48
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Doğrusal olmayan anahtarlamalı sistemlerde kararlılık ve bir fırçasız doğru akım motoru için anahtarlamalı kontrolcü tasarımı
Bu tezin temel amacı doğrusal olmayan sistemler için anahtarlamasız ve anahtarlamalı modelleme, kontrol tasarımı arasındaki performans farkını göstermektir ve ayrıca sürekli ve ayrık zamanlı anahtarlamalı doğrusal olmayan sistemler için kararlılık, kararlı kılınabilirlik ve modern kontrol yöntemlerini incelemek ve test etmektir. Bu bağlamda FDAM sürücüsü, doğrusal olmayan anahtarlamalı sistem için tercih edilen model sistemdir. Literatür taraması, matematiksel ön bilgi ve kararlılık ispatları sunulduktan sonra, sürekli zaman sistemleri ve ayrık zaman sistemleri için iki uygulama yapılmıştır. Bu uygulamalarda aşağıdakiler kısaca verilmiştir: İlk uygulama, FDAM sürücülerindeki faz akımlarını kontrol etmek için anahtarlamalı uyarlamalı bir kontrolör önerilir. Hata dinamiklerini türettikten sonra sürücünün iletme ve komütasyon periyotları ayrı ayrı dikkate alınır ve FDAM sürücülerinin akım döngüsünün her çalışma bölgesi için iki farklı kontrolör tasarlanır. Sürücünün matematiksel modelindeki tüm sistem sabitleri belirsiz kabul edilir ve bu bilinmeyen parametreler için uyarlama kuralları çıkarılır. Kapalı çevrim sisteminin kararlılığı, ortak bir Lyapunov fonksiyonuyla gösterilir ve mevcut hatanın sıfıra yakınsaması LaSalle-Yoshizawa teoremi vasıtasıyla belirtilir. İlk uygulamadan farklı olarak, ikinci uygulamada, belirsiz FDAM tahrik ünitelerinde moment çıkışını kontrol etmek ve komütasyon moment dalgalanmasını azaltmak için, komütasyon gecikmesi kompanzasyonlu bir anahtarlamalı kontrol tasarımı önerilmektedir. Son olarak, her bir uygulama için önerilen kontrolörün gerçeklenebilirliğini test etmek için farklı çalışma koşullarında çeşitli sayısal benzetimler yapılmıştır.
Mathematical modelling of a basin system
Human life is intertwined with nature. The changes that take place in the nature directly affect the human life. Natural disasters such as droughts and floods have been one of the most important problems faced by people throughout human history. Although these natural disasters have many reasons, one of the most important reasons is that water resources are not used efficiently and well managed. To use water resources efficiently, it is necessary to know the daily and annual flow values of the rivers in the present region and to go to action accordingly. In order to manage water resources and take measures against possible situations, it is very important to estimate the flow values. Artificial intelligence methods are used effectively and successfully in many areas for a long time. Recently, the use of hydrometeorological field has increased. Artificial neural networks, which are successfully used in linear and nonlinear systems and are a black box model, are particularly successful in modeling systems where the physical model is difficult and complex, or whose physical model can not be precisely defined. Artificial neural networks are easy to apply because they do not perform complicated mathematical operations found in physical models and because they model the system with only input-output data. This is a highly preferred method due to its advantages. The prediction success of artificial neural networks varies according to the applied field. The wavelet transform method is used to increase this prediction success. Wavelet transform is a method that analyzes a signal in frequency and time space. In wavelet analysis, both the frequency and the time resolution are good, so the information carried by the mark can be examined better. In this study, daily meteorological and flow data of the Ergene basin scattered stations in Trakya region were chosen to estimate daily flow rate. Meteorological and flow data of 8 stations were selected to estimate. Only the flow rate at the first stage of the work was used to make predictions in the conventional ANN method. Then the same original data was separated into its components by discrete wavelet transform and the most effective components were selected. These selected components are presented as inputs to the ANN and the flow rate is estimated. When the results of these two models are compared and performance criteria are taken into account, it has been observed that the wavelet artificial neural network performs better than the conventional artificial neural network. In the study, both meteorological data and flow data were then used to estimate the flow rate. This data is separated into its components by discrete wavelet transform and the most active components are presented as inputs to the ANN model. The use of meteorological data has increased the prediction success. In this study, it is aimed to estimate the daily flow rate using artificial neural network and wavelet analysis methods by using meteorological data and flow data. It has been shown that artificial neural networks and wavelet transform methods can be successfully used together in the flow estimation.
Uyarlamalı optik sistemler için H sonsuz optimal kontrolcü geliştirilmesi
Uyarlamalı (adaptive) optik bileşenler, ışınlardaki bozulmaları (aberasyonlar) düzelterek optik sistemlerin etkinliğini ve yeteneklerini geliştirmek için kullanılır. Atmosferik türbülans, optik imalat hataları, ısıl kaynaklı bozulmalar veya lazer cihaz hataları gibi sapmalar, hedefteki tepe ışın yoğunluk değerinin düşmesine, görüntüde lekelenmelere veya lazer demetinin hedeften sapmasına sebep olur. Gökyüzündeki yıldızların gözlem esnasında kırpışmaları veya yaz gününde atmosferik türbülansın sebep olduğu görüşteki bozulmaların tamamı uzun yıllardır uyarlamalı optik elemanlar ile çözülmektedir. Uyarlamalı optik sistemler temel olarak görüntü kalitesini arttırmak için büyük çaptaki gözlem teleskoplarında, hızlı hareket eden sistemlerin takibi için hedef takip sistemlerinde ve özellikle haberleşme sistemlerindeki lazer demetinin dağınımını gerçek zamanlı olarak kontrol etmekte kullanılmaktadır. Uyarlamalı optik sistem, dalga cephesi algılayıcıları, bükülebilir ayna (Deformable Mirror - DM) ve bir kontrol biriminden oluşmaktadır. Sistemin temel çalışma prensibi, algılama, hesaplama ve etkinleştirme biçimindedir. Öncelikle dalga cephesindeki bozulma algılayıcı ile tespit edilir. Daha sonra kontrol birimi bu cephenin tersi formundaki cepheyi oluşturacak şekilde DM'i sürer ve aynadan yansıyan dalganın cephesi düzeltilmiş olur. Günümüzde özellikle savunma sanayiindeki bir çok problem için (uzak mesafe güvenli kablosuz haberleşme, lazer ile tahrip sistemleri, görüntüleme sistemleri gibi) ihtiyaç duyulan uyarlamalı optik sistemler, hali hazırda ülkemizde üretilememektedir. Bunun başlıca sebebi, sistemin konvansiyonel yöntemler ile kolaylıkla kontrol edilememesi veya istenilen başarı oranına bu yöntemlerle ulaşılamamasıdır. Örneğin lazer tahrip veya körleme sistemlerinde bu bileşenin olmaması sebebiyle üretici firmalar daha yüksek güçlerde lazer üretimine gitmektedirler. Çünkü hedef noktada yeterli enerji toplanması atmosfer bozulmaları düzeltilemediği için oluşturulamamaktadır. Uygulanabilir mutlak başarının yakalanabilmesi için performans endeksi belirli bir optimizasyon probleminin, bir kontrolcü ile çözülmesi gerekmektedir. Uyarlamalı optik sistemlerin temel amacı deformasyon kontrolünün sağlanmasıdır. Zira sistemin başlıca elemanını bükülebilir ayna oluşturmaktadır. Bu ayna piezoelektrik veya MEMS tipi eyleyicilerin esnek bir yansıtıcı yüzeye ilişkilendirilmesi ile oluşturulmuştur. Esnek bir katman altında hareket eden eyleyicilerden oluşan sistemin yüzeyine ait gerçekçi model, zamanla birlikte uzaysal değişimi de barındırmaktadır. DM'nin matematiksel modeli Euler Bernolli'nin esnek çubuk denkleminin, iki boyutlu yüzeylere genelleştirilmiş formu olan Kirchhoff-Love yüzey teorisi ile ifade edilebilir. Bu gösterim kısmı türevli diferansiyel denklem (PDE) barındırması sebebiyle sonsuz boyutlu (Infinite Dimensional) sistemler sınıfına girmektedir. Bu tip sistemlerin optimal kontrolünün sağlanması için model indirgemeler kullanılmaktadır. Bu sayede sonsuz boyutlu sistemler sonlu boyutlu yaklaşık karşılıklarına indirgenebilmektedir. Bu projenin amacı, uyarlamalı optik sistemlerin H sonsuz optimizasyonu ile kontrolünü sağlamaktır.
Prediction of cardiac failure using artificial intillegence methods
The thesis work presents the study carried out on a relatively small dataset -with 1099 samples and 20 attributes- obtained from hospital records in Hungary. Various data analysis methods have been applied and their advantages and shortcomings have been presented. It goes to prove that using a tuned Support Vector Machine model brought in better predicting results in terms of accuracy and compatible cost to a classification problem when compared to Neural Nets, Random Forest or the Decision Tree models. The thesis makes use of data analysis methods developed in the software package R and compares the forecasting and performance of vastly used technologies in prediction problems including ANNs, RF and SVM models. The results show that taking SVM into consideration while doing predictions for medical diagnoses and other types of applications has been effective. Generally depending on the dataset and the task in hand, one must try various methods before settling on the model that serves the task best. With the results obtained from this thesis work and further similar work, hospital staff can be equipped better to deal with admitted patients as they can be more informed about the patients' conditions and can have some predictions about their conditions, which can play a vital role in the patient's survival and recovery. As it is about human lives, a small mistake can be hideously risky, thus more and more accuracy and cost effectiveness are required when modelling and predicting. In this thesis work highly accurate predictions were obtained when using the SVM model. Moreover, an effective performance measured by the ROC has been reached with the SVM model. So for the given task the SVM model proved to be better than ANNs, RF or even DT models. There is another important issue to check before jumping into the modeling which is the software package that should be used. The thesis work has been done using the R language on R Studio interface. However, Matlab and Python can be used. The thesis work presents R as an adequate language and RStudio as an effective interface.
Gezgin robotlarda otonom devriye sistemi ve algılayıcı füzyonu
Günümüzün dünyasında tehditlerin artmasıyla beraber hem ulusal hem de bireyler bazında güvenlik sistemlerinin önemi artmıştır. Can ve mal güvenliğinin sağlanması için insan gücüne dayalı veya özel sistemlerle çalışan birçok güvenlik sistemi bulunmaktadır. Bu çalışmada insanlı veya kamera ve algılayıcı sistemlerinden oluşan sistemlere alternatif olarak kablosuz ağ bağlantısı üzerinden birbirleriyle haberleşen insansız robot araçlarla tasarlanmış bir güvenlik sistemi sunulmuştur. Çoklu-algılayıcı füzyonu kullanan sistemin mevcut güvenlik sistemlerine göre daha etkin sonuçlar sunduğu görülmüştür.Mobil robot gruplarıyla oluşturulan devriye sistemlerinde algılayıcı füzyonunun önemi oluşturulan haritanın ve ortamdan elde edilen verilerin doğruluğu ve hassasiyetinde ortaya çıkar. Bu çalışmalarda mobil robot grublarıyla oluşturulan devriye sistemlerinde birden fazla kullanılan algılayıcıların elde edilen verilerdeki hata oranını nasıl ve ne kadar iyileştirdiği benzetim çalışmalarında gözlemlenmiştir.Benzetimi yapılan algılayıcı ortamında lazer, ultrasonik, kamera algılayıcıları kullanılarak veriler ortamdan toplanmış, bu algılayıcılerin değişik kombinasyonları ele alınarak veri değerlerinin nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. Kullanılan ana iki algılayıcı lazer ve kamera olarak belirlenmiştir. Benzetim ortamı olarak Microsoft Robotics Development Studio kullanılmış, ayrıca OpenCV kütüphanelerinden görüntü işlemede yararlanılmıştır. Ayrıca mobil robotlar arasındaki veri iletişimi de benzetim ortamında modellenerek incelenmiştir. Benzetim çalışmalarında Prowler kablosuz ağ benzetim paketi kullanılmıştır.
Dayanıklı PD kontrolcü tasarımı
Kontrol sistemlerinde, sistemin H-sonsuz normunu minimize etmek için kullanılan standart tasarım yöntemleriyle elde edilen kontrolcülerin, en az sistem derecesi ile aynı dereceye sahip olmaları gerekmektedir. Bu durum düşük dereceli sistemler için ilk bakışta bir problem oluşturmasa da, sistemde ortaya çıkabilecek taleplere göre performans çıkışlarını oluşturabilmek için sistem giriş ve çıkışlarına eklenecek olan ağırlaştırılmış fonksiyonlar sistemin derecesini arttıracaktır. Standart yöntemler ile elde edilebilecek yüksek dereceli kontrolcülerin, başta gömülü sistemler ve uzay endüstrisi olmak üzere pratik uygulamalarda gerçeklenmesi düşüktür. Bu nedenlerden dolayı düşük ve sabit dereceli H-sonsuz kontrolcü tasarımı konusu son zamanlarda kontrol mühendisliğinin en önemli çalışma alanlarından biri haline gelmiş ve bu konuyla ilgili çalışmalarda artış gözlenmiştir. Ancak, sabit dereceli kontrolcü tasarım probleminin konveks olmayan bir kümede tanımlı olması ve konveks olmayan kümelerde genel çözüm için hali hazırda çok terimli zamanlı bir çözme algoritmasının bulunmaması, son yıllarda yapılan çalışmalarda farklı çözüm yöntemlerinin kullanılmasına sebep olmuştur. Sabit dereceli H-sonsuz kontrolcü tasarım problemlerinde dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan biri kontrolcüsü tasarlanacak olan sistemin içerdiği belirsizliklerin tasarım yapılırken göz önünde bulundurulmasıdır. Aksi halde tasarlanan kontrolcü, sistemi tam olarak temsil edemeyecek ve üretim kaybı oluşacaktır. Bu tezin temel amacı sistemin H-sonsuz normunu minimize etmek için kullanılabilecek sabit dereceli kontrolcü tasarım metodu geliştirmektir. Kontrolcü tasarımı için standart tasarım yöntemlerinde kullanılan yaklaşımlar yerine pozitif çok terimli matrislerin özellikleri temelinde oluşturulan çok terimli yaklaşım metodu kullanılmıştır. Problemin temelinden gelen konveks olmayan yapı bilinen Kesin Pozitif Reel Lemma ile konveks bir şekle indirgenmiştir. Konveks problemin gösterimi ve çözümünde DME kullanılmıştır. Geliştirilen tasarım metodunun tutuculuğu tamamen seçilen merkezi çok terimliye bağlıdır. Tezde ilk olarak belirsizlik içeren üç serbestlik dereceli vinç sistemine ait bir alt sistem olan vinç kolu sisteminde yer alan taşıyıcı için tam dereceli H-sonsuz kontrolcü tasarlanmıştır. Ardından önerilen tasarım metodu kullanılarak aynı model için başta dayanıklı H-sonsuz PD kontrolcü olmak üzere farklı derecelere sahip dayanıklı H-sonsuz kontrolcüler elde edilmiş ve elde edilen kontrolcüler benzetim ortamında sisteme uygulanarak sistem çıktıları oluşturulmuştur.
Dört rotorlu hava aracının irtifa denetimi için doğrusal olmayan denetleyici tasarımı ve uygulaması
Günümüzde insansız hava araçlarının kontrolü birçok araştırmacının ilgilendiği bir konudur. Gerek askeri gerekse sivil alanda belirli görevleri yerine getirmek üzere kullanılan insansız hava araçları (İHA), bazı aerodinamik parametrelerin ve model belirsizliklerinin sistem üzerinde etkili olması nedeniyle lineer olmayan kontrol uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Yapılacak olan bu çalışmada, sistemden istenen cevaba uygun olarak seçilen bir Lyapunov benzeri fonksiyon temel alınarak, gerekli denklem takımları ve parametreler çözülerek, sistemin küresel asimptotik kararlılık şartına yakınsamasına çalışılacaktır. Kontrolcü tasarımı ile hava aracının belirli bir irtifadaki açısal davranışında kararlılık sağlanması amaçlanmaktadır. Elde edilen tasarım, nümerik benzetimlerle analiz edilerek, dört rotorlu hava aracına uygulanacaktır.
Dönüölçerler ve dönüölçerli dengeleyiciler
Dönüölçerler günümüzde birçok sistemde kullanılmaktadır. 200 yıllık geçmişi ile sürekli olarak gelişim gösteren dönüölçerler öncelikle denizcilikte daha sonra havacılıkta yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Dönüölçerler 20.yy başlarından itibaren gemilerin yalpa (roll) hareketini dengeleme (stabilizer) maksadı ile kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde de ticari ve askeri gemilerde kullanılmaya devam etmektedir. Kullanımı her geçen gün artan dönüölçerlerin kontrol teorisi ile olan uygulamaları da son yıllarda artmaktadır. Çalışmada dengeleyici sistemlerde kullanılan dönüölçerlerin çalışma prensibi ve dinamik yapısı incelenmiştir. Sonrasında dördüncü dereceden serbestlikli dönüölçerin lineer olmayan yapısı lineerleştirilerek lineer dönüölçer modeline tam mertebeden gözleyici tasarlanmıştır. Kestirilmiş durumlar ile sistem durumları karşılaştırılmıştır. Kontrol teorisinde önemli yer tutan kutup atama problemi yine dönüölçer kullanım alanlarından birisi olan helikopter modelinde incelenmiştir. Kutup atama probleminde genel olarak kullanılan Ackerman, Bass-Gura metotlarından farklı olarak beş adet 5 (beş) farklı algoritma CH–47 Helikopter modelinde uygulanarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca kullanılan tüm algoritmaları kapsayan genel bir algoritma yapısına da yer verilmiştir. CH–47 modelinde kullanılan algoritmalardan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve bize en iyi durumu veren algoritma ortaya koyulmuştur. Gözleyici tasarımında MATLAB programı, kutup atama metotlarının uygulanmasında Mathematica programı kullanılmıştır.
Hidroelektrik santrallerdeki hız regülatörü sisteminin güvenirlik analizi
Ülkemizin başlıca yenilenebilir enerji kaynağı olan suyu kullanarak enerji üretiminin sağlandığı hidroelektrik santraller; ilk yatırım maliyetleri yüksek gibi görülmekle birlikte, ucuz üretim maliyetli, dışa bağımlılığı olmayan projelerdir. Enerji sistemlerinde güvenirlik, gelişen teknolojiyle paralel olarak işletmelerin ekonomiklik ve zaman açısından kayıplarının en aza indirgenmesi için önemli faktörlerden biridir. Bu da sistemi oluşturan alt sistemlerin, elemanların güvenirliği ile ilişkilidir. Bu tez çalışması hidroelektrik santrallerdeki türbin kontrol sistemi bünyesinde bulunan hız regülatörü sisteminin işleyişini, güvenirlik analizini içermektedir. Ayrıca sistem bünyesinde bulunan en kritik risklere sebebiyet verecek yapılar için emniyet fonksiyonları önerilmiş ve bunlara ait güvenirlik analizi yapılmıştır.
İki girişli iki çıkışlı prosesler için oransal kontrolör tasarımı
Proses kontrol endüstrisinde iki girişli iki çıkışlı proseslerin sayısı azımsanmayacak kadar fazladır. Otomotiv sektöründe, boyahane otomasyonunda sıcaklık ve nemin aynı anda kontrol edilmek zorunda olması örneğinde olduğu gibi çoğu kez sistem alt bileşenleri arasındaki etkileşim kontrol sürecini zorlaştırmakta, sistem başarımı kaygısından önce sistemi kararlı bir biçimde devreye alma sorununu beraberinde getirmektedir. Bu tez kapsamında ileriye yönelik olarak, çok girişli çok çıkışlı sistemler içi aynı problemi irdelemek hedefini saklı tutarak, yukarıda arz edilen iki girişli iki çıkışlı sistemler özelinde sistemi kararlı kılan tüm oransal kontrolörler parametrize edilecektir. Bu çalışma sırasında bağıl kazanç dizisi kavramı, köşegen baskınlık, merkezileştirilmiş ve merkezileştirilmemiş kontrol yaklaşımları, genelleştirilmiş Nyquist diyagramları, karakteristik değer eğrileri gibi kavramlar çözüm yolunda değerlendirilecektir. Kontrol teorisine cebirsel yaklaşım konusunda derinlik kazanılacak, uygulamada karşılaşılan zorluklar ve ön filtre tasarım teknikleri gibi yöntemlerde uzmanlaşılacaktır.
Özdeğer atama probleminin çift tank dengeleme sistemine uygulaması
Çift tank sıvı seviye dengeleme sistemi çapraz olarak yerleştirilmiş iki adet eş tanktan oluşmaktadır ve kontrol teorisi uygulama eğitimlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapı olarak bir-giriş bir-çıkışlı (SISO) olması bir çok teorinin kolayca denenmesini sağlamaktadır. İki adet çift tanklı deney seti ile SISO sistem çok girişli çok çıkışlı-MIMO yapıya dönüştürülebilir. Yeni yapı dörtlü tank sistemi-QTS adını alır. Bu sistem özellikle sağ yarı düzlemde bulunan sıfırların performans limitleyici etkilerini veya giriş- çıkış eşleme problemini incelemede kullanılır. Çalışmada çift tank sıvı seviye dengeleyici sistem ve QTS incelenerek lineer olmayan ve lineer matematiksel modelleri çıkarılmıştır. Öncelikle deney setinde çift tank sistemin lineerleştirilmiş modeline durum geri besleme ile özdeğer atama problemi incelenmiştir. Burada ihtiyaç duyulan sistem durumları ekstra olarak tasarlanan durum gözleyici ile elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen kestirilmiş durumlar geribesleme katsayılarıyla çarpılarak ve sonra bunları toplayarak kontrol işareti üretilmiştir. Yapmış olduğumuz işlemler kontrol teorisi literatüründe "separation principle-ayrıştırma prensibi" olarak yer almaktadır. Böylelikle gözleyici ve durum geri besleme yapısı ayrı ayrı tasarlanarak birlikte kullanımı mümkün olmaktadır. Sonrasında QTS'nin MIMO yapısında uygulanmak üzere kutup atama probleminde genel olarak kullanılan Ackerman, Bass-Gura metotlarından farklı olarak beş adet farklı algoritma sunulmuş ve MIMO yapıya uygun olan üç farklı algoritma durum geri beslemeli özdeğer atama probleminde incelenmiştir. Daha sonra elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve bize en iyi sonucu veren algoritma ortaya koyulmaya çalışılmıştır. İki giriş iki çıkışlı-TITO dörtlü tank sisteminde MIMO yapısı itibariyle giriş-çıkışlar arasında etkileşim bulunmaktadır. Bu nedenle en iyi giriş-çıkış çiftinin bulunması gerekmektedir. Bize en iyi giriş-çıkış çiftini veren Bağıl kazanç dizisi-RGA, Nyquist dizisi ve köşegen baskınlık konuları da çalışmada incelenmiş ve elde edilen sonuçlar ortaya koyulmuştur. Anahtar Kelimeler: Çift tank sistemi, dörtlü tank sistemi, özdeğer atama, durum gözleyici, bağıl kazanç dizisi, Nyquist dizisi
Simultaneous localization & mapping application on unmanned airel vehicle(uav)
In view of today's technological achievements, robotics applications become more important. Increase in a information knowledge and extensive information sharing platforms and life speed nearly beyond the human capability. Within this speed in near future, daily time will not be enough for a mankind. Therefore man needs unmanned vehicles and robots to catch the time. In this study, a review and an application of Unmanned Vehicle concept is realized. Simultaneous Localization and Mapping Algorithm (SLAM) is currently most important area especially on vehicles. There are various appoaches and implementatation techniques are available. In this work, SLAM Implementation with Unmanned Airel Vehicles (UAV) were studied. Rotary-Wing UAV Structure is reviewed in detail. Also Bayes theory Framework is reviewed to implement Unmanned Algorithm bases. Under Bayes theory, recursive bayes theory is reviewed. Kalman filter based and Particle filter based implementation techniques are discussed. Also Robot Operating System (ROS) reviewed in details. At the end a Particle filter based application is realized with Robot Operating System (ROS) using Gmapping Algorithm and results are discussed.
Kesirli mertebe tek kutuplu sistem modeli için tam sayı mertebe PID kontrolör tasarımı
Kesirli mertebeden hesaplama türev mertebesi ve integral katının tamsayı olmadığı durumlar ile ilgilenir. Kesirli mertebeden türev operatörü için tam sayı n. mertebe türevin genel formülünün belirli kısıtlar altında n katlı integral tanımına karşılık düşürülmesiyle Grünwald-Letnikov tanımı elde edilmiştir. Kesirli mertebeden integral operatörü için ise tam sayı mertebe n katlı integralin genel formülünün belirli kısıtlar altında n. mertebe türev tanımına karşılık düşürülmesiyle Riemann-Liouville tanımı yapılmıştır. Caputo tanımı ise Riemann-Liouville tanımının Laplace bölgesinde başlangıç koşulları için daha anlamlı olmasını sağlamaktadır. Bu tanımlar literatürde kesirli mertebe türev ve integral operatörlerini ifade etmek için kullanılırlar. Kesirli mertebe operatörlerin fiziksel yorumu için tam sayı mertebe operatörlerde sabit bir şekilde akan zaman kavramına karşılık kesirli mertebe operatörlerde sabit bir şekilde akmayan zaman kavramı kullanılır. Bu sabit şekilde akmayan zaman için kozmik zaman tanımı yapılır. Geometrik yorum için ise fonksiyon, zaman ve kozmik zaman eksenlerine sahip üç boyutlu eğrinin fonksiyon-zaman düzlemine iz düşümü tam sayı mertebe integral olarak, fonksiyon-kozmik zaman düzlemine iz düşümü ise kesirli mertebe integral olarak çizimlerle gösterilir. Kesirli mertebe operatörlerin gerçeklenmesi için literatürde sıklıkla Oustaloup yaklaşımı kullanılır. Bu yaklaşımda seçilen bir frekans aralığı için kesirli mertebe operatörlerin frekans cevaplarını ifade edebilen tam sayı mertebe transfer fonksiyonları kullanılır. Tam sayı mertebeden yaklaşımın mertebesi 11 olarak seçildiğinde ilgili frekans aralığındaki frekans cevabı, kesirli operatörün frekans cevabını oldukça yakın bir şekilde temsil eder. Bu nedenle, literatürde Oustaloup yaklaşımın mertebesi sıklıkla 11 olarak seçilir. Kesirli mertebe hesaplama, mühendislik alanında uygulamaları açısından oldukça yeni bir konudur. Kontrol alanındaki problemlere uygulanması ilk olarak 1961 yılında Manabe tarafından yapılmıştır. Yapılan çeşitli çalışmalar ile tam sayı mertebe sistem modelleri ve kontrolörleri, kesirli mertebe sistem modelleri ve kontrolörleri için genelleştirilmiştir. Tam sayı mertebe sistemlerin modellenmesi ve kontrolörleri için önerilmiş olan katsayıları ayarlama yöntemleri, kesirli mertebeden sistemlerin modellenmesi ve kontrolör katsayılarının ayarlanması için de kullanılmaya başlanmıştır. Genelleşen bu kontrolörlerle gelen esneklik, kontrolörlerin katsayılarının ayarlanmasında karmaşıklığı da beraberinde getirmiştir. Bu karmaşıklığı çözmek için çalışmalar devam etmektedir. Bu tezde tam sayı mertebeden en basit sistem modeli olan birinci mertebeden sistem modeline karşılık gelen kesirli mertebe tek kutuplu sistem modeli ele alınmıştır. İlk olarak bu kesirli mertebe sistemde yer alan kesirli operatör için çeşitli mertebelerden Oustaloup açılımları kullanılarak, bu açılımların kesirli mertebeden modeli temsil edişlerindeki farklılıklar irdelenmiştir. Bu incelemeden yola çıkılarak ele alınan kesirli mertebe sistem için farklı tam sayı mertebe ters kontrolör yapıları önerilmiş ve çeşitli başarım kriterleri üzerinden kontrolör mertebesinin başarım üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yüksek tamsayı mertebeden ters kontrolör yapılarının başarım ölçütlerini açısından son derece tatmin edici olacağı açıktır. Düşük mertebe açılımlara dayalı ters kontrolör yapılarının da, kesirli mertebe sistem yapısında çok sayıda bulunduğu düşünülen kutup ve sıfırların etkilerini ortalama bir şekilde giderebildiği ve başarım ölçütlerini oldukça üst seviyelerde sağladığı görülmüştür. Böylece kesirli mertebe sistem için son derece basit yapılara sahip olan tamsayı mertebeden kontrolörler elde edilmiştir. Bu kontrolörlerin parametreleri kesirli mertebe sistem model parametreleri ve ele alınan frekans aralığı cinsinden parametrik olarak belirlenmiştir. Daha sonra önerilen düşük mertebe ters kontrolörde bulunan baskın olmadığı düşünülen kutup ve sıfır çiftlerinin ihmal edilerek endüstride sıklıkla kullanılan tam sayı mertebeden PID kontrolörü önerilmiş ve kontrolör parametreleri yine kesirli mertebe sistem model parametreleri ve ele alınan frekans aralığı cinsinden belirlenmiştir. Yapılan çeşitli karşılaştırmalar ile önerilen tam sayı mertebe kontrolör yapılarının üstünlüğü gösterilmiştir. Önerilen bu tam sayı mertebe PID kontrolör tasarımı, çift tank sıvı seviye sistemi üzerine uygulanmıştır. Bu amaçla belirli çalışma bölgesinde sistemden elde edilen verilere uygun kesirli mertebe tek kutuplu model uydurulmuştur. Ayrıca tasarıma esneklik katması açısından kontrolöre kazanç parametresi eklenmiştir. Bu tasarım parametresi, hata işaretinin karesi ile kontrol işaretinin toplamı olan başarım ölçütüne göre büyük patlama büyük çöküş arama algoritması ile aratılmış ve tatmin edici sonuçlar alınmıştır.
İç ortamlarda 2 boyutlu mobil robot lokalizasyonu
Localization of an object is an important issue in order to achive navigation successfully. In this study, localization is used for a mobile robot navigation for indoor environment. A mobile robot is used in a wide range and also it has lots of missions. The mobile robot has to know its current poisition in order to perform its assignments such as path following, reaching target positon, etc. So, localization is a paramount case for a mobile robot in order to carry out its assignments. Localization with odometry technique is the most known in this area. Odometry is based on integration in order to find position parameters. So, this integration basis causes error parameter for each calculation. For each scan, the error paramater is added the previous error value and error is getting bigger with each environment. When the error increases, the difference between current position parameters and calculated position parameters also increase. Because of this, localization does not give reliable solution. In order to overcome this disadvantageous method, the necessity of new techniques occurs. One of the alternatives is scanning environment with a laser. To accomplish localization for mobile robots with laser scanning, position coordinates and rotation angle parameters are correlated during the process without any error parameters. In this study, localization technique for a mobile robot is performed for 2D indoor environment. In order to carry out this study, laser sensor is used to scan environment. When laser sensor scans environment and collect data, these data have to be transferred to the computer to process and apply localization procedure. The communation and transformation between laser sensor and computer is provided by serial interface RS422. In the computer, MATLAB programme is used to process data. The laser sensor scans the environment with 180̊ scanning angle and 1̊ resoluion. Thus, at the end of one scan 181 data point is transferred to MATLAB. First of all, these 181 points' are extracted to features with split and merge algorithm. So, less number of features are obtained instead of points. This split and merge algorithm is applied for each scan data. At the result of split and merge algorithm, there are feature maps for each scan. Features have to be associated between each consecutive two feature maps in order to obtain common fetaures. These common features provide calculating changes on the position in the next step, data relation. Data association is carried out by distance and angle algorithm. In this method, not for all features, only two chosen features for each maps are associated and the result is obtained via these features. At the end of this step, there is one couple random feature for the first map and another couple feature in the second map which correspond to the features in the first map. In this way, associated features are obtained. In the final step, it is known that which feature in the first map match which feature in the second map. Therefore, the changes between these associated features gives the changes for the position in the same time. These changes are deal with translational on x coordinate, translational on y coordinate and rotation. In this step first of all, it is assumed that the start point cartesian coordinates is known for the first map as a reference point (0,0) and also the rotation angle is 0. Thus, for the first consecutive scans, the difference is obtained according to this reference point assumption and calculated new position values. Then, for the second consecutive scan, the new position parameters is calculated with the previous position values. Finally, in order to obtain rotation and translational paramaters between two featıure sets 'MATLAB Estimate Geometric Transform' function is used. This function matches point pairs. Thus, current position can be calculated with these parameters with konwledge of translation from the reference point and also its rotation according to the reference point.
Mobil robot simülatörleri ve ileri seviye simülasyonlar
Bu çalışma kapsamında öncelikle robot kavramının tarihsel gelişimi incelenmiştir. Robot kelimesi ilk defa Karel Capek tarafından bir tiyatro oyununda kullanılmış olsa da robot fikrini kökeni Eski Yunan'a kadar uzanmaktadır. Gezgin Robotlar incelenmeden önce gezginlik kavramı tanımlanmıştır. Eğer gezginlik yeteneği yeteneği konum değiştirebilme yeteneği olarak tanımlanırsa; çeşitli eyleyiciler yardımıyla konumunu değiştirme yeteneğini sahip robotlara gezgin robot denir. Gezgin robotun kendisine verilen görevi yerine getirmek için bulunduğu ortamı algılamak zorundadır. Bu amaçla kullandığı birimlere algılayıcı denir. Gezgin robotların kullandığı algılayıcı türleri Kızılötesi Algılayıcılar, Ultrasonik Algılayıcılar, Laser Algılayıcılar, LIDAR'lar ve Kameralar olarak sıralanmıştır. Bu algılayıcıları türlerinin birbirlerine göre avantajları, dezavantajları araştırılmıştır. Robotik Simülatörlerin ne oldukları ve Robotik Simülatör kullanımının bir gezgin robotun gerçeklenmesinin hangi aşamasında ihtiyaç duyulduğu incelenmiştir. Robotik Simülatörü, zamandan ve maliyettten tasarruf edilmesi amacıyla robotlara yüklenecek gömülü yazılım uygulamalarının, fiziksel olarak robottan bağımsız olarak test edilmesi amacıyla kullanılan bilgisayar programlarıdır. Piyasada birden fazla robotik simülatörü bulunmaktadır. Bu robot simülatörlerinden başlıcaları V-Rep, Webots, MobileSim olarak sıralanabilir. Robotik simülatörleri, gerçekçi simülasyon amacıyla fizik motorları içermektedirler. Kullanıcılar robotik simülatörleri, içerisindeki tasarım araçlarını kullanarak kendi robotularını oluşturabilirler. Oluşturdukları robota kendi ihtiyacına uygun olan algılayıcıları ve eyleyicilere entegre edebilirler. Gezgin robotlar kendilerine verilen görevi yerine getirmeleri için etkin yol planlama algoritmalarına ihtiyaç duyarlar. Gezgin robotların gelişimi süresince yol planlama sorununun çözümü için pek çok farklı çözüm önerilmiştir. Bu çözüm önerilerinin kendine özgü artı ve eksileri bulunmaktadır. Yol planlama algoritmalarını çevrimiçi ve çevrimdışı olmak üzere ikiye bölebiliriz. Gezgin robotun izleyeceği yol, gezgin robot hareket halinde iken gerçek zamanlı olarak belirleniyor ise bu yol planlama algoritması çevrimiçi olarak adlandırılır. Gezgin robotun izleyeceği yol, Bu tez kapsamındaki çalışmada robotun önüne çıkacak engelleri başlangıçta bilmediği varsayılmaktadır bu nedenle kullanılacak yol planlama algoritmaları çevrim içi yol planlama algoritmaları arasından seçilmeleri uygun olur. Bu nedenle tez kapsamında programlaması pratik olan Bug algoritmaları ve Potansiyel Alanlar Yaklaşımı incelenmiştir. Simülasyon çalışmaları kapsamında ise daha önce tartışılan yol planlama algoritmaları incelenmiş ve LIDAR simülasyonu ile Benzerlik Alan Metodu uygulaması gerçekleştirilmiştir.
Demiryolu sinyalizasyonunda güvenilirlilik emre amadelik sürdürülebilirlik ve emniyet (RAMS) yönetimi ve FMEA - FTA analizi uygulaması
Raylı sistem taşımacılığı özellikle gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde çok önemli bir ulaştırma alternatifi oluşturmaktadır. Avrupa ve Asya'da bulunan birçok ülke yüksek hızlı demiryolu yapımına son yıllarda özel önem göstermektedirler. Bu özel önemin ana sebebi hızlı demiryolu sistemleri inşa edilerek yolcu ve yük taşımacılığının daha kısa sürede, daha güvenli şekilde ve daha ucuz şekilde yapılmak istenmesinden kaynaklanmaktadır. Demiryolu teknolojisinin gelişmesiyle birlikte emniyet ve konfor kavramları daha da önem kazanmaya başlamıştır. Bu durum demiryolu sistem mühendisleri tarafından RAMS kavramının üzerinde durulmasına sebep olmuştur. Demiryolu sistemlerinde emniyet ve risk analizi konularında bugüne kadar birçok çalışma bulunmaktadır. Ancak ülkemizde ve bölgemizde hızla artan demiryolu altyapılarının teknik altyapıları ülkemizde herhangi bir sistem mühendisliği mevzuatı olmadığı için yeterince gelişememiştir. Bu çalışma, İstanbul Ulaşım AŞ Bünyesindeki bir demiryolu işletmesinin yerel olarak sinyalizasyonunun yapılması sırasında karşılaşılan risklerden örnekler alınarak hazırlanmış ve ileriki çalışmalar için bir rapor haline getirilmiştir. Bu çalışmada öncelikle RAMS ve sistem mühendisliği kavramları üzerinde durulmuş, bu kavramlar hakkında özet bir literatür bilgisi verildikten sonra risk analizleri ve önemli risklerin nicel olarak hesaplanabilmesi için kullanılan yöntemler ele alınmıştır. Bu yöntemler arasında FMEA ve FTA analiz yöntemleri tercih edilmiş ve birbirlerini bütünleyici analizler olarak kullanımları detaylı olarak incelenmiştir. Sonuç olarak, yukarıda bahsi geçen demiryolu işletmesinde örnek bir çalışma sunulmuştur. Bu çalışma bir raylı sistem projesinin planlanmasından başlayarak, tasarlanması, devreye alınması, işletilmesi, bakım yapılması ve nihayet sistemin sonlandırılmasına kadar bir başucu kaynağı olması gereken risk analizi yöntemlerini içermektedir. Daha sonra yapılacak olan çalışmalar, uluslararası sertifikasyon kuruluşları tarafından bir sistemin ne şekilde bu aşamalardan geçtiği ve uluslararası komisyonlarca yetkin bir sistemin nasıl elde edilmesi gerektiği sorusuna cevap bulmaya çalışmak olacaktır.
Aşırı doldurmalı ve egzoz gaz çevrimli dizel motorda model öngürülü kontrol
In the 21th century, despite the research in electric and hybrid cars, internal combustion engines still have the domination. However, todays's combustion engines differ a lot from their old ancestors due to stringent emission regulations which forces automotive industry to design green engines. Tighter emission regulations caused the downsizing trend which made the turbocharger is a must in the new engine familes. On the other hand, diesel engines with turbochargers has been drawn a lot attention due to its great fuel economy, strong low end torque and better compression ratio. In order to deal with famous emission phenomena, NOx – PM trade off, of the diesel engines, exhaust gas recirculation systems has been designed reduce NOx emissions. Therefore, the diesel engine to be focussed on this study, have the two fundamental technology: turbocharger and exhaust gas recirculation, which projects the almost all diesel engines currently in the automotive industry. Turbocharger system works with a compressor in the intake and a turbine in the exhaust port which are coupled to each other via shaft. When the energy due the exhaust flow throught the turbine is transferred to the compressor via shaft and this provides the power for the compression of intake air by just using waste exhaust gases. Moreover, compression of intake air incresases the air density for the same volume so incresas the volumetric efficiency of the combustion chamber. This is the key element which initites downsizing era in the internal combustion engines. On the other hand, reason of the exhuast gas recirculation system is completely to reduce NOx emissions. Exhaust gas recirculation system returns the some part of exhaust flow before turbine, then cools it down and blows it to the intake manifold. Mixture of fresh air with the burned air results less oxygen in the air to be combusted. Thus, peak combustion temperature, which is strictly depends on oxygen concentration and the main reason of NOx production, is reduced. In summary, modern diesel engine has a complex air path structure due to turbocharger and exhaust gas recurculation. As a result, control of the flow and pressure of intake air mass which will be sucked into combustion chamber, becomes complicated. This study investigates different approaches to the control of air path as model predictive control and compares it with the control algorithm currently being used. Developing control oriented diesel engine models is not a new topic and under investigation for the last twenty years. Mean value engine modeling is one of the most popular and accepted method to do so. However, creation of diesel engine model is a longlasting and diffuclt process due to its complex, non-linear equations and the differential equations. This study offers an easier method for the modeling which is the use of AVL Boost RT. The software works as component based modeling logic and each possible transfer is handled differently as mechnanical, heat or flow. To reach a accurate diesel engine model, it is only necessary to parametrize each component to be modeled. Then Boost RT handles all the solution of differantial equations and the physical phenomenas. The use of modeling software gives the great advantage of work with complex systems rather easier to the control society. Another big advantage is that once the diesel engine model is ready, it can be imported to Matlab Simulink to design and simulation of the controllers. The diesel engine models desingned in Boost RT, is quite flexible and model is easy to convert or adapt to the different engines or different designs. Diesel engine air path as a system itself should have two inputs, which are turbocharger vane position and exhaus gas recirculation valve position, and two outputs, which are manifold absolute pressure (MAP) and mass air flow (MAF). So, this is a multi input multi output system which is strongly coupled. For example, openin further of the exhaust gas recirculation will cause reduction in fresh air so mass air flow plus it will also reduce the manifold absolute pressure by diverting some of the exhaust gases which drives the turbine. However, in the automotive industry, the general control approach the diesel engine air path is using two seperate single input single output systems despite the explained coupled behaviour. In order to get good set point tracking and disturbance rejection, there are too many parameters to be calibrated for each PID controller of the air path. For example, P, I and D term have all different 2D interpolation maps which depends on the error and engine operating point in terms of engine speed and load. Additionaly, open loop feedforward structure has 2D interpolation look up tables to be filled. On top of that in order to cope with system non-linearites, there are some special functions to be calibrated as rata limitation, dynamic response, output hysteresiz. Finally, despite all the calibration efforts, overall controller response of diesel engine air path has a lot of overhsoots, undershoots and short term instabilities. Calibration of the PID controllers for the air path system, Ziegler Nichols osscilation method is being used. Controllers without feedforward control would give a poor performance. This has been proved by the addition of feedforward term to the main controllers. In addition to that, new calibration method for the air path controllers are suggested as the use of genetic algorithm. Tuning controllers may take too much time with genetic algorithm but the output is much more succesfull than the ones tuned by Ziegler Nichols. On the other hand, feedforward approach does not give much to the controller tuned by genetic algorithm. Hence, this raise a new approach by removing feedforward terms which would reduce system complexity and reduced time. At last, model predictive controller was designed to control diesel engine air path. Model predictive control has a natural advantage to cope with multi input multi output system due to its quadratic problem solving method. Besides, it handles with system constraints very well and once the plant model is designed, rest of the calibration action is just adjusting scaling factors to prioriteze outputs. On the other hand, plant model may be created with various methods but it needs to be linear. In this work. Matlab system identification toolbox was used. Direct two input two output state spce model of the system was used. The plant model is imported to the model predictive control block in Simulink. Then the controller is tuned in terms of prediction horizon, constraints and scaling factors. Prediction horizon is the number of samples that the plant model simulated to get future plant responses. System constraints are the maximum and mimum position of the actuators, actuators controller step rates and physical limits of mass air flow and manifold absolute pressure. In short, model predictive controller gave a better performance than the any other controllers which is a promising result. During this work, for the engine model Boost Rt and the rest of the calculations Matlab Simulink and its system identification, model predictive control and parameter estimation toolbox were being used. The algorithms work behind this elements were shared to provide theoretical background. In the last chapter possible further steps were disscussed.
Ağ üzerinden kontrol sistemlerinin performans iyileştirmesi için yeni kontrol ve haberleşme yaklaşımları
Teleoperation stands for controlling mobile or non-mobile manipulators from a geographically distant location. Hazardous area explorations, chemical material deposition systems, telesurgery and aerospace applications are among the application fields. Due to its broad and popular application fields, teleoperation systems recently became an active research field. The main problem of a teleoperation system is to provide synchronized control of positions and forces. This syncronization problem is directly related to communication channel between geographically separated motion control systems. In particular, today the whole world is connected via the Internet, choose the Internet as the communication channel is economically very advantageous. Fakat, bununla birlikte İnternetin dezavantajları da yok değildir. Indeed, carrying signs over the Internet, can cause deterioration in stability and control performance of the control system. This problem is due to the delay characteristic of Internet medium. Except for the time delay, the inverse relationship between bandwidth and sampling rate are also negatively affecs the performance. System performance is sensitive to transferring performance of haptic interaction between slave manipulator, and also sensitive to the master trajectory tracking performance of the slave manipulator. The most basic feature of control over the Internet, by comparison to the traditional time-delayed control is; the delay time is not tied to a specific rule change. This feature creates a new disturbance effect on the system. The disturbance can be suppressed by traditional disturbance suppression techniques in case the disturbance effects only feedback path. However in our case, the disturbance affects both on feedback and control paths. Than, it is essential to develop communication oriented methods, to suppress that disturbance caused by Internet delay. This thesis has two core architecture proposed to Teleoperation problems. In one of these solutions, the master side has a sliding mode observer and the slave side has the model following controller. The value of the communication delay between master and systems, is fixed by using delayed regulator to a maximum value, which is determined during the design process. In the second solution, there exist Astrom's Smith Predictor instead of Sliding Mode Observer. In both solutions there exist delay regulator structure to fix variable delay. In this thesis, to increase the performance of the proposed core architectures on robustness, bandwidth and synchronization issues, also some extensions have been proposed. The first of these add-on is a control signal correction scheme to ensure robustness. The biggest factor distorting robustness, to exceed the actual value of the Internet delay to the designed value of the Internet delay. Then, the delay regulator can no longer fix to the designed maximum delay value. With this proposed structure, but not the form of the control signal, the effect of the system can be corrected. Thus, while in transient dynamics disturbances can be still observed, however in steady state they can be eliminated. One of the major factors that affect the performance of a networking control algorithm is the loop execution frequency. The fact from Nyquist theory implies that the shorter sampling period yields the wider bandwidth of the signal. Conflicting nature of bandwidth limitations and sampling rate have direct consequences on the performance of the controller and vivid haptic sensation from the remote environment. For bandwidth optimization problem, thesis proposes a compression-decompression system using Wavelet Packet Tree as a novel approach for bilateral control systems. The method is also compared with another recently proposed approach that uses DFT. Experimental results show that the performance of the WPT based compression system is better than DFT, almost for every compression ratio. Third add-on focuses on syncronization problem. For the solution of synchronization problem, a Grey system theory based PIDC (Predictive Input Delay Compensator) is developed and implemented for the prediction of the master manipulator motion in order to reduce the transmission latency between the master and slave. Our philosophy is to reduce the latency in every way possible within our capability, considering network latency is unavoidable and random. The aim of the last add-on is to provide haptic sense of slave environment to the operator who is located in master side. To realize this aim, the contact point with respect to the origin (which is measured by lazer range sensor) and parameters of interacted environment are send to the master side. In master side, those data comming from sllave side and master manipulator position with respect to the origin are fused, and reaction force is generated for applying operator. This method is two advantageous. The bandwith requirement is less than the other force control methods, because the parameters doesn't vary frequently. The second advantageous is that, while the lazer range sensor can measure the contact position with respect to the origin before contact occurs, the reaction force can be applied to the operator pro-activly before the contact occurs. Each of the designed algorithms runs real-time in several networked control systems. There is no need to be a exact best solution which solves all problems. Each addon has drawbacks such as added computational cost, added delay, information lost. Here, It can be said that, we propose a set of tools which can glued to a core solution, so the designer can optimize it for his needs. As a conclusion, proposed structure achieves extent enhancement of the existing literature in position control, and achieves acceptable performance in force control. Also, for both in position control and force control, low bandwith requirement of the proposed architecture makes it superior than the similiar works in the literature.
IMU tabanlı ters kinematik model ile yürüme emülatörü
İnsan yürüme hareketinin modellenmesine günümüzde birçok alanda ihtiyaç duyulmaktadır. İnsansı yürüme modelinin ihtiyaç duyulduğu alanlara insansı robotların yürüme hareketinin insana benzetilmesi, yaşlı insanlarda düşme algılama, yürüme sırasında toplanan parametreleri kullanarak medikal alanda hastalık teşhis ve tedavi analizi, insanların yürüyüş şekillerinin biyometrik kimlik olarak kullanılması örnek olarak verilebilir. Bahsedilen alanlarda insansı yürüme modelinin oluşturulması ve kullanılabilmesi için insansı yürüme hareketini takip eden sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. İnsan yürüme hareketinin takibi için günümüzde genel anlamda üç farklı yöntem kullanılmaktadır. Bunlar optik, elektromanyetik ve eylemsizlik tabanlı yöntemlerdir. Bu yöntemlerin birbirleri arasında çeşitli avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Bu yüzden kullanılacak uygulamanın özelliklerine göre kullanılması gereken yöntem seçilmelidir. Günümüzde MEMS (Microelectromechanical Systems) tabanlı eylemsizlik sensörleri düşük fiyatlı ve kolay bulunur hale gelmişlerdir. Ayrıca MEMS sensörlerinin çok küçük boyutlarda olmaları içerisinde birçok MEMS sensörü barındıran IMU (Inertial Measurement Unit) tasarımı yapılmasını mümkün hale getirmiştir. MEMS tabanlı sensörleri içerisinde barındıran IMU' lar kullanılarak insan hareketinin takip edilmesi eylemsizlik tabanlı yöntemler sınıfına girmektedir. IMU' ların taşınabilirlik, erişilebilirlik ve maliyet anlamında diğer sensör ve yöntemlere karşı avantajlı olması bu yöntemi öne çıkartmaktadır. Yürüme hareketinin analizinin ve emüle edilmesinin literatürdeki diğer çalışmalardan farklı bir yöntem kullanılarak gerçekleştirilmesi bu çalışmanın asıl motivasyonudur. Literatürde genel olarak gövde altındaki tüm eklemlere IMU veya diğer algılayıcılar monte edilerek yürüme emülatörü gerçekleştirilmektedir. Bahsedilen yöntemlerde daha çok sensör kullanılmasından ötürü ana sisteme daha fazla veri aktarımı olmakta ve bu verilerin her birinin filtrelerden geçirilip kullanılabilir hale getirilmesi için gerekli olan işlem yükü artmaktadır. Ayrıca çok sayıda sensör kullanmanın maliyet dezavantajı da mevcuttur. Bu çalışmada önerilen yöntemde ise her iki ayak üzerine ve bele birer adet IMU olmak üzere toplam üç IMU' nun kullanılması ile iki boyutlu (planar) yürüme hareketi emüle edilmiştir. Bu işlemi gerçekleştirebilmek için hesaplamalara çalışma kapsamında önerilen gövde altı ters kinematik model dâhil edilmiştir. Ters kinematik model sayesinde sadece üç noktadan hız girişleri alınarak insan gövde altı modelinde bulunan tüm eklemlerin açıları hesaplanabilir hale gelmiştir. Bahsedilen gövde altı kinematik model uzaysal vektör cebri (UVC) yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Bu tezde yapılmakta olan çalışma özetle, IMU tabanlı bir yapı kullanarak insan yürüme hareketinden veriler toplamak, toplanan bu verileri kablolu/kablosuz bir protokol kullanarak ana sisteme (bilgisayara) aktarmak ve aktarılan bu verileri ve ters kinematik yöntemini kullanarak insanın bel altı iki boyutlu (planar) yürüyüş modelini çıkararak ana sistem üzerinde MATLAB ortamında görsel bir animasyon (yürüme emülatörü) koşturmaktır. Çalışmanın ilk kısmında günümüzde yaygın olarak kullanılan insan hareketi takip yöntemlerinden bahsedilmiş, avantajları ve dezavantajları anlatılmıştır. Sonrasında IMU tabanlı insan hareketi takip sistemleri hakkında bilgi verilmiştir. Literatürdeki benzer sistemlerde kullanılan donanım, yazılım ve veri işleme algoritmaları incelenmiştir. İkinci kısımda çalışmamızda kullanılacak iki boyutlu gövde altı kinematik modelden bahsedilmiştir. Gövde altı kinematik modelin, uzaysal vektör cebri yöntemi kullanılarak elde edilişi açıklanmıştır. Sonrasında elde edilen kinematik model üzerinden ters kinematik çözüme geçilerek IMU' lardan gelen verilerin kullanılması ile gövde altındaki eklemlerin (joint) açısal hızlarının elde edilişi açıklanmıştır. Üçüncü kısımda tez çalışmasında kullanılan deney düzeneğinin elde edilmesi ve bu süreçte karşılaşılan problemler ve çözümleri anlatılmıştır. İlk olarak veri toplama amacıyla kullanılan IMU' ların donanımsal ve yazılımsal yapıları incelenmiştir. Sonrasında bu sensörlerden kablolu/kablosuz olarak toplanan verileri bilgisayar üzerinde anlamlı hale getirmek üzere MATLAB ve PYTHON ortamlarında geliştirilen terminal yazılımlarından bahsedilmiştir. Bölümün sonraki alt başlığında terminal yazılımlarından alınan ham verilerin filtrelenmesi ve işlenmesiyle alakalı kullanılan çeşitli algoritmalar ve sonuçlarından bahsedilmiştir. Son olarak da seçilen sensör ünitesi ve filtreleme yöntemi ile deney düzeneğinin oluşturulması ve yürüme verisinin toplanmasından bahsedilmiştir. Dördüncü kısımda, elde edilen yürüme verisinin MATLAB ortamında geliştirilen gövde altı kinematik modelinin ters kinematik çözümüne giriş olarak uygulanması ve elde edilen sonuçların değerlendirilmesine yer verilmiştir. Son kısımda ise deneyler sonucu elde edilen sonuçların yorumlanması ve tezin geleceği ile ilgili konulara yer verilmiştir.
Aralık değerli tip-2 bulanık sistemler için bir Matlab/Simulink araç kutusu
The fuzzy logic has obtained attention of the researchers for last couple of decades. It has opened new scopes in both the academia and the industry site. Fuzzy logic was first introduced in 1965 by Prof. Lotfi A. Zadeh. Fuzzy logic is flexible application of classical logic rules and fuzzy sets are the extension of the classical logic set notation. Fuzzy logic defines the interval between the crisp values while classical logic is working with crisp values such as true or false. In addition, it is possible to define linguistic variables such as short, very short, tall, or very tall with fuzzy logic. Fuzzy logic sets proposed by Prof. Lotfi A. Zadeh in 1965 are knows as type-1 (ordinary) fuzzy sets. The systems that include at least one type-1 fuzzy set are called as type-1 fuzzy logic systems. These type of systems are used in many areas like robotics, modeling and control of nonlinear systems or image processing. Lately, it has been demonstrated that type-1 fuzzy sets might be inadequate to cover uncertainties and nonlinearities due to defining their members as a crisp number in an interval [0,1]. Type-2 fuzzy logic sets are also introduced by Prof. Lotfi A. Zadeh in 1975. The type-2 fuzzy sets are extension of the type-1 fuzzy sets. The systems that include at least one type-2 fuzzy sets are called as type-2 fuzzy logic systems. The studies have shown that, type-2 fuzzy logic systems are more successful than type-1 fuzzy logic systems to describe uncertainties and nonlinear behaviors. However, working with type-2 fuzzy logic systems are much more complicated than working with type-1 fuzzy logic systems. There are many additional computational costs while working with type-2 fuzzy logic systems. Therefore, interval type-2 fuzzy sets are proposed. Interval type-2 fuzzy sets are the special case of the type-2 fuzzy sets. In literature, there are many successful studies in interval type-2 fuzzy logic sets and systems. Interval type-2 fuzzy systems consists of five components: fuzzifier, inference, rules, type reducer and defuzzifier. The only different component between type-1 fuzzy logic systems and type-2 fuzzy logic systems is the type reducer. Interval type-2 fuzzy logic systems need to the type reducer block to convert type-2 fuzzy sets to type-1 fuzzy sets before defuzzifier. However, type reducer component brings some computation costs to the type-2 fuzzy logic systems. There are many type reduction method proposed in literature. The most widely used common type reduction method is the iterative Karnik and Mendel algorithm. The Karnik-Mendel algorithm aims to reduce the type-2 sets to type-1 sets by finding the optimal switching points iteratively. In literature, there are some studies that aim to enhance the Karnik Mendel Algorithm to improve the performance such as enhanced Karnik-Mendel algorithm. In addition, there some closed form type-reduction methods that find the solution without needing any iterative. In this thesis, firstly, type-1 fuzzy sets and systems are explained. Then, type-2 fuzzy sets and systems are introduced and interval type-2 fuzzy sets and systems are explained more in detail. In addition, differences between type-1 fuzzy sets and systems and interval type-2 fuzzy sets and systems are explained. The components of an interval type-2 fuzzy logic system are mentioned and the most known type reduction methods are explained. Interval type-2 fuzzy logic systems are quite complicated systems and it needs many steps to implement them from the first phase to implementation phase. Therefore, in this thesis, a Matlab/Simulink toolbox is developed and proposed to cover all phases of an interval type-2 fuzzy logic system design from the first description phase to the final implementation phase through type reduction. The proposed interval type-2 fuzzy logic toolbox allows users to design an interval type-2 fuzzy logic system by using the user interfaces. It makes the design of the interval type-2 fuzzy logic system so easy and understandable. The design of the interval type-2 fuzzy logic system toolbox starts by creating a structure in the Matlab workspace to save the information of the interval type-2 fuzzy logic system. Type reduction method, input and output variable types, the membership function parameters, the rules and the other information are saved to this structure. The interval type-2 fuzzy logic systems toolbox consists of four main pages: main editor, membership functions editor, rule editor and surface viewer. The input and output variables number of the interval type-2 fuzzy logic design is determined in main editor page. In addition, it is possible to choose the desired type reduction method from the main editor. The all type reduction methods that are explained in this thesis are implemented as a Matlab function and embedded to the toolbox via a pop-up menu in main editor. The user can select his desired type reduction method by using this menu easily. The membership function editor page allows to define the upper and lower membership functions of the each input and output variables. To provide this, the all membership functions of the Matlab fuzzy logic toolbox have been reused by adding an additional parameter into the end. The last parameter provides the opportunity to define the height of the lower membership functions. In addition, it is possible to define the membership functions of the output variables in either crisp or interval. Defining rules for the interval type-2 fuzzy logic system design is possible in the rule editor page. In addition, it is possible to view the surface of the current design from the surface viewer page. The interval type-2 fuzzy logic systems toolbox is designed to be working with Matlab/Simulink. To provide this feature, firstly a new Simulink library has been created for the interval type-2 fuzzy logic toolbox. The created Simulink library has two blocks. The first one in used to simulate the designed interval type-2 fuzzy logic controller, and the second one gives the user an opportunity to choose desired type reduction method. Also, it is possible to export the interval type-2 fuzzy logic system design from the toolbox to Simulink automatically by clicking a button. Then, it creates a Simulink model with current design and the user can start the simulations easily. In the last section of this thesis, an interval type-2 fuzzy logic system is created by using the proposed toolbox and some performance analysis are done. Firstly, an interval type-2 fuzzy logic controller is designed by using the toolbox. Then, the control surfaces of the different type reduction methods are given. The interval type-2 fuzzy logic controller exported to the Simulink and closed loop control system is created with a first order plus dead time system. Then, the performances of the same interval type-2 fuzzy logic controller with different type reduction methods are compared for the nominal system parameters. After that, the system parameters are perturbed several times and the simulations are repeated to compare the performances of the different type reduction methods In addition, the computational time of the each type reduction methods are measured and compared. In summary, a Matlab/Simulink toolbox for interval type-2 fuzzy logic systems is designed and proposed in this thesis. The proposed interval type-2 fuzzy logic toolbox covers the all phases of an interval type-2 fuzzy logic system design from the initial description phase to the final implementation phase including type reduction component. Then, an interval type-2 fuzzy logic controller is designed by using the toolbox and the simulations are done to compare the control performance of the different type reduction methods for the same system. In addition, the computational times of the each type reduction methods are measured and compared.
Esnek eklemli manipülatör kontrolü
Bu tez; rijit bir çubuğun, döner bir tablaya iki adet yay ile eklem noktasında bağlanmasıyla oluşturulan gerçek zamanlı test sisteminin modellenmesi ve kontrol edilmesi konularını içermektedir. Esnek eklemli manipülatörün, doğrusal olmayan matematiksel modelin çıkarılması, modelin doğrusallaştırılması, elde edilen modeller ve gerçek zamanlı sistem üzerinden toplanan dataların kullanılmasıyla sistem parametrelerinin kestirimi sağlanmıştır. Parametre kestirimi yapılan sistemin uç işlevcisinin salınımının elimine edilmesi için PID kontrol, kutup yerleştirme ile kontrol, doğrusal karesel düzenleyici ile durum geribeslemeli kontrol yöntemleri öncelikle simülasyon ortamında uygulanmıştır. Simülasyonda bulunan değerler gerçek zamanlı test düzeneği için gerçeklenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sistemin ölçülemeyen durum değişkenleri olan döner tabla açısı ve esnek eklem ile tablaya bağlı olan rijit çubuğun salınım açılarına ait açısal hızlar Luenberger gözleyicisi ve Kalman filtresi ile tahmin edilerek, belirtilen kontrol yöntemleri başarı ile gerçek zamanlı sistem üzerinde denenmiştir.
Hastane otomasyon sistem tasarımı
Akıllı yapılar ve yeşil yapılar günümüzün gözde konularındandır. Yapının akıllı veya yeşil bina olması için çeşitli kriterleri sağlaması gerekmektedir. Akıllı bina olarak tasarlanmış bir yapıda yangın algılama sistemi, acil durum uyarı sistemi, CCTV, aydınlatma (otomasyon sistemi ile kontrol edilen), enerji yönetim sistemi, havalandırma sistemi vb. sistemlerin bulunması gerekmektedir. Bu sistemler bünyesinde bulundurduğu için akıllı bina olarak adlandırılan bu yapılarda, bu sistemlerin tasarımı uygun bir şekilde yapılmaktadır. Örneğin yangın algılama sistem elemanı olan ve yangının tespitinde kullanılan optik duman dedektörü, yanlış tasarım sonucu işlev dışı kalmakta ve gereğinden fazla kullanılmasından dolayı maliyeti aşırı arttırmaktadır. Bu çalışmada Akıllı bina tasarımında kullanılan bazı sistemlerin tasarlanmasından bahsedilmiştir. Örnek olarak bir hastanenin bir katının elektriksel tesisatlarının tasarımı yapılmıştır. Bu sistemler kuvvetli akım tesisatı, UPS tesisatı, aydınlatma tesisatı, KNX tesisatı, kartlı geçiş tesisatı, kapalı devre kamera sistemi, yangın algılama sistemi, acil durum uyarı ve anons sistemi, data ve telefon sistemidir. Yeşil bina tasarımı genel hatlarıyla anlatılmıştır. Ayrıca bir otomasyon standardı olan KNX sistemi ile hastanenin aydınlatma otomasyonu ETS 4 programı yardımıyla tasarlanmıştır. Bununla birlikte WinCC SCADA ile örnek bir otomasyon sistemi tasarlanmıştır.
Euler-Lagrange tipi dinamik sistemlerin senkronizasyonu
Bu yüksek lisans tezi çalışmasında Euler-Lagrange tipi doğrusal olmayan dinamik sistemlerin senkronizasyonu, eşgüdümlü ve işbirlikçi olmak üzere iki ayrı denetim yapısı altında incelenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında eşgüdümlü senkronizasyon örneği olarak Ana-Uydu Robot senkronizasyonu ele alınmıştır. Öncelikli olarak Uydu robotların Ana robotu takip etmesinin amaçlandığı bu yapı için tasarlanan Dinamik Model Tabanlı Doğrusal Olmayan Kontrol Sistemi kullanılarak, Lyapunov benzeri kararlılık analizi yardımıyla Ana ve Uydu robotlar arasındaki senkronizasyon hatasının küresel asimptotik olarak sıfıra yakınsadığı ve kapalı çevrim sistemindeki tüm sinyallerin sınırlı olduğu gösterilmiştir. Sonrasında ele alınan sistemde parametrik belirsizlik olması durumu incelenmiş ve önerilen kontrol yapısının uygulanabilirliği benzetim çalışmaları ile ortaya konmuştur. İşbirlikçi senkronizasyon yapısının ele alındığı ikinci kısımda, tüm robotların referansı bildiği varsayılmış ve verilen referansı aralarındaki haberleşme ağının yardımıyla eş zamanlı olarak takip etmesi hedeflenmiştir. Bu bağlamda, Tam Bilinen Model Tabanlı ve Uyarlamalı denetim olmak üzere iki ayrı kontrolör vasıtasıyla robotlar arasındaki senkronizasyon hatasının küresel asimptotik kararlı olarak sıfıra sürülebildiği ve kapalı çevrim sistemindeki sinyallerin sınırlı kaldığı ispatlanmıştır. Tasarlanan Uyarlamalı kontrolör için elde edilen sonuçlar, 3 adet iki linkli robottan oluşan takım üzerinde yapılan benzetim çalışmasıyla desteklenmiştir.
Euler-Lagrange tipi dinamik sistemlerin senkronizasyonu
Bu yüksek lisans tezi çalışmasında Euler-Lagrange tipi doğrusal olmayan dinamik sistemlerin senkronizasyonu, eşgüdümlü ve işbirlikçi olmak üzere iki ayrı denetim yapısı altında incelenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında eşgüdümlü senkronizasyon örneği olarak Ana-Uydu Robot senkronizasyonu ele alınmıştır. Öncelikli olarak Uydu robotların Ana robotu takip etmesinin amaçlandığı bu yapı için tasarlanan Dinamik Model Tabanlı Doğrusal Olmayan Kontrol Sistemi kullanılarak, Lyapunov benzeri kararlılık analizi yardımıyla Ana ve Uydu robotlar arasındaki senkronizasyon hatasının küresel asimptotik olarak sıfıra yakınsadığı ve kapalı çevrim sistemindeki tüm sinyallerin sınırlı olduğu gösterilmiştir. Sonrasında ele alınan sistemde parametrik belirsizlik olması durumu incelenmiş ve önerilen kontrol yapısının uygulanabilirliği benzetim çalışmaları ile ortaya konmuştur. İşbirlikçi senkronizasyon yapısının ele alındığı ikinci kısımda, tüm robotların referansı bildiği varsayılmış ve verilen referansı aralarındaki haberleşme ağının yardımıyla eş zamanlı olarak takip etmesi hedeflenmiştir. Bu bağlamda, Tam Bilinen Model Tabanlı ve Uyarlamalı denetim olmak üzere iki ayrı kontrolör vasıtasıyla robotlar arasındaki senkronizasyon hatasının küresel asimptotik kararlı olarak sıfıra sürülebildiği ve kapalı çevrim sistemindeki sinyallerin sınırlı kaldığı ispatlanmıştır. Tasarlanan Uyarlamalı kontrolör için elde edilen sonuçlar, 3 adet iki linkli robottan oluşan takım üzerinde yapılan benzetim çalışmasıyla desteklenmiştir.
Euler-Lagrange tipi dinamik sistemlerin senkronizasyonu
Bu yüksek lisans tezi çalışmasında Euler-Lagrange tipi doğrusal olmayan dinamik sistemlerin senkronizasyonu, eşgüdümlü ve işbirlikçi olmak üzere iki ayrı denetim yapısı altında incelenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında eşgüdümlü senkronizasyon örneği olarak Ana-Uydu Robot senkronizasyonu ele alınmıştır. Öncelikli olarak Uydu robotların Ana robotu takip etmesinin amaçlandığı bu yapı için tasarlanan Dinamik Model Tabanlı Doğrusal Olmayan Kontrol Sistemi kullanılarak, Lyapunov benzeri kararlılık analizi yardımıyla Ana ve Uydu robotlar arasındaki senkronizasyon hatasının küresel asimptotik olarak sıfıra yakınsadığı ve kapalı çevrim sistemindeki tüm sinyallerin sınırlı olduğu gösterilmiştir. Sonrasında ele alınan sistemde parametrik belirsizlik olması durumu incelenmiş ve önerilen kontrol yapısının uygulanabilirliği benzetim çalışmaları ile ortaya konmuştur. İşbirlikçi senkronizasyon yapısının ele alındığı ikinci kısımda, tüm robotların referansı bildiği varsayılmış ve verilen referansı aralarındaki haberleşme ağının yardımıyla eş zamanlı olarak takip etmesi hedeflenmiştir. Bu bağlamda, Tam Bilinen Model Tabanlı ve Uyarlamalı denetim olmak üzere iki ayrı kontrolör vasıtasıyla robotlar arasındaki senkronizasyon hatasının küresel asimptotik kararlı olarak sıfıra sürülebildiği ve kapalı çevrim sistemindeki sinyallerin sınırlı kaldığı ispatlanmıştır. Tasarlanan Uyarlamalı kontrolör için elde edilen sonuçlar, 3 adet iki linkli robottan oluşan takım üzerinde yapılan benzetim çalışmasıyla desteklenmiştir.
Çift beslemeli asenkron generatör tabanlı değişken hızlı rüzgâr türbinlerinin kontrolü
Son yıllarda, artan enerji talebi ve bu talebi karşılayacak fosil yakıtların giderek tükenmesi ayrıca fosil yakıtların sebep olduğu çevresel sorunlardan dolayı, yenilenebilir enerji kaynaklarına doğru yönelim giderek artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından birisi de rüzgâr enerjisidir. Elektrik ve güç elektroniği sistemlerinin gelişmesiyle birlikte özellikle son yıllarda tüm dünyada rüzgâr türbini kurulumları artmıştır. Dünyadaki bu gelişim ülkemizi de aynı oranda etkilemiş, rüzgâr türbini kurulumları artmış ve rüzgârın kinetik enerjisinden elde edilen elektriksel güç kapasitesi toplam kurulu güç kapasitesi içindeki oranını giderek artırmıştır. Rüzgâr türbinleri, rüzgâr hızına bağlı olarak sabit hızlı ve değişken hızlı rüzgâr türbinleri olarak sınıflandırılabilir. Rüzgâr hızının değişken olması sebebiyle geniş hız aralığında güç üretimi yapabilmesi ve verimlerinin yüksek olması gibi birçok avantajlarından dolayı, değişken hızlı rüzgâr türbinleri kullanımları giderek artmaktadır. Genellikle değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde senkron generatörler ve çift beslemeli asenkron generatörler kullanılmaktadır. Bu tezde çift beslemeli asenkron generatör tabanlı değişken hızlı türbinlerinin yapısı ve kontrolü incelenmiştir. Çift beslemeli asenkron generatör tabanlı değişken hızlı rüzgâr türbin sisteminin kontrolü için vektör kontrol algoritması uygulanmıştır. Vektör kontrol algoritmasının temelleri clarke-park dönüşümleri, dq dönen eksen takımı açısal dönüş hızını belirleme ve oryantasyon tipini belirlemeden oluşur. Bu temeller kullanılarak, belirlenen dq dönen eksen takımı açısal dönüş hızına göre clarke-park dönüşümleri gerçekleştirilerek çift beslemeli asenkron generatör tabanlı değişken hızlı rüzgâr türbin sisteminin dq dönen eksen takımında matematiksel modeli elde edilmiş ve daha sonra belirlenen oryantasyon türlerine göre vektör kontrol algoritması uygulanarak sistem kontrolü gerçekleştirilmiştir. Verilen teorik bilgiler doğrultusunda, Matlab/Simulink programı kullanılarak çift beslemeli asenkron generatör tabanlı değişken hızlı rüzgâr türbin sistemi tasarlanmıştır. Şebeke bağlantılı 500kW gücünde ki sistem kontrolü, klâsik PI kontrolörler uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları gösterilmiş ve sistem kontrolü ve şebekeye güç aktarımı başarıyla gerçeklenmiştir. Anahtar Kelimeler: Rüzgâr türbini, Çift beslemeli asenkron generatör, Vektör kontrol yöntemi.
Dört rotorlu hava aracının irtifa denetimi için doğrusal olmayan denetleyici tasarımı ve uygulaması
Günümüzde insansız hava araçlarının kontrolü birçok araştırmacının ilgilendiği bir konudur. Gerek askeri gerekse sivil alanda belirli görevleri yerine getirmek üzere kullanılan insansız hava araçları (İHA), bazı aerodinamik parametrelerin ve model belirsizliklerinin sistem üzerinde etkili olması nedeniyle lineer olmayan kontrol uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Yapılacak olan bu çalışmada, sistemden istenen cevaba uygun olarak seçilen bir Lyapunov benzeri fonksiyon temel alınarak, gerekli denklem takımları ve parametreler çözülerek, sistemin küresel asimptotik kararlılık şartına yakınsamasına çalışılacaktır. Kontrolcü tasarımı ile hava aracının belirli bir irtifadaki açısal davranışında kararlılık sağlanması amaçlanmaktadır. Elde edilen tasarım, nümerik benzetimlerle analiz edilerek, dört rotorlu hava aracına uygulanacaktır.
Dayanıklı PD kontrolcü tasarımı
Kontrol sistemlerinde, sistemin H-sonsuz normunu minimize etmek için kullanılan standart tasarım yöntemleriyle elde edilen kontrolcülerin, en az sistem derecesi ile aynı dereceye sahip olmaları gerekmektedir. Bu durum düşük dereceli sistemler için ilk bakışta bir problem oluşturmasa da, sistemde ortaya çıkabilecek taleplere göre performans çıkışlarını oluşturabilmek için sistem giriş ve çıkışlarına eklenecek olan ağırlaştırılmış fonksiyonlar sistemin derecesini arttıracaktır. Standart yöntemler ile elde edilebilecek yüksek dereceli kontrolcülerin, başta gömülü sistemler ve uzay endüstrisi olmak üzere pratik uygulamalarda gerçeklenmesi düşüktür. Bu nedenlerden dolayı düşük ve sabit dereceli H-sonsuz kontrolcü tasarımı konusu son zamanlarda kontrol mühendisliğinin en önemli çalışma alanlarından biri haline gelmiş ve bu konuyla ilgili çalışmalarda artış gözlenmiştir. Ancak, sabit dereceli kontrolcü tasarım probleminin konveks olmayan bir kümede tanımlı olması ve konveks olmayan kümelerde genel çözüm için hali hazırda çok terimli zamanlı bir çözme algoritmasının bulunmaması, son yıllarda yapılan çalışmalarda farklı çözüm yöntemlerinin kullanılmasına sebep olmuştur. Sabit dereceli H-sonsuz kontrolcü tasarım problemlerinde dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan biri kontrolcüsü tasarlanacak olan sistemin içerdiği belirsizliklerin tasarım yapılırken göz önünde bulundurulmasıdır. Aksi halde tasarlanan kontrolcü, sistemi tam olarak temsil edemeyecek ve üretim kaybı oluşacaktır. Bu tezin temel amacı sistemin H-sonsuz normunu minimize etmek için kullanılabilecek sabit dereceli kontrolcü tasarım metodu geliştirmektir. Kontrolcü tasarımı için standart tasarım yöntemlerinde kullanılan yaklaşımlar yerine pozitif çok terimli matrislerin özellikleri temelinde oluşturulan çok terimli yaklaşım metodu kullanılmıştır. Problemin temelinden gelen konveks olmayan yapı bilinen Kesin Pozitif Reel Lemma ile konveks bir şekle indirgenmiştir. Konveks problemin gösterimi ve çözümünde DME kullanılmıştır. Geliştirilen tasarım metodunun tutuculuğu tamamen seçilen merkezi çok terimliye bağlıdır. Tezde ilk olarak belirsizlik içeren üç serbestlik dereceli vinç sistemine ait bir alt sistem olan vinç kolu sisteminde yer alan taşıyıcı için tam dereceli H-sonsuz kontrolcü tasarlanmıştır. Ardından önerilen tasarım metodu kullanılarak aynı model için başta dayanıklı H-sonsuz PD kontrolcü olmak üzere farklı derecelere sahip dayanıklı H-sonsuz kontrolcüler elde edilmiş ve elde edilen kontrolcüler benzetim ortamında sisteme uygulanarak sistem çıktıları oluşturulmuştur.
H∞ control and mathematical modeling of a quarter-car system via non-parametric approach
The experimental system that is used in this work is a custom-made MIMO electro-mechanical system which is constructed to be used in a project of The Scientific and Technological Research Council of Turkey (Number: 108E089). This system represents an active suspension system. Modeling and control applications are done for this system while taking the passenger comfort in an active suspension as the engineering problem. Initially passive suspensions, semi-active suspensions and active suspensions are examined and their mathematical models are presented. The mechanical characteristics of an active suspension's elements are explained. In the light of these information, characteristics of a spring-damper-mass mechanical system are inspected. Natural frequency and damping ratio concepts are reviewed. The mathematical modeling is done by using the Lagrange energy method and ensured by the modeling method which is based on Newton's second law. It is seen that the real parameters are different than the known label ones. At this point non-parametric system identification methods are included in order to tune these values. Frequency and transient response characteristics are gathered from the experimental system to gain an insight of it. Frequency response characteristics are found by a set of sine wave tests. A Bode-like graphic is presented and the natural frequency locations and damping effects are shown on it. As a result of applying these non-parametric methods, a modified mathematical model is found. A black-box parametric system modeling is done with the help of MATLAB's system identification toolbox and a 4th order state-space structured model is found. The required data are needed to be used in the parametric system identification algorithms and gathered from the experimental system by an experiment. The validities of the modified mathematical model and black-box model are compared and secured by checking the output results with the experimental system. In the control section, initially H_∞ norm of a system and H_∞ control theory are explained. Then H_∞ controllers are calculated for these three models (mathematical, tuned mathematical, black-box). With H_∞ controllers, the peak gains of a system are aimed to be reduced. The performance output is taken as the sprung mass acceleration and their peaks are a crucial factor that effects the passenger comfort in a vehicle. In the simulations, it is seen that the H_∞ controller successfully reduce the peaks of the performance output for each model. However there are some mechanical and electronic limitations for the experimental system and two of the calculated controllers clearly override them. The control law should be supplying a saturation that varies in the boundary of the actuator limits. The controller which is calculated for the black-box model satisfies the both limits and it is applied on the experimental system. Before starting the experiments, a second-order filter is designed and added to the performance output in order to apmlify certain frequencies, thus a more realistic behaviour is acquired. Experiments are done on the experimental system and it is seen that the H_∞ norm of the experimental system performance output is reduced. The simulations and experiments are done by using a randomized sine-wave sum input that represent a road test surface.
H∞ control and mathematical modeling of a quarter-car system via non-parametric approach
The experimental system that is used in this work is a custom-made MIMO electro-mechanical system which is constructed to be used in a project of The Scientific and Technological Research Council of Turkey (Number: 108E089). This system represents an active suspension system. Modeling and control applications are done for this system while taking the passenger comfort in an active suspension as the engineering problem. Initially passive suspensions, semi-active suspensions and active suspensions are examined and their mathematical models are presented. The mechanical characteristics of an active suspension's elements are explained. In the light of these information, characteristics of a spring-damper-mass mechanical system are inspected. Natural frequency and damping ratio concepts are reviewed. The mathematical modeling is done by using the Lagrange energy method and ensured by the modeling method which is based on Newton's second law. It is seen that the real parameters are different than the known label ones. At this point non-parametric system identification methods are included in order to tune these values. Frequency and transient response characteristics are gathered from the experimental system to gain an insight of it. Frequency response characteristics are found by a set of sine wave tests. A Bode-like graphic is presented and the natural frequency locations and damping effects are shown on it. As a result of applying these non-parametric methods, a modified mathematical model is found. A black-box parametric system modeling is done with the help of MATLAB's system identification toolbox and a 4th order state-space structured model is found. The required data are needed to be used in the parametric system identification algorithms and gathered from the experimental system by an experiment. The validities of the modified mathematical model and black-box model are compared and secured by checking the output results with the experimental system. In the control section, initially H_∞ norm of a system and H_∞ control theory are explained. Then H_∞ controllers are calculated for these three models (mathematical, tuned mathematical, black-box). With H_∞ controllers, the peak gains of a system are aimed to be reduced. The performance output is taken as the sprung mass acceleration and their peaks are a crucial factor that effects the passenger comfort in a vehicle. In the simulations, it is seen that the H_∞ controller successfully reduce the peaks of the performance output for each model. However there are some mechanical and electronic limitations for the experimental system and two of the calculated controllers clearly override them. The control law should be supplying a saturation that varies in the boundary of the actuator limits. The controller which is calculated for the black-box model satisfies the both limits and it is applied on the experimental system. Before starting the experiments, a second-order filter is designed and added to the performance output in order to apmlify certain frequencies, thus a more realistic behaviour is acquired. Experiments are done on the experimental system and it is seen that the H_∞ norm of the experimental system performance output is reduced. The simulations and experiments are done by using a randomized sine-wave sum input that represent a road test surface.
H∞ control and mathematical modeling of a quarter-car system via non-parametric approach
The experimental system that is used in this work is a custom-made MIMO electro-mechanical system which is constructed to be used in a project of The Scientific and Technological Research Council of Turkey (Number: 108E089). This system represents an active suspension system. Modeling and control applications are done for this system while taking the passenger comfort in an active suspension as the engineering problem. Initially passive suspensions, semi-active suspensions and active suspensions are examined and their mathematical models are presented. The mechanical characteristics of an active suspension's elements are explained. In the light of these information, characteristics of a spring-damper-mass mechanical system are inspected. Natural frequency and damping ratio concepts are reviewed. The mathematical modeling is done by using the Lagrange energy method and ensured by the modeling method which is based on Newton's second law. It is seen that the real parameters are different than the known label ones. At this point non-parametric system identification methods are included in order to tune these values. Frequency and transient response characteristics are gathered from the experimental system to gain an insight of it. Frequency response characteristics are found by a set of sine wave tests. A Bode-like graphic is presented and the natural frequency locations and damping effects are shown on it. As a result of applying these non-parametric methods, a modified mathematical model is found. A black-box parametric system modeling is done with the help of MATLAB's system identification toolbox and a 4th order state-space structured model is found. The required data are needed to be used in the parametric system identification algorithms and gathered from the experimental system by an experiment. The validities of the modified mathematical model and black-box model are compared and secured by checking the output results with the experimental system. In the control section, initially H_∞ norm of a system and H_∞ control theory are explained. Then H_∞ controllers are calculated for these three models (mathematical, tuned mathematical, black-box). With H_∞ controllers, the peak gains of a system are aimed to be reduced. The performance output is taken as the sprung mass acceleration and their peaks are a crucial factor that effects the passenger comfort in a vehicle. In the simulations, it is seen that the H_∞ controller successfully reduce the peaks of the performance output for each model. However there are some mechanical and electronic limitations for the experimental system and two of the calculated controllers clearly override them. The control law should be supplying a saturation that varies in the boundary of the actuator limits. The controller which is calculated for the black-box model satisfies the both limits and it is applied on the experimental system. Before starting the experiments, a second-order filter is designed and added to the performance output in order to apmlify certain frequencies, thus a more realistic behaviour is acquired. Experiments are done on the experimental system and it is seen that the H_∞ norm of the experimental system performance output is reduced. The simulations and experiments are done by using a randomized sine-wave sum input that represent a road test surface.
Akıllı binalar için özgün kablosuz sensör ağları tasarımı ile gerçek zamanlı enerji izleme ve kontrolü
Çalışma akıllı ev sistemleri için bir uygulama örneği olarak görülmelidir. Son yıllarda bu alanda pekçok akademik çalışma sunulmuştur. Bunun yanı sıra konu özel sektörde de oldukça geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Pekçok firma akıllı evler için özel cihazlar ve ekipmanlar imal etmeye başlamıştır. Akademik alandaki çalışmalar ise enerji tüketimini düşürmek, çevreci bir ev modeli ortaya koyabilmek, enerjinin izlenmesi ve kontrolü konularında kablosuz teknikler sunabilmek, sensörler ve sensör senaryolarına bağlı bireylerin konforunu sağlamak, akıllı evlerde güvenlik önlemleri gibi farklı alt konularda yoğunlaşmıştır. Enerji alanındaki çalışmalar genelde yenilebilir enerji sistemlerinin şebekeye entegrasyonu alanında yoğunlaşmıştır. Özellikle günümüzde yaygınca kullanılan güneş panellerinin özgün devrelerle evlerimizde kullanılması, enerjinin depolanması oldukça popüler bir çalışma konusudur. Tez bu alanda bir uygulama örneği sunarak 2 tane güneş paneli ve özgün güç elektroniği devre tasarımlarıyla enerjinin akülerde depolanması, güneş enerjisinin ev de kullanılması ve akünün durumuna bağlı olarak oluşturulan akılcı senaryolarla bireylerin güneşsiz havalarda enerji kesilmesi yaşamadan enerji kullanılmaya devam edebilmesine olanak sağlayacak devre dizaynları gerçekleştirilmiş, uygulanmış ve sonuçları tartışılmıştır. Kablosuz haberleşme ve sensör ağları alanında yapılan çalışmalar ile kablosuz olarak evlerdeki menzile uygunluk, kablosuz haberleşme protokolünün enerji tüketimi, kullanım kolaylığı, protokolün güvenilirliği ve güvenlik standartı, yatırım maliyetleri ve bu maliyetlere karşılık gelen geri ödeme süreleri gibi pekçok kriter karşılaştırılarak bu kablosuz haberleşme protokollerinin akıllı evlerde kullanılabilirliği ve uygulanabilirliği tartışılmaya çalışılmaktadır. Bu açıdan tez ile Zigbee, radyo frekansı ve kızıl ötesi kablosuz haberleşme teknikleri farklı olarak uygulanmış ve sonuçları analiz edilerek tezin sonuç bölümünde yorumlanmıştır. Böylece farklı kablosuz haberleşme protokollerinden akıllı ev için uygulanabilir olanlar ile bu protokollerin birbirlerine göre üstünlük, avantaj ve dezavantajları açıkça belirlenmiştir. İnsan hayatını kolaylaştırmaya yönelik çalışmalar ve akılcı yaklaşımlar alanında yapılan çalışmalar sensör verilerini otomatik olarak yorumlayarak insan faktörüne yer vermeden en olası çözümleri tespit ederek bu olası durum ve senaryolara göre yüklerin ve enerji giriş/çıkış birimlerinin en uygun konuma geçmesini sağlamak üzerine yoğunlaşmıştır. Bu açıdan tez ile aydınlık sensörü verilerine bağlı olarak aydınlatma otomasyonu, nem ve sıcaklık sensörü verilerine bağlı olarak fan kontrolü (gerçek evlerde klima olarak kullanılması düşünülmüştür), hareket sensörüne bağlı olarak bahçe aydınlatması, zaman bilgisine göre ışıkların otomatik olarak devreye girmesi ve çıkması, akü doluluk bilgisine göre AC şebekenin doğrudan sisteme girmesi veya güneş enerjisi üzerinden evin otomatik beslenebilmesi durumları, kapı kontağının durumuna göre otomatik fanların ayarlabilmesi, bulanık mantık ile klima kontrolü gerçekleştirilmesi gibi bir dizi senaryo gerçekleştirilerek insan hayatı kolaylaştırılmaya çalışılmış ve akılcı çözümler ortaya konulması hedeflenmiştir. Tez bu açıdan akıllı evlerle ilgili yapılan pekçok alt araştırma konusunun birleştirilmesi ile ortaya konulan bir çalışma olarak görülmelidir. Literatürde yapılan çalışmalar analiz edilerek bu alt çalışma alanları incelenmiş, uygulanmasına karar verilen yaklaşımlar uygulanarak denenmiş, elde edilen bulgu ve sonuçlar yorumlanarak tezin sonuç bölümünde tartışılmıştır.
Akıllı binalar için özgün kablosuz sensör ağları tasarımı ile gerçek zamanlı enerji izleme ve kontrolü
Çalışma akıllı ev sistemleri için bir uygulama örneği olarak görülmelidir. Son yıllarda bu alanda pekçok akademik çalışma sunulmuştur. Bunun yanı sıra konu özel sektörde de oldukça geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Pekçok firma akıllı evler için özel cihazlar ve ekipmanlar imal etmeye başlamıştır. Akademik alandaki çalışmalar ise enerji tüketimini düşürmek, çevreci bir ev modeli ortaya koyabilmek, enerjinin izlenmesi ve kontrolü konularında kablosuz teknikler sunabilmek, sensörler ve sensör senaryolarına bağlı bireylerin konforunu sağlamak, akıllı evlerde güvenlik önlemleri gibi farklı alt konularda yoğunlaşmıştır. Enerji alanındaki çalışmalar genelde yenilebilir enerji sistemlerinin şebekeye entegrasyonu alanında yoğunlaşmıştır. Özellikle günümüzde yaygınca kullanılan güneş panellerinin özgün devrelerle evlerimizde kullanılması, enerjinin depolanması oldukça popüler bir çalışma konusudur. Tez bu alanda bir uygulama örneği sunarak 2 tane güneş paneli ve özgün güç elektroniği devre tasarımlarıyla enerjinin akülerde depolanması, güneş enerjisinin ev de kullanılması ve akünün durumuna bağlı olarak oluşturulan akılcı senaryolarla bireylerin güneşsiz havalarda enerji kesilmesi yaşamadan enerji kullanılmaya devam edebilmesine olanak sağlayacak devre dizaynları gerçekleştirilmiş, uygulanmış ve sonuçları tartışılmıştır. Kablosuz haberleşme ve sensör ağları alanında yapılan çalışmalar ile kablosuz olarak evlerdeki menzile uygunluk, kablosuz haberleşme protokolünün enerji tüketimi, kullanım kolaylığı, protokolün güvenilirliği ve güvenlik standartı, yatırım maliyetleri ve bu maliyetlere karşılık gelen geri ödeme süreleri gibi pekçok kriter karşılaştırılarak bu kablosuz haberleşme protokollerinin akıllı evlerde kullanılabilirliği ve uygulanabilirliği tartışılmaya çalışılmaktadır. Bu açıdan tez ile Zigbee, radyo frekansı ve kızıl ötesi kablosuz haberleşme teknikleri farklı olarak uygulanmış ve sonuçları analiz edilerek tezin sonuç bölümünde yorumlanmıştır. Böylece farklı kablosuz haberleşme protokollerinden akıllı ev için uygulanabilir olanlar ile bu protokollerin birbirlerine göre üstünlük, avantaj ve dezavantajları açıkça belirlenmiştir. İnsan hayatını kolaylaştırmaya yönelik çalışmalar ve akılcı yaklaşımlar alanında yapılan çalışmalar sensör verilerini otomatik olarak yorumlayarak insan faktörüne yer vermeden en olası çözümleri tespit ederek bu olası durum ve senaryolara göre yüklerin ve enerji giriş/çıkış birimlerinin en uygun konuma geçmesini sağlamak üzerine yoğunlaşmıştır. Bu açıdan tez ile aydınlık sensörü verilerine bağlı olarak aydınlatma otomasyonu, nem ve sıcaklık sensörü verilerine bağlı olarak fan kontrolü (gerçek evlerde klima olarak kullanılması düşünülmüştür), hareket sensörüne bağlı olarak bahçe aydınlatması, zaman bilgisine göre ışıkların otomatik olarak devreye girmesi ve çıkması, akü doluluk bilgisine göre AC şebekenin doğrudan sisteme girmesi veya güneş enerjisi üzerinden evin otomatik beslenebilmesi durumları, kapı kontağının durumuna göre otomatik fanların ayarlabilmesi, bulanık mantık ile klima kontrolü gerçekleştirilmesi gibi bir dizi senaryo gerçekleştirilerek insan hayatı kolaylaştırılmaya çalışılmış ve akılcı çözümler ortaya konulması hedeflenmiştir. Tez bu açıdan akıllı evlerle ilgili yapılan pekçok alt araştırma konusunun birleştirilmesi ile ortaya konulan bir çalışma olarak görülmelidir. Literatürde yapılan çalışmalar analiz edilerek bu alt çalışma alanları incelenmiş, uygulanmasına karar verilen yaklaşımlar uygulanarak denenmiş, elde edilen bulgu ve sonuçlar yorumlanarak tezin sonuç bölümünde tartışılmıştır.
Akıllı binalar için özgün kablosuz sensör ağları tasarımı ile gerçek zamanlı enerji izleme ve kontrolü
Çalışma akıllı ev sistemleri için bir uygulama örneği olarak görülmelidir. Son yıllarda bu alanda pekçok akademik çalışma sunulmuştur. Bunun yanı sıra konu özel sektörde de oldukça geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Pekçok firma akıllı evler için özel cihazlar ve ekipmanlar imal etmeye başlamıştır. Akademik alandaki çalışmalar ise enerji tüketimini düşürmek, çevreci bir ev modeli ortaya koyabilmek, enerjinin izlenmesi ve kontrolü konularında kablosuz teknikler sunabilmek, sensörler ve sensör senaryolarına bağlı bireylerin konforunu sağlamak, akıllı evlerde güvenlik önlemleri gibi farklı alt konularda yoğunlaşmıştır. Enerji alanındaki çalışmalar genelde yenilebilir enerji sistemlerinin şebekeye entegrasyonu alanında yoğunlaşmıştır. Özellikle günümüzde yaygınca kullanılan güneş panellerinin özgün devrelerle evlerimizde kullanılması, enerjinin depolanması oldukça popüler bir çalışma konusudur. Tez bu alanda bir uygulama örneği sunarak 2 tane güneş paneli ve özgün güç elektroniği devre tasarımlarıyla enerjinin akülerde depolanması, güneş enerjisinin ev de kullanılması ve akünün durumuna bağlı olarak oluşturulan akılcı senaryolarla bireylerin güneşsiz havalarda enerji kesilmesi yaşamadan enerji kullanılmaya devam edebilmesine olanak sağlayacak devre dizaynları gerçekleştirilmiş, uygulanmış ve sonuçları tartışılmıştır. Kablosuz haberleşme ve sensör ağları alanında yapılan çalışmalar ile kablosuz olarak evlerdeki menzile uygunluk, kablosuz haberleşme protokolünün enerji tüketimi, kullanım kolaylığı, protokolün güvenilirliği ve güvenlik standartı, yatırım maliyetleri ve bu maliyetlere karşılık gelen geri ödeme süreleri gibi pekçok kriter karşılaştırılarak bu kablosuz haberleşme protokollerinin akıllı evlerde kullanılabilirliği ve uygulanabilirliği tartışılmaya çalışılmaktadır. Bu açıdan tez ile Zigbee, radyo frekansı ve kızıl ötesi kablosuz haberleşme teknikleri farklı olarak uygulanmış ve sonuçları analiz edilerek tezin sonuç bölümünde yorumlanmıştır. Böylece farklı kablosuz haberleşme protokollerinden akıllı ev için uygulanabilir olanlar ile bu protokollerin birbirlerine göre üstünlük, avantaj ve dezavantajları açıkça belirlenmiştir. İnsan hayatını kolaylaştırmaya yönelik çalışmalar ve akılcı yaklaşımlar alanında yapılan çalışmalar sensör verilerini otomatik olarak yorumlayarak insan faktörüne yer vermeden en olası çözümleri tespit ederek bu olası durum ve senaryolara göre yüklerin ve enerji giriş/çıkış birimlerinin en uygun konuma geçmesini sağlamak üzerine yoğunlaşmıştır. Bu açıdan tez ile aydınlık sensörü verilerine bağlı olarak aydınlatma otomasyonu, nem ve sıcaklık sensörü verilerine bağlı olarak fan kontrolü (gerçek evlerde klima olarak kullanılması düşünülmüştür), hareket sensörüne bağlı olarak bahçe aydınlatması, zaman bilgisine göre ışıkların otomatik olarak devreye girmesi ve çıkması, akü doluluk bilgisine göre AC şebekenin doğrudan sisteme girmesi veya güneş enerjisi üzerinden evin otomatik beslenebilmesi durumları, kapı kontağının durumuna göre otomatik fanların ayarlabilmesi, bulanık mantık ile klima kontrolü gerçekleştirilmesi gibi bir dizi senaryo gerçekleştirilerek insan hayatı kolaylaştırılmaya çalışılmış ve akılcı çözümler ortaya konulması hedeflenmiştir. Tez bu açıdan akıllı evlerle ilgili yapılan pekçok alt araştırma konusunun birleştirilmesi ile ortaya konulan bir çalışma olarak görülmelidir. Literatürde yapılan çalışmalar analiz edilerek bu alt çalışma alanları incelenmiş, uygulanmasına karar verilen yaklaşımlar uygulanarak denenmiş, elde edilen bulgu ve sonuçlar yorumlanarak tezin sonuç bölümünde tartışılmıştır.
Marmaray projesi yangın sistemlerinin fonksiyonel emniyet açısından güvenirlik analizi
Toplu ulaşım sistemleri içerisinde raylı ulaşım sistemlerinin önemi gün geçtikçe artmakta olup raylı ulaşım sistemleri hızlı, güvenli ve çevreci olması nedeniyle tercih edilmektedir. Özellikle insan yoğunluğunun fazla olduğu bölgelerde ulaşım ihtiyacının hızlı, kaliteli ve güvenli olarak karşılanabilmesi amacıyla raylı ulaşım sistemleri projelendirilmektedir. Teknolojinin gelişmesi ile endüstriyel sistemlerdeki hata ihtimallerinin en aza inmesi beklenmekte ve çalışmalar bu alanda yoğunlaştırılmaktadır. Sistemler arızaya düştükten sonra yapılacak bir müdahale sistemin kurtarılması için yeterli değildir ve ciddi kayıplara da sebep olabilmektedir. Fonksiyonel emniyet elemanları, sistemin bir bülümü hataya düşse bile sistemin bütününün sorunsuz çalışmasını sağlamak ya da güvenli bir şekilde emniyetli duruma getirmek amacı ile tasarlanan sistemlerdir. Marmaray projesi hizmete açılır açılmaz toplu ulaşım sistemleri içerisinde ciddi bir pay sahibi olmuştur. İnsan yoğunluğunun yüksek olduğu raylı tünel sistemlerinde yaşanabilecek muhtemel bir yangın durumunda, devreye girecek yangın emniyet sisteminin yüksek emniyet seviyesinde olması gerekmektedir. Yüksek emniyet seviyesi sağlanamadığında can ve mal kayıplarının görüldüğü bir felaket kaçınılmazdır. Fonksiyonel emniyet alanında bu zamana kadar ciddi çalışmalar yapılsa da yangın emniyet sistemleri ile ilgili standartlar tam anlamıyla ortaya konulamamıştır. Yangın ile ilgili fonksiyonel emniyet sistemlerine ait bir standart olmadığından, yangın emniyet sistemleri üzerine yapılan çalışmalar artı önem taşımaktadır. Bu çalışmada, Marmaray ulaşım sisteminin Üsküdar istasyonunda, yaşanabilecek bir yangın durumunda sistemin duman tahliyesi ve insanların güvenli şekilde istasyon dışına çıkışını sağlamak amacıyla kurulmuş yangın senaryosuna bağımlı olmak üzere yangın emniyet sistemi incelenmiş ve IEC 61508 standardına göre güvenirlik analizi yapılmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde fonksiyonel emniyet sistemleri ile ilgili literatür araştırmalarına ve Marmaray projesi hakkında genel ve teknik bilgilere yer verilmiştir. İkinci bölümünde fonksiyonel emniyet genel hatlarıyla incelenmiş, fonksiyonel emniyet sistemlerinin hata ağacı yöntemi ile incelenmesi hakkında bilgi verilmiştir. Hata oranı hesaplamaları için kullanılan bulanık mantık yönteminden ve hata ağacı uygulamalarında ortak çevre etkeninin sistemler üzerindeki etkisinden bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde Marmaray'ın yangın ihbar sistemi, duman kontrol fanları ve yangın senaryosundan bahsedilip, sistemin çalışması incelenmiştir. Dördüncü bölümünde ise IEC 61508 standardı çerçevesinde Marmaray Üsküdar İstasyonu'nda dört ayrı mekanda yaşanması muhtemel bir yangın için, yangın senaryosuna bağımlı olmak üzere yangın emniyet sisteminin çalışması incelenmiştir. Algılanan bir yangın sinyali sonrası yolcuların istasyonlardan tahliyesini sağlayacak olan acil kaçış merdivenleri insan hayatı için kritik önem taşıyan mahallerden biridir. Marmaray projesinde trenin, enerji sistemlerinin ve kontrol sistemlerinin denetiminin sağlandığı odalar FM 200 gazlı söndürme sistemine sahiptir. Bu odalar sistemin hatasız çalışması için kritik önem taşır. Tünel içerisinde çıkacak bir yangının, yolcu tahliyesinin zorluğu ve dumanın tünel içerisindeki hareketi göz önüne alındığında ciddi bir felaket kaçınılmazdır. İstasyonlardaki yolcu yoğunluğu göz önüne alınarak istasyon yangın hatları emniyet sistemleri için ayrı bir önem taşımaktadır. Bu analizler ışığında yangın emniyet sistemlerinin analizi hata ağacı yöntemi ile incelenmiş, damperlerin kapalılık durumundan kaynaklı hata değerleri de bulanık mantık yardımı ile hesaplanmıştır. Sonuç bölümünde ise inceleme sonrası Marmaray yangın emniyet sisteminin güvenirlik analiz değerleri standartlar çerçevesinde değerlendirilmiştir. Bu çalışmada özellikle yangın emniyet sistemleri için fonksiyonel emniyetin önemine dikkat çekilmek istenmiştir. Anahtar Kelimeler: Fonksiyonel emniyet, güvenirlik, yangın emniyet sistemi, Marmaray, hata ağacı.
Bir raylı sistem hattının elektrik besleme sisteminin güvenilirlik analizi
Raylı sistemlerde, cer gücü besleme sistemi ve bu gücün iletim şekli önemli bir yere sahiptir. Cer gücümü sağlayan trafo merkezleri ve bu cer gücünün iletimini sağlayan katener sistemi üzerinde çeşitli elektriksel elemanlar vardır. Bunlar arasında en önemlilerinden biri ana koruma elemanı olan kesicilerdir. Sistem için önemli bir görev ve yere sahip olan kesicilerin risklerini kabul edilebilir düzeye indirmek tüm sistemin güvenilirliği açısından önemli bir etkiye sahiptir. Raylı sistemlerin öncelikli hedefi, cer gücünü sağlamak amacıyla güvenilir ve sürekli enerji sağlayarak işletme sürekliliğini sağlamaktır. Bu durum, raylı ulaşım sistemlerinin cer gücü besleme sisteminde mevcut olan sistem bileşenlerinin minimum hata ile çalıştırılarak enerjinin mümkün olduğunca verimli şekilde kullanılması ile sağlanabilir. Bunun için raylı ulaşım sistemlerinde olabildiğince kesintisiz bir işletme elde edebilmek amacıyla cer gücü besleme sistemi bileşenlerinin oluşabilecek hata modları belirlenmeli, sistemin sahip olabileceği olası riskler azaltılmalı ve kabul edilebilir emniyet seviyesine çekilmelidir. Sistemde oluşabilecek istenmeyen durumlara karşı koruma fonksiyonları devre kesiciler vasıtasıyla aktif olarak bir koruma sağlamaktadırlar. Sistem içindeki bu entegrasyon göz önüne alındığında, elektrik beslemesinin sürekliliği ve kalitesi için önemli bir yere sahip olan aktif koruma sistemlerinin bir parçası olarak kabul edilen devre kesiciler gibi elemanların bulunduğu alt sistemler emniyetle ilişkili sistem(SRS - safety related system) yaklaşımı ile ele alınmalıdır. Bu çalışmada, İstanbul Ulaşım A.Ş. işletmesinde bulunan Kabataş - Bağcılar T1 tramvay hattı cer gücü besleme sisteminin güvenilirlik analizi yapılmıştır.Bu kapsamda ilk aşama olarak sistemde mevcut olan elemanların ve alt sistemlerin hata modları, bu hata modlarının sisteme olan etkisi ve güvenilirlik ile ilgili parametreler incelenmiştir. Daha sonra sistemin OG ve DC kısımlarında bulunan, bünyesinde devre kesici bulunduran ve emniyetle ilişkili sisteem yaklaşımı ile ele alınan alt sistemlerinin markov model kullanılarak PFDavg değerleri bulunmuştur ve SIL seviyeleri üzerinden bir değerlendirme yapılmıştır. Son olarak ise T1 tramvay hattının ana besleme noktasından katener sisteme kadar olan kısmı kapsayan elektriksel sistemi ele alınarak güvenilirlik analizi yapılmıştır. Tüm sistemin güvenilirlik analizi yapılırken hata ağacı(FTA) yöntemi kullanılmıştır.
Bir raylı sistem hattının elektrik besleme sisteminin güvenilirlik analizi
Raylı sistemlerde, cer gücü besleme sistemi ve bu gücün iletim şekli önemli bir yere sahiptir. Cer gücümü sağlayan trafo merkezleri ve bu cer gücünün iletimini sağlayan katener sistemi üzerinde çeşitli elektriksel elemanlar vardır. Bunlar arasında en önemlilerinden biri ana koruma elemanı olan kesicilerdir. Sistem için önemli bir görev ve yere sahip olan kesicilerin risklerini kabul edilebilir düzeye indirmek tüm sistemin güvenilirliği açısından önemli bir etkiye sahiptir. Raylı sistemlerin öncelikli hedefi, cer gücünü sağlamak amacıyla güvenilir ve sürekli enerji sağlayarak işletme sürekliliğini sağlamaktır. Bu durum, raylı ulaşım sistemlerinin cer gücü besleme sisteminde mevcut olan sistem bileşenlerinin minimum hata ile çalıştırılarak enerjinin mümkün olduğunca verimli şekilde kullanılması ile sağlanabilir. Bunun için raylı ulaşım sistemlerinde olabildiğince kesintisiz bir işletme elde edebilmek amacıyla cer gücü besleme sistemi bileşenlerinin oluşabilecek hata modları belirlenmeli, sistemin sahip olabileceği olası riskler azaltılmalı ve kabul edilebilir emniyet seviyesine çekilmelidir. Sistemde oluşabilecek istenmeyen durumlara karşı koruma fonksiyonları devre kesiciler vasıtasıyla aktif olarak bir koruma sağlamaktadırlar. Sistem içindeki bu entegrasyon göz önüne alındığında, elektrik beslemesinin sürekliliği ve kalitesi için önemli bir yere sahip olan aktif koruma sistemlerinin bir parçası olarak kabul edilen devre kesiciler gibi elemanların bulunduğu alt sistemler emniyetle ilişkili sistem(SRS - safety related system) yaklaşımı ile ele alınmalıdır. Bu çalışmada, İstanbul Ulaşım A.Ş. işletmesinde bulunan Kabataş - Bağcılar T1 tramvay hattı cer gücü besleme sisteminin güvenilirlik analizi yapılmıştır.Bu kapsamda ilk aşama olarak sistemde mevcut olan elemanların ve alt sistemlerin hata modları, bu hata modlarının sisteme olan etkisi ve güvenilirlik ile ilgili parametreler incelenmiştir. Daha sonra sistemin OG ve DC kısımlarında bulunan, bünyesinde devre kesici bulunduran ve emniyetle ilişkili sisteem yaklaşımı ile ele alınan alt sistemlerinin markov model kullanılarak PFDavg değerleri bulunmuştur ve SIL seviyeleri üzerinden bir değerlendirme yapılmıştır. Son olarak ise T1 tramvay hattının ana besleme noktasından katener sisteme kadar olan kısmı kapsayan elektriksel sistemi ele alınarak güvenilirlik analizi yapılmıştır. Tüm sistemin güvenilirlik analizi yapılırken hata ağacı(FTA) yöntemi kullanılmıştır.
Bir raylı sistem hattının elektrik besleme sisteminin güvenilirlik analizi
Raylı sistemlerde, cer gücü besleme sistemi ve bu gücün iletim şekli önemli bir yere sahiptir. Cer gücümü sağlayan trafo merkezleri ve bu cer gücünün iletimini sağlayan katener sistemi üzerinde çeşitli elektriksel elemanlar vardır. Bunlar arasında en önemlilerinden biri ana koruma elemanı olan kesicilerdir. Sistem için önemli bir görev ve yere sahip olan kesicilerin risklerini kabul edilebilir düzeye indirmek tüm sistemin güvenilirliği açısından önemli bir etkiye sahiptir. Raylı sistemlerin öncelikli hedefi, cer gücünü sağlamak amacıyla güvenilir ve sürekli enerji sağlayarak işletme sürekliliğini sağlamaktır. Bu durum, raylı ulaşım sistemlerinin cer gücü besleme sisteminde mevcut olan sistem bileşenlerinin minimum hata ile çalıştırılarak enerjinin mümkün olduğunca verimli şekilde kullanılması ile sağlanabilir. Bunun için raylı ulaşım sistemlerinde olabildiğince kesintisiz bir işletme elde edebilmek amacıyla cer gücü besleme sistemi bileşenlerinin oluşabilecek hata modları belirlenmeli, sistemin sahip olabileceği olası riskler azaltılmalı ve kabul edilebilir emniyet seviyesine çekilmelidir. Sistemde oluşabilecek istenmeyen durumlara karşı koruma fonksiyonları devre kesiciler vasıtasıyla aktif olarak bir koruma sağlamaktadırlar. Sistem içindeki bu entegrasyon göz önüne alındığında, elektrik beslemesinin sürekliliği ve kalitesi için önemli bir yere sahip olan aktif koruma sistemlerinin bir parçası olarak kabul edilen devre kesiciler gibi elemanların bulunduğu alt sistemler emniyetle ilişkili sistem(SRS - safety related system) yaklaşımı ile ele alınmalıdır. Bu çalışmada, İstanbul Ulaşım A.Ş. işletmesinde bulunan Kabataş - Bağcılar T1 tramvay hattı cer gücü besleme sisteminin güvenilirlik analizi yapılmıştır.Bu kapsamda ilk aşama olarak sistemde mevcut olan elemanların ve alt sistemlerin hata modları, bu hata modlarının sisteme olan etkisi ve güvenilirlik ile ilgili parametreler incelenmiştir. Daha sonra sistemin OG ve DC kısımlarında bulunan, bünyesinde devre kesici bulunduran ve emniyetle ilişkili sisteem yaklaşımı ile ele alınan alt sistemlerinin markov model kullanılarak PFDavg değerleri bulunmuştur ve SIL seviyeleri üzerinden bir değerlendirme yapılmıştır. Son olarak ise T1 tramvay hattının ana besleme noktasından katener sisteme kadar olan kısmı kapsayan elektriksel sistemi ele alınarak güvenilirlik analizi yapılmıştır. Tüm sistemin güvenilirlik analizi yapılırken hata ağacı(FTA) yöntemi kullanılmıştır.
Altı rotorlu bir helikopterde (Hexacopter) denge ve yükseklik kontrolü için yeni bir kontrol algoritması
Son yıllarda insansız hava araçları (İHA) ile yapılan çalışmaların ana kısmını, aracın otonom kontrol temelli görevleri yerine getirmesi oluşturur. Kullanıcı müdahalesi olmadan araç bu görevleri yerine getirirken, çalıştığı ortamı tanıması ve algılaması gerekli kararları almasındaki en önemli etkenlerdir. Bu çalışmada yer alan otonom kontrölün ana teması insansız çevrelerde (ortamlarda) yapılan kontrole işaret etmektedir. Geliştirilen otopilot, sistem yazılımları ile bilinmeyen bir çevrede aracın yetersiz bilgiyle kontrolü hedeflenmiştir. Böylelikle, aracın, algılayıcı ve ölçüm hatalarının olduğu çevrelerde daha iyi bir seyrüsefer (navigasyon) sergileyebilmesi amaçlanmıştır. Bu tezde geliştirilen otopilot, sistem yazılımları, kontrol algoritmaları ve bunlara ek olarak konumlandırma ve haritalama görevleri altı rotorlu bir helikopterde (hexacopter) uygulanmıştır. Hexacopter uygulamasındaki görevler üç ana başlıkta ifade edilebilir: * Denge ve Yükseklik Kontrolü, * Haritalama ve Konumlandırma, * Emniyet Planlaması (Yerel Trafik Akışı). Bu tezde, geliştirilen otopilot, system yazılımları ve kontrol algoritmaları küçük değişiklikler yapılarak diğer çoklu rotorlu sistemlerde (çoklu rotorlu helikopterlerde) de kullanılabilir.
Altı rotorlu bir helikopterde (Hexacopter) denge ve yükseklik kontrolü için yeni bir kontrol algoritması
Son yıllarda insansız hava araçları (İHA) ile yapılan çalışmaların ana kısmını, aracın otonom kontrol temelli görevleri yerine getirmesi oluşturur. Kullanıcı müdahalesi olmadan araç bu görevleri yerine getirirken, çalıştığı ortamı tanıması ve algılaması gerekli kararları almasındaki en önemli etkenlerdir. Bu çalışmada yer alan otonom kontrölün ana teması insansız çevrelerde (ortamlarda) yapılan kontrole işaret etmektedir. Geliştirilen otopilot, sistem yazılımları ile bilinmeyen bir çevrede aracın yetersiz bilgiyle kontrolü hedeflenmiştir. Böylelikle, aracın, algılayıcı ve ölçüm hatalarının olduğu çevrelerde daha iyi bir seyrüsefer (navigasyon) sergileyebilmesi amaçlanmıştır. Bu tezde geliştirilen otopilot, sistem yazılımları, kontrol algoritmaları ve bunlara ek olarak konumlandırma ve haritalama görevleri altı rotorlu bir helikopterde (hexacopter) uygulanmıştır. Hexacopter uygulamasındaki görevler üç ana başlıkta ifade edilebilir: * Denge ve Yükseklik Kontrolü, * Haritalama ve Konumlandırma, * Emniyet Planlaması (Yerel Trafik Akışı). Bu tezde, geliştirilen otopilot, system yazılımları ve kontrol algoritmaları küçük değişiklikler yapılarak diğer çoklu rotorlu sistemlerde (çoklu rotorlu helikopterlerde) de kullanılabilir.
Altı rotorlu bir helikopterde (Hexacopter) denge ve yükseklik kontrolü için yeni bir kontrol algoritması
Son yıllarda insansız hava araçları (İHA) ile yapılan çalışmaların ana kısmını, aracın otonom kontrol temelli görevleri yerine getirmesi oluşturur. Kullanıcı müdahalesi olmadan araç bu görevleri yerine getirirken, çalıştığı ortamı tanıması ve algılaması gerekli kararları almasındaki en önemli etkenlerdir. Bu çalışmada yer alan otonom kontrölün ana teması insansız çevrelerde (ortamlarda) yapılan kontrole işaret etmektedir. Geliştirilen otopilot, sistem yazılımları ile bilinmeyen bir çevrede aracın yetersiz bilgiyle kontrolü hedeflenmiştir. Böylelikle, aracın, algılayıcı ve ölçüm hatalarının olduğu çevrelerde daha iyi bir seyrüsefer (navigasyon) sergileyebilmesi amaçlanmıştır. Bu tezde geliştirilen otopilot, sistem yazılımları, kontrol algoritmaları ve bunlara ek olarak konumlandırma ve haritalama görevleri altı rotorlu bir helikopterde (hexacopter) uygulanmıştır. Hexacopter uygulamasındaki görevler üç ana başlıkta ifade edilebilir: * Denge ve Yükseklik Kontrolü, * Haritalama ve Konumlandırma, * Emniyet Planlaması (Yerel Trafik Akışı). Bu tezde, geliştirilen otopilot, system yazılımları ve kontrol algoritmaları küçük değişiklikler yapılarak diğer çoklu rotorlu sistemlerde (çoklu rotorlu helikopterlerde) de kullanılabilir.
Mission critical safe and reliable controller design with consideration human and occupational safety and health
The interest in safety critical systems in various industries such as process, nuclear power and transportation increases continuously with the development of societies due to technological enhancements and increased attachment of importance to the human life, property and environment. Especially, the requests for faster and more comfortable transportation systems and the developments in accordance with these requests can be observed concretely. Airline and Railway transport are the safest among all transport modes according to the report of European Commission [1]. Still, safer and more reliable systems can be developed to decrease the risk of accidents and resulted fatalities and injuries. Data interchange between CPUs, synchronization, computation speed and diagnostic measures are exhaustively evaluated for designing safety critical computing units. These functional and performance criteria are considered together with the safety and availability concerns ex tunc as any change in the design requires re-performing the whole development processes. Therefore, firstly the system under control is to be analyzed correctly, the requirements shall be set consistently and completely as Einstein's approach, which underlines using fifty-five minutes thinking about the problem and five minutes thinking about the solutions for a given time of one hour to solve the problem. While being applicable to all safety areas as the main safety standard [2] is followed along the entire work, the domain selected in this study is railway, and in this context, the requirements for the unmanned CBTC metro systems and ERTMS ETCS used especially at the high-speed railway lines and across the borders are researched deeply. For thispurpose, international and European norms as well as domain specific standards are studied. Since the main interest of this study is vital computing system with low PFHG, dual, triple or more redundant architectures are from the main concerns. Safety, availability, reliability as well as dependant failure models in the literature are investigated for the redundant systems. It is found that reliability calculations are also dependent on several parameters such as reference handbook and data usage method (field, datasheet, library, direct calculation, adjustment factor etc.). Consequently, for the same unit results might differ from each other. After exhaustive analyses, it is shown that at the level of five times better results can be yielded for each computing unit when several items are taken into account during the reliability predictions. Similar to reliability prediction, safety analysis requires much attention due to incorporation of several parameters. Hence, safety parameters are simulated for various architectures to select correct architecture with minimum design effort and costs, which is also a topic of optimization. It is illustrated that some parameters are dependent upon each other although they seem being independent in the formulas. Besides, some parameters affect the outcomes for some architectures unexpectedly such as the influence of the parameter DC for the architecture 1oo2D. Furthermore, a novel definition of a dual redundant system is formed owing to the ambiguous definition in the safety standard for the architectures 1oo2 and 1oo2D and owing to not covering the relevant designs, hence resulting in wrong formulas. As per the simulation results, a design route map is created newly in this study which is to be utilized when designing mission critical vital safe controller. The international standard for safety critical electronic systems provides formulas for some architectures. Yet, it does not give a clue or reference how these formulas are derived, whether there is some confidence level and if this is the case, what is this value. In the literature and in the industry, it has been met that, reliability block diagrams, fault tree analyses and Markov models are mainly used for the safety calculations. In this study, a new PFH calculation model is proposed for the safety calculations. It is shown that it can conduct more accurate results in comparison to the previous works in the literature and current safety standard. It is also applicable to diverse redundancy differently from the formulas in the standard and literature, which is crucial forasmuch as diversity plays a major role to decrease the rate of dependant failures. Next, a safety critical computer design for a real application in the aforementioned domain and application areas is proposed. The reliability predictions for several cases are realized in a detailed way and compared with each other. Then, the safety calculations based on the formulas in the safety standard and in the literature with conventional models are conducted. Finally, the proposed model is applied to the application design and the results are compared. The outcomes for the computing platform developed to be used on-board and wayside applications for unmanned CBTC metro system and ERTMS ETCS high speed train lines show that the proposed model conducts 3.44 times lower hazard rates than the IEC 61508 [2] standard and 16.86 times lower than the conventional Markov model in the literature. Not only the technical safety, but also safety management is considered in this study, since a broad understanding of the safety management is compulsory for the independent safety assessment and finally SIL 4 certification of the vital product. Consequently, safety management in the international safety standards and in the industry is examined. In addition, despite the fact that current norms are very detailed and strict as they are related to complex safety critical electronic systems, several ambiguities and misinformation are revealed in these standards by providing use cases, and proposals are given for both qualitative and quantitative parts to overcome these problems which is seen an important contribution of this study to the aforementioned norms. These are in the scope of redefinition of V&V, innovative safety organization responding current safety management requirements, corrections to the failure and hazard analysis methods, discussing the subjective approach for techniques / measures, different perspectives for safety critical tool usage and CCF scoring table, drawbacks of statement SIL 0 SW, comparison of different requirements for single faults, unexpected DC effect on PFH for the architecture 1oo2D, the lack of explicit placement of the planning phase for the development process, the ambiguity of the required THR, the relation between RAM and Safety.
Eyleyici doyumlu çift tank sıvı seviye kontrol sistemi için bernsteın polinomları tabanlı kompanzatör tasarımı
Fiziksel sistemlerde kontrolör tasarımının hedeflendiği çalışmalarda karşılaşılan en büyük problemlerden biri sistemin matematiksel modelinin yeterince doğru olmaması, hatta bazı durumlarda analitik olarak elde edilememesidir. Literatürde bu tür problemlerle karşılaşıldığında kullanılan yöntemlerden biri de sistem tanıma algoritmalarıdır. Sistem tanıma teknikleri, farklı yaklaşımları ve algoritmaları kullanarak var olan fiziksel sistemi en iyi şekilde ifade edecek matematiksel bir modelin çıkartılması amacını taşımaktadır. Sistem tanıma çalışmalarında kullanılan yöntemlerden biri de tanımlama fonksiyonlarıdır. Tanımlama fonksiyonlarının kullanılmasındaki temel amaç sistemin girişine farklı tipte sinyaller uygulanarak elde edilen sistem çıkışının analizi sonucunda sistemi oluşturan dinamik yapıların belli algoritmalar yardımıyla ifade edilmesidir. Tanımlama fonksiyonları yaklaşımının özellikle son yıllarda popüler olan alt dallarından biri ise literatürde Yüksek Mertebeli Sinüzoidal Giriş Tanımlama Fonksiyonları (YMSGTF) olarak ifade edilen yaklaşımdır. Bu çalışmada, YMSGTF'ler kullanılarak eyleyici doyumu içeren bir sistem olan çift tank sıvı seviye kontrol sistemi için kontrolör tasarımı yapılmıştır. YMSGTF yaklaşımında temel amaç sisteme uygun genlik ve frekans değerlerine sahip sinüzoidal sinyaller uygulayarak ve sistem çıkışında elde edilen sinyaller incelenerek sistemde bulunan doğrusal ve doğrusal olmayan karakteristiklerinin analizinin yapılması ve böylece sistemin matematiksel olarak ifade edilmesidir. Daha detaylı açıklanacak olursa, kararlı, zamanla değişmeyen doğrusal, tek girişli tek çıkışlı, nedensel bir sistemin girişine bir sinüzoidal sinyal uygulandığında elde edilen periyodik çıkış sinyalinin frekansı uygulanan giriş sinyalinin frekansı ile aynı olacaktır. Eğer doğrusal sistem, doğrusal olmayan karakteristiğe sahip bir sistem ile değiştirilip aynı sinüzoidal giriş sinyali uygulanırsa bu durumda çıkış sinyali ifadesinde, sistemde bulunan doğrusal olmayan yapının karakteristiğine göre sistem girişine uygulanan sinyalin frekansına ek olarak farklı frekanslı bileşenler de görülmeye başlayacaktır. Harmonik olarak ifade edilen bu bileşenler sistemde bulunan doğrusal olmayan yapının varlığı sonucunda ortaya çıkmaktadır. Bu noktada, temel olarak ele alınan algoritma sistem çıkışında ortaya çıkan bu harmoniklerin bastırılması veya genlik değerlerinin minimize edilmesi hedefini taşımaktadır. Harmonik değerlerinin azaltılması durumunda sistemdeki doğrusal olmayan yapının sistem çıkışına olan etkisi azaltılarak sistemde hali hazırda bulunan basit yapılı veya klasik doğrusal kontrolörlerin performansı yüksek oranda arttırılmaktadır. Bu yaklaşımda, sistemde hali hazırda var olan geri beslemeli kontrolörlerin üzerine ikincil bir kontrolör tasarlanarak ve kararlılığı garanti ederek sistemde bulunan doğrusal olmayan karakteristiğin sistem çıkışına olan etkisinin azaltılması ve kontrol performansının arttırılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada, YMSGTF yaklaşımının ele alınmasının en önemli sebebi fiziksel sistemlere uygulanabilirliğinin oldukça yüksek olmasıdır. Bu sebeple çalışmada algoritmanın uygulanabilirliği eyleyici doyumu içeren çift tank sıvı seviye kontrol sistemi üzerinde gösterilmiştir. Çalışmanın özgün değerlerinden biri, literatürdeki çalışmalarda ele alınan YMSGTF yaklaşımının, özellikle kontrolör performansı anlamında önemli bir kısıtlayıcı olan eyleyici doyumunun var olduğu sistemlerde uygulanabilir olduğunu göstermektir. Ayrıca literatürde bulunan çalışmalardan farklı olarak YMSGTF tabanlı kompanzatör tasarımı yapılırken maliyet fonksiyonu tabanlı bir optimizasyon algoritması kullanılarak kompanzatör parametreleri hesaplanmıştır. Bu aşamada kompanzatör yapısı ilk olarak literatürde de var olan Chebyshev polinomları kullanılarak oluşturulmuştur ve çalışma kapsamında önerilen kontrolör için Bernstein polinomları kullanılması çalışmanın literatürden farklı yanlarını ortaya koymaktadır. Çalışmada ele alınan sistem olan çift tank sıvı seviye sisteminin kontrolü için iki kontrol çevrimi bulunmaktadır. Bu çevrimlerde sisteme uygulanan kontrol sinyaline etkiyen eyleyici doyumları sistemdeki kontrolör performansını düşürmektedir. Bu sebeple sistemde hali hazırda var olan klasik kontrolör yapısına ek olarak ikincil YMSGTF tabanlı bir kompanzatör tasarımı yapılarak sistemdeki eyleyici doyumunun, sistem çıkışının uygulanan referans sinyalini takip etme performansına olan olumsuz etkisinin azaltılması sağlanmıştır. Sistemde ele alınan konfigürasyonda sistem çıkışı alt bölümde bulunan tankın sıvı seviyesi olarak belirlenmiştir ve uygulanan referans işareti de bu seviyenin izlemesi istenen değerler serisi olarak tanımlanmıştır. Çalışma kapsamında elde edilen zaman domeni ve frekans domenindeki sonuçlar ile benzetim ortamında önerilen kontrolörün başarımı gösterilmiştir. Bu sonuçlar; sistemin referans takip performansını gösteren sistem çıkışının zaman cevabını, sistem çıkışının frekans domenindeki karşılığı olan harmonik grafiklerini ve çizelge olarak verilmiş olan toplam karesel hatanın sayısal değerini içermektedir.
Mini bilgisayar kullanılarak internet tabanlı ev otomasyonu uygulaması
Bu çalışma, mini bilgisayar ve elektronik kontrol kartları kullanılarak akıllı ev otomasyonu uygulaması tasarlamak, geliştirmek ve yönetmek üzerine bir projeyi kapsamaktadır. Otomasyon sistemi beyaz ev eşyaları, iklimlendirme, su, elektrik, doğal gaz gibi birçok sistemi kontrol edebilecek şekilde tasarlanmış ancak senaryo olarak ışık ve perdelerin kontrolü üzerinde durulmuştur. Dış ortamın ışık şiddetine göre otomatik olarak karar alıp uygulayan sistem, kullanıcı komutlarıyla da yönlendirilebilmektedir. Bu çalışma; bilgilerin veri tabanına kaydedilmesi, Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) haberleşme protokolü ile haberleşme, sunucu tasarımı geliştirilmesi işlemlerini kapsamaktadır. Proje içerisinde hem yerel ağ hem de internet tabanlı haberleşme yapılmıştır. Proje gerçeklemesinde, teknolojik gelişmelerle ortaya çıkan nesnelerin interneti (IoT) mimarisi uygulanmıştır. Nesnelerin interneti kavramının, endüstriyel sistemlere ile uygulanabilirliğini sağlamak amacıyla OPC-UA protokolü kullanılmıştır.
Yüksek mertebeli sinüzoidal giriş tanımlama fonksiyonları kullanılarak çift tank seviye kontrol sistemi için ileribeslemeli kontrolör tasarımı
Bu çalışmada yüksek mertebeli sinüzoidal giriş tanımlama fonksiyonları (YMSGTF) yaklaşımı kullanılarak çift tank seviye kontrol sistemi için ileri beslemeli kontrolör tasarımı yapılmıştır. Çalışmada YMSGTF yapısı ele alınan sistemde bulunan eyleyici doyumu gibi doğrusal olmayan yapıların sistem çıkışına olan etkisinin analiz edilmesi amacıyla kullanılmıştır. Çalışmada yapılan bu analiz sonucunda belirlenen maliyet fonksiyonu kullanılarak sözü edilen doğrusal olmayan yapıların sistem çıkışına olan etkisini azaltarak sistem çıkışının, uygulanan referans sinyalini izleme performansını iyileştirmek amacıyla ileri beslemeli kontrolör katsayıları belirlenerek sisteme uygulanmıştır. Çalışmanın sonunda frekans ve zaman domeninde verilen sistem cevapları ile elde edilen ileri besleme kontrolör katsayılarının sistemin referans izleme performansını iyileştirdiği gösterilmiştir.
Doğrusal olmayan anahtarlamalı sistemlerde kararlılık ve bir fırçasız doğru akım motoru için anahtarlamalı kontrolcü tasarımı
Bu tezin temel amacı doğrusal olmayan sistemler için anahtarlamasız ve anahtarlamalı modelleme, kontrol tasarımı arasındaki performans farkını göstermektir ve ayrıca sürekli ve ayrık zamanlı anahtarlamalı doğrusal olmayan sistemler için kararlılık, kararlı kılınabilirlik ve modern kontrol yöntemlerini incelemek ve test etmektir. Bu bağlamda FDAM sürücüsü, doğrusal olmayan anahtarlamalı sistem için tercih edilen model sistemdir. Literatür taraması, matematiksel ön bilgi ve kararlılık ispatları sunulduktan sonra, sürekli zaman sistemleri ve ayrık zaman sistemleri için iki uygulama yapılmıştır. Bu uygulamalarda aşağıdakiler kısaca verilmiştir: İlk uygulama, FDAM sürücülerindeki faz akımlarını kontrol etmek için anahtarlamalı uyarlamalı bir kontrolör önerilir. Hata dinamiklerini türettikten sonra sürücünün iletme ve komütasyon periyotları ayrı ayrı dikkate alınır ve FDAM sürücülerinin akım döngüsünün her çalışma bölgesi için iki farklı kontrolör tasarlanır. Sürücünün matematiksel modelindeki tüm sistem sabitleri belirsiz kabul edilir ve bu bilinmeyen parametreler için uyarlama kuralları çıkarılır. Kapalı çevrim sisteminin kararlılığı, ortak bir Lyapunov fonksiyonuyla gösterilir ve mevcut hatanın sıfıra yakınsaması LaSalle-Yoshizawa teoremi vasıtasıyla belirtilir. İlk uygulamadan farklı olarak, ikinci uygulamada, belirsiz FDAM tahrik ünitelerinde moment çıkışını kontrol etmek ve komütasyon moment dalgalanmasını azaltmak için, komütasyon gecikmesi kompanzasyonlu bir anahtarlamalı kontrol tasarımı önerilmektedir. Son olarak, her bir uygulama için önerilen kontrolörün gerçeklenebilirliğini test etmek için farklı çalışma koşullarında çeşitli sayısal benzetimler yapılmıştır.
Automation of end-of-line systems using collaborative robots
Collaborative robots have been widely used in the factories where the production lines are automated. The new industrial revolution, usually referred to as Industry 4.0, is based on the smart manufacturing, which can be implemented by means of the automation systems. Recently, the automated robotic systems have found a great interest in the factories of food and beverages since they provide a high reliability and accuracy in production lines. Furthermore, collaborative robots reduce the human labor and increase the efficiency of the line. This thesis studies the effectiveness of implementation of an automated robotic system at the End-of-Line and, shows the process of packaging and palletizing by the collaborative robots using visualization in 3D world. It also shows the representation of the collaborative robot with 6 Degree-of-Freedom using Denavit-Hartenberg method. Furthermore, it presents the appropriate layout of End-of-Line using a simulation tool of the Visual Components program and Robot Sequence Language. The collaborative robot Uiversal Robot 5 is the main element in this project. Therefore, the purpose is to simulate, analyse and implement the automation solution for End-of-Line systems in which collaborative robot Universal Robot 5 can be utilized and adapted for accomplishing the entire process. This research discusses also on the cost effectiveness of implementing automation solution at the End-of-Line and the Workplace Organization principles from perspective of World Class Manufacturing. Simulation tool is the significant part of this study, using Off-Line Programming and statistics which allow to make analysis for the joints movements of Universal Robot 5 in order to make good and sufficient utilization with a safety design to operate with max speed.
Automation of end-of-line systems using collaborative robots
Collaborative robots have been widely used in the factories where the production lines are automated. The new industrial revolution, usually referred to as Industry 4.0, is based on the smart manufacturing, which can be implemented by means of the automation systems. Recently, the automated robotic systems have found a great interest in the factories of food and beverages since they provide a high reliability and accuracy in production lines. Furthermore, collaborative robots reduce the human labor and increase the efficiency of the line. This thesis studies the effectiveness of implementation of an automated robotic system at the End-of-Line and, shows the process of packaging and palletizing by the collaborative robots using visualization in 3D world. It also shows the representation of the collaborative robot with 6 Degree-of-Freedom using Denavit-Hartenberg method. Furthermore, it presents the appropriate layout of End-of-Line using a simulation tool of the Visual Components program and Robot Sequence Language. The collaborative robot Uiversal Robot 5 is the main element in this project. Therefore, the purpose is to simulate, analyse and implement the automation solution for End-of-Line systems in which collaborative robot Universal Robot 5 can be utilized and adapted for accomplishing the entire process. This research discusses also on the cost effectiveness of implementing automation solution at the End-of-Line and the Workplace Organization principles from perspective of World Class Manufacturing. Simulation tool is the significant part of this study, using Off-Line Programming and statistics which allow to make analysis for the joints movements of Universal Robot 5 in order to make good and sufficient utilization with a safety design to operate with max speed.