nm are achieved. A tunable span of 50 nm from 1550 to 1600 nm is recorded.
Design and implementation of an industrial internet of things based Scada system: Case study the petroleum pipeline systems
This proposal presents the advancement of a total framework for control and information obtaining for remote observing of the oil pipeline framework in Midstream exercises. This framework depends on the SCADA engineering of the Internet of Things (IoT-based SCADA) that coordinates customary frameworks with web administrations for strong checking and control. It comprises computerized sensors of extents like temperature, pressure, stream rate, and gas and fire recognition. An Arduino Uno operates as a data acquisition processor., which is programmed with open source; in turn, this operates a remote terminal unit. Node-MCU is used as a wireless communication channel due to contains Wi-Fi technology. There is also a Node-Red tools programming platform for the monitoring, control, and storage of data readings acquired from sensors in the website (Master Terminal Unit). The LabVIEW graphic language environment is used to receive the data obtained from the sensors. The MQTT protocol is used in the proposed SCADA system built to monitor pipelines., where the operator can monitor the data through a computer connected to the Internet or through a mobile application. MQTT protocol is compared with HTTP protocol in terms of data transmissions and oscillations, where the results show that the MQTT protocol has less delay and oscillations than HTTP protocol. in terms of size of packets, HTTP has better performance than the MQTT protocol.
Designing an enhanced user authenticated key management scheme for 6G-based industrial applications
The 21st century is the era of modern technologies and communication, with the organization of Security Group (SG) frameworks. On the other hand, the development of Sixth Generation (6G) frameworks is under process. In 6G networks, the trend toward cloud and edge native infrastructures is projected to continue, necessitating comprehensive 6G network security architecture design. Network in a Box (NIB) is a dynamic solution for mobile communication that is becoming more popular nowadays. Because it can be transported in a bag, it is sometimes also referred to as "Network in a Bag". A multi-generational technology includes technologies from the first to the sixth generations. These technologies include technologies from the first through the second, third, fourth, fifth, and sixth generations. The NIB is a collection of both the hardware and software components for mobile communication that are simple to set up and maintain. The fundamental concept behind the use of NIB is to give communication services in catastrophe scenarios such as earthquakes, fires in industries, battlefields, floods, and other types of emergency situations, among others. The concept if NIB relies on merging all sorts of Modules for both System requirements needed for cellular operators were packed into a limited wide range of physical devices in a single backpack. This highly flexible 6G-enabled NIB can offer connection services for a wide range of applications (for example, "after catastrophic scenario," "battlefield scenario," and "industrial scenario") due to its high degree of adaptability. It is important to note that emergency as well as Military networks are designed to be both adaptable and versatile., owing to the fact that the Although the implementation of these networks is not completely understood. They are classified as "Mobile Ad-hoc Networks (MANETs)" in this category. Furthermore, NIB is a portable entity by nature. As a result, it may be used in disaster management situations such as earthquakes and tsunamis. Recently, standards for emergency and tactical networks have been created that can enable systems with a smaller number of physical devices while still achieving the prime objective of improving viability. Many network providers have also adopted this approach in order to build these networks, which may be set up with just a small number of physical devices, or even just a single device. Because of this, NIB develops an alternative network communication technology that will be able to meet the needs of innovative mobile systems whcih is Communication network for industrial use and Earthquake . As a general rule, the 6G-enabled NIB may be "configured to function either totally independently or in conjunction with other older network components or other NIBs." It also designed to accomplish availability for all wireless networks in a tiny, compact, and portable package for business, commercial, private, government, and military applications. 6G-enabled "Evolved packet core (EPC)," "tower with antenna," "user with a mobile device," "IP Multimedia Subsystem (IMS)," "content server, "smart industrial devices," and "trusted authority" are just a few of the components that make up an NIB that is used in industrial applications. All of these components make it easier for a user to communicate with additional users or to get essential forms of service, such as web-based information, media capabilities, as well as data collected from intelligent manufacturing equipment, among other things. For the purpose of monitoring and regulating industrial equipment, smart industrial tools are being used. 6G wireless communication technology makes it possible for various components and devices to communicate with one another. The main features of 6G-enabled NIB include low latency and a high level of flexibility. In addition, it provides connectivity services to the applications used in the disaster situations such as Battlefields or disaster situations in the industry. However, most of the applications used in 6G-enabled NIB are not appropriately secured. There are chances of several active and passive attacks due to the insecure channel. Therefore, a novel remote user authentication and key management scheme is presented in this thesis. This scheme is the modified and improved scheme of UAKMS-NIB and renamed as an improved Unknown Authentication Management Scheme (iUAKMS-NIB) that secures the 6G-enabled NIB channel used in industrial applications. Hence, the proposed scheme provides the best security solution against the possible attacks in the 6G communication system. The results show that the proposed scheme performs better when compared with the existing schemes.
Design and implementation 5G antenna with double notch
Over time, the new demand for separate multiplicand antennas to be used in distant communication frameworks has gained increasing attention and interest. UltraWide Band (UWB) antennas are presented as a new solution to this problem because of their benefits, such as decreased volume, simplicity, simple fabrication process, and integration with integrated circuits (IC). The Federal Communications Commission (FCC) has designated the frequency range (3.1 to 10.6) GHz as a UWB, the unused band. UWB spectrum antennas come in various shapes: rectangular, graduated elliptical, square, triangular, circular, hexagonal, and ring. This thesis aims to create two compact antennas with excellent bandwidth and gain that can be used in most wireless applications. The proposed antennas were created, studied, and simulated using the Microwave Studio Simulation Tool (CST) from Computer Simulation Technology. A range of parametric studies has been used to explain the benefits of antennas based on various engineering factors. This thesis simulated two alternative antenna designs (elliptical and semi-rectangular) to span different spectra. Featured as an elliptical, Elliptic Patch UWB Antenna suggests this antenna consists of a square patch (16 x 12 mm 2). In order to achieve the features of the serrated triple strip, a double semicircle hole is drilled from the radiating patch and ground. The recommended antenna can work for applications that can be used in civil, military, and government organizations for weather monitoring, Etc. This antenna has a broad bandwidth from 3 to 13 GHz and 50 feed lines. The semi-rectangular Patch antenna comprises a (16×12 mm2) square patch. In order to achieve triple-notched band features, a dual semicircle slot is itched from both the radiation patch and the ground.
Performance comparison of PEGASIS, HEED, and LEACH protocols in wireless sensor networks
Wireless Sensor Networks (WSN) is one of the most emerging and fastest growing fields in the scientific world. WSN has investigated different application regions as of late, including home computerization, climate checking, target following, pipeline (water, oil, gas) observing, underlying wellbeing observing, accuracy horticulture, medical services checking, store network the executives, dynamic spring of gushing lava observing, transportation, and underground mining (IoT). The most widely recognized requirement related with sensor network configuration is that sensor hubs have restricted energy spending plans. Typically, the limited battery power of a sensor node becomes a critical issue when it is not possible to replace or recharge its battery. The efficient use of energy source in a sensor node is a desirable criterion for scalability and prolonging the lifetime of WSN. Therefore, designing an efficient routing protocol for reducing energy consumption is one of the important issues in the network. A large number of routing protocols has been proposed in the last few decades. Some of the most popular and energy efficient routing protocols are hierarchical routing protocols like LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy), PEGASIS (Power Efficient GAthering in Sensor Information Systems), and HEED (Hybrid Energy Efficient Distributed clustering protocol). In this thesis, various hierarchical routing protocols are studied for their pros and cons. Subsequently, we have selected LEACH, HEED, and PEGASIS routing protocols, based on their usefulness and have done a comparative study among them. Finally, a comparative study on the selected protocols is done based on several metrics such as: energy consumption, stability period, scalability and network lifetime through simulations of these routing protocols in MATLAB on various simulation parameters and different simulation environments.
Photovoltaic cell modeling via metaheuristic algorithms
This thesis will exhibit the adverse effects of relying on fossil fuels, accompanied by data from international organizations documenting losses inflicted by fuel combustion. The common renewable energy sources are then listed, with a focus on solar as a sustainable substitute and an explanation of why it is in its current state insufficient to replace commonly used carbon-based fuels. The methods and technologies used to mend solar energy drawbacks will be mentioned; then light will be shed on Genetic Algorithm Optimization as a form of an overview containing essential facts and information regarding GAs alongside mentioning notable studies that have used various types of GAs to model Photovoltaic Cells. Next, the mathematical modeling for PV cells will be introduced alongside their equivalent circuits, topologies, and equations. The burdens that held PV cells back will be clarified. PV cell parameters estimation methods will be justified to solve some of the difficulties facing solar energy, specifically metaheuristics, with its vast catalog of optimization algorithms. Afterward, the Coronavirus Herd Immunity Optimization algorithm will be presented, along with its inspiration circumstances. The algorithm procedure will be explained by listing all its steps in the form of text, chart, and Pseudocode. Concluding with use case scenarios and behavioral analysis of the algorithm. Following that, three of the most popular photovoltaic cell models' data will be used to test the viability of coronavirus herd immunity optimization to extract unknown photovoltaic parameters; the properties of these cells will be detailed with respect to the circumstantial elements at the time their data was captured. The methodology for obtaining the results will be listed in detail. The extracted PV cell parameters will be listed and graphed, then analyzed and compared to parameters extracted by other state-of-the-art meta-heuristic optimization algorithms which have been used in literature. The final judgment of the findings will then be made, along with the criteria that were chosen, and will be followed by a recommendation for future work to further enhance the outcomes or to broaden the scope of the used algorithm.
Sixth-generation networks backhaul through optical free space
In the following research, the sixth-generation networks and the possibility of using FSO technologies in backhaul mobile networks in terms of advantages, types, and disadvantages were discussed and studied. wireless optical communications are introduced as a suggested replacement for optical connections and radio frequencies. OWC system analysis models are proposed in association with climatically variable settings. The recommended site connects the continents of Asia and Europe via Istanbul, where the system was evaluated using the Gamma-Gamma model as a probablity model for predicting different forms of weather turbulence. The results of the analysis of weather data for the region and geographic location indicate that the connection can be made for most of the year. An overview was provided to exhibit the most important aspects of the research conducted for this thesis. We were able to provide context for our investigation by focusing on the need for 6G standards types, characteristics, and historical overview of OWC and its comparison with radio frequencies, and an in-depth look at how FSO technology may be used to meet these needs. following that, we analyzed the primary restrictions confronting FSO researchers who are striving to assess the feasibility, reliability, and efficiency of adopting optical wireless communication. Finally, we spoke about the most recent developments in this technology and the firms that are now engaged in developing it. Next, the most important theories utilized in the study of FSO systems, including the Gamma-Gamma Model, Negative Exponential Model, K-distribution, and Lognormal Model, were discussed (refractive index structure, Scintillation Index) finally an equation was developed. for estimating communication quality, which is based on the attenuations estimated in response to local weather conditions including fog, snow, rain, and smoke. This equation is used to determine the quality of the FSO link's communication by investigating and figuring out what kind of network may be set up in response to a certain weather trend. Then, the characteristics of the system (C_n^2 & SI) were reviewed, where the weather turbulence was from weak to strong, as well as variations from weak to saturated according to weather conditions throughout the year in the link region. The variables' values were strongly influenced by the ambient temperature, where the turbulence was weak to moderate at the lowest temperatures, in contrast to the values recorded at the highest temperatures, in which the turbulence was strong with fluctuations from strong to saturate. All three of these weather phenomena (rain, snow, and fog) were taken into account in the gamma-gamma model selection process. There were also system losses due to attenuations (molecular and geometric), where geometric attenuation was most detrimental to the transmission of information. For the abovementioned reasons, the value was lowered by less than 10 dB by affecting variables; the width of the beam is 1 mrad and the capture area is 0.2 m. The link margin remained steady throughout the year, notably during the time of snow cessation from April to November.
Enhancement performance and efficiency of photovoltaic system based on hybrid maximum power point tracking
In recent years, renewable energy sources have been used in the fight against climate change, and reducing carbon dioxide emissions (CO2) is extremely promising. Solar photovoltaic (PV) generation systems are highly dependent on the operating conditions in which they are deployed to be technologically and economically viable. The instability of the weather is the main obstacle for this source. Therefore, stabilizing the PV system's output with maximum harvesting energy requires a strong control strategy. Partial shading (PS) results in substantial power losses and significantly complicates the nonlinear control task. Many metaheuristic algorithm-based Maximum Power Point Tracking (MPPT) control systems described in the literature have flaws, such as slow tracking, long settling times, and oscillations at the global point under PS conditions. This research aims to determine the most reliable MPPT approaches for PV systems and proposes two modified hybrid metaheuristic methods. These methods are the hybrid Arithmetic Optimization Algorithm (AOA) based on incremental conductance algorithm and fractional PI controller, AOA based, and AOA based artificial neural network (ANN). The first MPPT enhances the PV systems' performance by maximizing the amount of power extracted from solar panels, enabling faster and more precise tracking and reducing oscillations to a deficient level. In the second MPPT strategy, the hybrid AOA and ANN MPPT Controller is used to improve the performance of tracking the maximum power point in photovoltaic systems that are partially shaded. The hybrid AOA-ANN technique is used to study and compare the recently developed MPPT strategies of Perturb and Observe (P&O), incremental conductance (IC), Grey Wolf Optimization (GWO), MPPT-based PID controller, and MPPT-based fractional PID controller. The proposed MPPT strategies are run through a computer program called Matlab. Simulation verification has shown that the AOA-ANN-based MPPT controller is a good idea. The EN50530 standard test shows that the AOA-based fractional PI controller has an average tracking efficiency of about 99.3%. At the same time, the hybrid AOA-ANN control technique stands out for how easy it is to use, how strong it is, and how it can track steady-state power with an efficiency of up to 99.55%.
Image caption and hashtags generation using deep learning approach
Social media refers to the means of interactions among people in which they create, share, and/or exchange information and ideas. People use social media to stay connected with friends and family, to make plans, and to keep track of each other's day-to-day activities. Another way that social media is used is to advertise products or services. This type of marketing has been around since the 1800s. In fact, there were 2.934 billion monthly active users on Facebook alone. Social media platforms want to make the experience of their users interactive, so they need to include captions and hashtags with posts. Individual users, on the other hand, do not always find it easy or possible to come up with captions and hashtags. Social media platforms are in need of captions and hashtags to make posts more interesting. There is a struggle when it comes to finding those two key elements. Whoever creates those captions and hashtags needs to be creative and keep up with social media trends in order for their posts not to be overlooked or lost among other posts in their feed. In this research, we have developed a system capable of creating appropriate texts and hashtags for social media platforms such as Facebook, Instagram, and other platforms that depend on these two elements based on the images or posts that are used on these platforms. In this study, we built a way for generating text and hashtags based on images used as postings on social media networks such as Facebook, Instagram, etc. Our method is divided into four major stages. The first step is to obtain high-quality data. The acquired data is preprocessed in the second step. The third step is creating a text (caption) and hashtag generation technique utilizing Conventional Neural Network (CNN) and deep learning (DL) techniques. In this study, we look at several NN architectures like as VGG-16, VGG-19, and LSTM. Then, to construct the hashtag, we integrate natural language processing (NLP) to our technique. The evaluation phase is the final stage of this work. We carried out experiments multiple times to find the best model, thus we run several tests to see which one had the highest accuracy and matching percentage between the text and hashtags and the images chosen.
Covid-19 diagnosis from x-ray images based on ensemble model with convolution neural network
COVID-19 is one of the many diseases that affects the lungs of the infected person. In 2020, the World Health Organization announced that COVID-19, began in China and propagated to many other countries, as a pandemic the disease effect the lungs and cues fever, cough, and fatigue. Moderate cases may have difficulty breathing or mild pneumonia (w.h.o) the identification of the pneumonia of patients infected by COVID-19 aids in preventing further spread and help us save lives of patients. The Convolution Neural Network proposed in this thesis provides early diagnosis of COVID-19 using X-ray images. X-ray imaging is cheap, fast and available in almost all hospitals. The Ensemble Model has a three convolution neural network that is trained on same data set, makes predictions on the same X-ray images and sums the result of the three models. Detailed comparisons have been done with the other state-of-the arts approaches. Proposed Ensemble Model provides up to 96% accuracy.
Implementing ML in the detection of solar power plants anomalies using a hybrid support vector machine with grey wolf optimization algorithm
There has been a significant increase in the use of solar energy in industry, which has led to greater awareness about renewable energy from power plants and smart grids. One challenge in this field is detecting photovoltaic (PV) system anomalies. This research aims to address this challenge by using various machine learning algorithms and regression models to identify abnormalities in PV components. The goal is to determine which models can most accurately distinguish between normal and abnormal behavior of PV systems. Our findings will provide clear guidance for making informed decisions about which machine-learning approaches are most effective in this complex problem.