PROF. DR. GALİP CANSEVER

HVAC sistemlerinin yapay sinir ağları ile denetlenmesi

Günümüzde teknoloji alanındaki gelişmelerin etkisi ile teknoloji hayatın bir parçası haline gelmiş ve yaşamı kolaylaştırmaya başlamıştır. Son yıllarda teknoloji alanında yaşanan ilerlemeler, bina otomasyon sistemleri üzerinde de etkisini göstermiş ve bina otomasyon sistemlerinde gözle görülebilir artışlara neden olmuştur. Bu çalışmada, HVAC Sistemleri’ nin dinamik modeli oluşturulmuş ve bu model baz alınarak benzetim tarzında Yapay Sinir Ağları esaslı bir denetim sistemi gerçeklenmiştir.

Raylı sistemlerde enerji optimizasyonuna yönelik çalışmalar

Günümüzde özellikle fosil yakıtların da tükenmeye yüz tutması ile dünyada ve ülkemizde gelecek için enerji kaynaklarına olan ihtiyaç gittikçe artacaktır. Fakat enerjiye olan ihtiyacın tek çözümü yeni enerji kaynakları değildir. Aynı zamanda mevcut tüketilen enerji miktarının düşürülmesi ile, yani tasarruf yöntemi ile de büyük bir oran da enerji elde edilebilir. Bu durum aynı zamanda giderlerin de düşmesine neden olacaktır. Elektrikli raylı sistemlerde de harcanan enerjinin büyük bir kısmı, farklı yöntemlerle geri dönüştürülebilir. Gereksiz enerji harcamalarının önüne geçilebilir. Bu yöntemlerden bir tanesi de optimum enerji-zaman seviyesinin sağlanabileceği sürüş sistemleridir. Bu çalışmada güzergahın eğim v.b. coğrafi koşullarından faydalanılarak enerji tüketiminin nasıl azaltılabileceği üzerinde durulmuştur. Belli bir hedefe varış süresi ile tüketilen enerji arasında optimumizasyona dayalı bir bağ kurulmaya çalışılmış ve simülasyon sonuçları ile bu bağ sağlamlaştırılarak, enerji tüketiminde ciddi azalamalara gidilebileceği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: raylı sistemler, demiryolu, enerji verimliliği, enerji tasarrufu, optimizasyon, optimal kontrol, minimizasyon.

Üniversal motor üretim sürecinde endüvi montaj hattı otomasyonu Armature assembly line automation in universal motor production process

Günümüzde üretim teknolojilerindeki gelişmeler doğrultusunda üretim maliyetlerini azaltacak ve üretimi mümkün olduğunca insan hatasından uzak olacak şekilde gerçekleştirebilmek üzere otomasyon sistemleri geliştirilmiştir. Yaygın olarak kullanılan bu sistemlerde kontrol yapısı ağırlıkla PLC tabanlı olarak gerçekleştirilmektedir. Bu tez çalışmasında anlatılan uygulama bu yöndeki ihtiyaçları karşılamak üzere hayata geçirilmiş bir projedir. Çalışmanın alt yapısı, ilgili makinaların PLC ve touch panel programlamasıdır. Bu çalışmada Siemens S7-200 PLC’ler kullanılmıştır. Makinalara ait operatör panellerde de Siemens touch panellerden seçilmiş ve bunların programlanması ve ana kontrolör PLC ile iletişimi sağlanmıştır. Operatör kullanılarak gerçekleşen işlemlerin otomasyona çevrilmesi için sistemi detaylı olarak analiz edilmiştir. İlgili makinalarda proses içerisinde ilgili ölçümlerin yapılabilmesi için analog sinyaller touch panellere yansıtılarak operatörlere kontrol ve ayar konusunda kolaylık sağlanmıştır. Tüm hat için kodlama sistemi gerçekleştirilmiş ve hatalı ürünlerin hatta dolaşmayıp hatalı bantlarına aktarılması sağlanmıştır. Ürünlerin ok ve red olarak ayrılabilmesi için paletler üzerine kodlamalar yerleştirilmiştir. Tez Çalışmasında, üniversal motorlar ve PLC hakkında genel bilgi verildikten sonra uygulama detayları, makinaların PLC programları, touch panel programları sıralanmıştır. Makina programlarının önemli noktaları üzerinde özellikle durulmuştur. Konunun daha rahat anlaşılabilmesi için resim, tablo ve şemalarla güçlendirilmiştir.

Bilgisayar kontrollü kartezyen robot

Günümüzde endüstriyel kuruluşların tamamı, yaptıkları işlerde otomasyona yönelmektedir. Bu sayede maliyetler düşmekte, harcanılan zaman kısalmakta ve üretilen ürün veya işin kalite seviyesi standartlaşmadan dolayı artmaktadır. Projemizde, elektronik baskılı devre kartlarının delme işlemlerini gerçekleştirmek amacı ile kartezyen bir robotun mekanik tasarımı ve montajı yapılmıştır. Robotun eksenlerini hareket ettiren step motorlar için sürücü devreleri ve bu sürücülere kontrol sinyallerini gönderecek olan, mikroişlemci tabanlı kontrol kartı devresi tasarlanmış ve montajı gerçekleştirilmiştir. Robot ile kullanıcı arasındaki iletişim için bilgisayarda bir ara yüz programı hazırlanarak, bilgisayarın seri portu üzerinden, kontrol kartı ile seri haberleşme imkanı sağlanmıştır. İşlem zamanının kısaltılması, endüstrinin bu tip projelerdeki beklentilerden biridir. Projemizde işlem zamanının kısaltılması için, delinecek noktaları toplamda en kısa mesafeyi oluşturacak şekilde matkap motorunun dolaşması gerekir ve delik sayısının artması bu problemdeki karmaşıklığı arttırmaktadır. Probleme yaklaşım metotları kullanılarak çözüm üretmek mümkündür. Literatürde ?Gezgin Satıcı Problemi? diye bilinen bu problemin çözüm yaklaşımlarından üçü için ?Visual Basic? yazılım dili kullanılarak bir bilgisayar programı hazırlanmış ve projemize uyarlanmıştır. Hazırlanan bu program, üç çözümün sonuçlarının birbirleri ile karşılaştırılmasına ve en iyi çözümün projemizde kullanılmasına imkan vermektedir. İlk olarak projemiz için, üç ekseni step motorlarla hareket ettirilen, hareket eksenleri sonsuz vida kullanılarak gerçekleştirilen bir kartezyen robotun mekanik tasarımı yapılmıştır. Malzeme işlenmesi ve montaj hatalarından kaynaklanacak olan mekanik kasıntıları en aza indirgemek için hareket aktarma organı olarak kaplinler, mil yataklamaları için oynar başlıklı rulmanlar kullanılmıştır. Step motorların çalışması için gerekli olan elektronik sürücü kartları önce şematik olarak tasarlanmış, ardından baskılı devreleri hazırlanmış ve elektronik devre elemanlarının montajı yapılarak önceden hazırlanmış olan mekanik düzenek üzerinde test edilmiştir. Sonrasında bu sürücü kartlarını kontrol edecek olan, mikroişlemci tabanlı elektronik kontrol kartı tasarlanmıştır. Mikroişlemcinin programlanması için ?assembler? yazılım dili kullanılmıştır. Program hazırlanırken açık çevrim olarak çalışacak olan step motorların yüksek hızlarda pozisyon kaçırmaması, düşük hızlarda rezonansa girmemesi için mekanik düzenek üzerinde motor hız testleri yapılmış ve güvenilir aralıklar tespit edilip kullanıcının bu aralıklarda hızları değiştirmesine olanak sağlanmıştır. Kontrol kartı üzerinde programladığımız mikrokontrolör, program akışını, bilgisayardan seri port üzerinden aldığı ve bilgisayara yine seri port üzerinden gönderdiği bilgiler ile belirlemektedir. Bu alışverişin gerçekleşmesi içinde bilgisayar tarafında ?Visual Basic? yazılım dili kullanılarak bir ara yüz programı oluşturulmuş ve kullanıcıya sunulmuştur. Gerçekleştirilen bu çalışmada, baskı devre deliklerini delerken izlenecek olan yol uzunluğu delik sayısına ve yerleşimine göre değişmekle birlikte ortalama %50 oranında kısaltılmıştır. Matkap motorunun delik koordinatlarını bulmadaki hassasiyeti 25µm`dir. Eksen motorları adım kaçırmadan 19mm/sn hızla güvenle hareket edebilmektedir.

Süspansiyon sistemlerinin dışbükey optimizasyon tabanlı ‘L2’ kontrolü ‘L2’ control

Aktif süspansiyon sistemleri, pasif süspansiyon sistemlerinden farklı olarak bünyelerindeki pasif bileşenlerin, eyleyiciler tarafından sağlanan ilave kuvvetlerle hareket ettirilmesi sayesinde oluşurlar ve aktif süspansiyonlar kullanılmak suretiyle geniş bir frekans bandında süspansiyon sistemlerinin kontrolü gerçekleştirilebilmektedir. Şasi ile tekerlek aksamı arasına bir yay ve bir sönüm elemanı yerleştirilmek suretiyle gerçeklenen geleneksel pasif süspansiyon sistemleri, taşıtlar için söz konusu olan çeşitli performans ölçütleri arasında bir tavizleşme ortaya koyarlar. Aktif süspansiyon sistemleri kullanılarak arzulanan performansın yakalanması amacıyla, bu güne kadar birçok kontrol tasarım tekniği denenmiştir ve bu konudaki araştırma ve geliştirme faaliyetleri yoğun bir şekilde sürdürülmektedir. Bu tezde, eyleyici doyumuna maruz kaldığı düşünülen süspansiyon sistemleri için sürüş konforu ve süspansiyon sapması gibi performans gereklerinin teminine odaklanacak, bir kontrol tasarımı amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, sistemin performans çıkışlarına dair L2 kazancının minimize edilmesini sağlayacak, L2 optimal kontrolcünün tasarımı ele alınmıştır. Söz konusu tasarım, hem nominal sistem için hem de parametrelerin zamanla değiştiği LPD sistem yapısı üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu anlamda eyleyici doyumu probleminin LPD sistem yapısı ile birlikte ele alınmış olması, kontrolcü tasarmına yeni bir yaklaşım olarak ortaya çıkmaktadır. Tasarım probleminin ele aldığı performans gerekleri ve eyleyiciler üzerindeki doyum sınırlaması, lineer matris eşitsizlikleri cinsinden ifade edilen kısıtlara dönüştürülmüş ve ilgili kontrolcü söz konusu kısıtlara dayalı, dışbükey optimizasyon probleminin çözülmesi yoluyla elde edilmiştir. Dolayısıyla bu yaklaşım, taşıt süspansiyonlarına dair kontrol sistemi tasarımının, dışbükey kısıtlara sahip bir optimizasyon problemi olarak ele alınmasını mümkün kılmaktadır. Kontrolcünün farklı yol koşulları altındaki performansı ise, çeyrek taşıt süspansiyon modeli üzerindeki benzetim çalışmalarıyla sınanmıştır. Tasarlanan L2 optimal kontrolcünün eyleyiciler üzerindeki doyum olgusu gözetilerek gerçekleştirilmiş olması, gerçek sistemlere uygulanabilirliği açısından da bir avantaj sunmaktadır.

Rüzgar türbinleri için kanat açısı ve rotor hız kontrolü yaparak verimliliğin sağlanması

Rüzgar enerjisi sistemleri son yıllarda alternatif enerji kaynaklarına eğilimin artmasıyla önem kazanmış yenilenebilir enerji kaynaklarından bir tanesidir. Rüzgar, yenilenebilir bir enerji kaynağı olmasına rağmen sürekli bir enerji kaynağı değildir ve rüzgardan elde edilebilecek enerji her zaman aynı seviyede olmamaktadır. Bu da rüzgardan enerji elde edilmesi aşamasında verimlilik problemini ortaya çıkarmaktadır. Rüzgar türbin sistemlerinde kontrol yöntemlerinin geliştirilmesi de verimlilik problemine çözüm getirme arayışından ortaya çıkmıştır. Genel olarak rüzgar türbin sistemlerinde rotorun hız kontrolü ve kanat açısı kontrolü yapılmaktadır. Değişken hızlı rüzgar türbinleri optimal kanat uç hız oranı değerinde çalıştırılabildikleri ve dolayısıyla rüzgardan maksimum enerjiyi yakalayabildikleri için sabit hızlı türbin sistemlerine gore daha verimli sistemlerdir. Yapılan tez çalışmasında, rüzgar türbini sistemleri kütle-yay-damper sistemiyle modellendikten sonra iki adet kontrolcü tasarlanmıştır. İlk olarak, değişken hızlı rüzgar türbin sistemleri için sabit kanat uç hız oranı prensibine dayalı hız kontrolü gerçekleştirilmiştir. Bu kontrolcü tasarımında kutup atama yöntemi kullanılmıştır. Tasarlanan ikinci kontrolcü, kanat uç hız oranı ve kanat açısının bir fonksiyonu olan güç katsayısı eğrisini kullanarak, sistemin çalıştırıldığı kanat uç hız oranı ve güç katsayısı değeri için kanat açısının hesaplanmasında kullanılmıştır. Kanat açısı kontrolünde ANFIS denetleyici kullanılmıştır. Sistem MATLAB altında modellenerek simulasyonu yapılmıştır. Çıkan sonuçlardan rotor hız kontrolünün ve kanat açısı kontrolünün düzgün bir şekilde gerçekleştirildiği görülmüştür.

Fizyolojik süreçlerde model tabanlı yeni öğrenme yaklaşımları

Bu tezde; fizyolojik veriler üzerinde önerdiğimiz yeni çekirdek tabanlı gözetimli öğrenme algoritmaları örnek olarak dizi çekirdekleri ve artımlı azalımlı çekirdek modelleri, çizge tabanlı yeni yarı gözetimli öğrenme modelleri, gürültülü ve aykırı verilerden kurtulmak için iki farklı öznitelik kalitesini ölçen methodu birleştirdiğimiz bir boyut indirgeme modeli, protein yapı tahmininde ve fonksiyon tanımada kullanılabilecek Saklı Markov Modeli baz alınarak oluşturulan yeni bir çekirdek modeli önerilmiş olup, önerilen modeller fizyolojik veriler üzerinde uygulanmıştır. Bu çalışmada ilk olarak ilaç tasarımı ile ilgili veri kümeleri, yapılan çalışmalar, ve akademik yazımdaki bilgisayarlı ilaç tasarımı ile ilgili yöntemler hakkında bilgi verilmiş olup, hemen devamında kullanılan diğer protein veri bankaları, hastalık ve kanser veri kümeleri ile akademik yazımdaki bazı yüksek boyutlu veriler tanıtılmıştır. Sonraki bölümde ise kısaca öğrenme modelleri ele alınmıştır. Dördüncü bölümde, gözetimli öğrenme yöntemlerinden çekirdek tabanlı DVM modellerinden doğrusal ayrılabilen ve doğrusal olarak ayrılamayan öğrenme yöntemlerinin matematiksel alt yapısı tanıtılmış ve yeni önerilen modeller iki temel başlıkta: metin tabanlı çekirdek öğrenme ile artımlı çekirdek öğrenme algoritmaları, detayları ile verilmiş ve başarımları ikinci bölümde tanıtılan veri kümeleri üzerinde incelenmiştir. Özellikle bu bölümde önerilen yeni çekirdek modellerinin başarımlarını fizyolojik verilerin haricinde diğer makine öğrenme verileri üzerindede denenmiş ve başarımları incelenmiştir. Bir sonraki bölümde ise deneylerimizde karşılaştırmak için kullanılan üç faklı yarı gözetimli öğrenme modeli ve etkin öğrenme ile birleştirdiğimiz etkin yarı gözetimli öğrenme modeli detayları ile ele alınmıştır. Son olarak ele aldığımız yöntem ise akademik yazımda protein yapılarının sınıflandırılmasında sıkça kullanılan Saklı Markov Modeli ile dinamik programlama modellerinden yola çıkılarak proteinlerin SMM yapısı üzerinden eşleşen durumlara dayanan, protein dizilerinin metinsel yapısı yerine sonlu durumları kullanılarak geliştirilen ikili saklı Markov durumlarının skorlaması ile oluşturulan PHA-çekirdek modelinin matematiksel alt yapısı tanıtılmıştır. Önerilen tüm algoritmalarda, çekirdek düzenlileştirme sabiti, ceza parametresi gibi farklı çekirdek paremetreleri ele alınarak başarımları karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Algoritmaların, bilimsel yazındaki diğer birçok yöntemle eğitim ve test hataları açısından karşılaştırılmıştır.

Design, development and evaluation of a state-observer concept for industrial automation plants Endüstriyel üretim tesisleri için bir durum gözlemleyicisi konsepti tasarlama, geliştirme ve değerlendirilmesi

Otomasyon tesislerinde sensor cihazlarının kullanım süreleri boyunca bazı hatalar verebileceğini tahmin etmek bir ihtiyaçtır. Bu yüzden, tesislerin güvenilirliklerini ve verimliliklerini artırmak üzere, sensor hatalarının telafi edilmesi gerekmektedir. Bu tez projesi, olası bir hata durumunda ya da bir donanımsal arıza anında sensor değerlerinin durum gözlemleyicisinden alınan değerlerle değiştirilmesi yöntemine dayanan bir hata yönetimi metodu sunuyor. Öncelikle, sıvı dolum tesisinin Systems Modelling Language (SysML) dilinde modellenmesi yapılacak. Modeldeki temel diyagramlar; tesisin nasıl çalıştığına dair bir fikir inşa edecek ve sıvı akış bağlantılarını sergileyecek. Tesis Programlanabilir Lojik Kontrolörler’le (PLC) kontrol edilecek. Durum gözlemleyiciler MatLab/Simulink’te tasarlanacak ve simule edilecekler. MatLab/Simulink modeli PLC arayüzü kodu olan TwinCAT’e dönüştürülecek. Aradaki dönüşüm MatLab/Simulink kod üretici ile yapılacak. Hata yönetimi fonksiyonu öncelikle MatLab/Simulink’te sonra ise PLC yazılımda uygulanacak ve gerçeklenecek. SysML modeli parameter diyagramlarını olduğu kadar blok tanım diyagramlarının ve dahili blok diyagramlarının modellenmesini içeriyor. Parametre diyagramı, teknik sistemlerin örneğin; bileşen parametrelerinin aralarındaki ilişkilerin sürekli davranışını tanımlamak üzere kullanılacaktır. Hata yönetimi, durum gözlemleyici tarafından idare edilecektir. Gözlemleyicinin tasarımı ve uygulanması ise hata yönetimi konseptini bir bütün olarak şekillendirecektir.

Çizgi takip robotunun modellenmesi ve denetleyici tasarımı

Günümüzde hızla ilerleyen robot teknolojilerinde sıklıkla karşılaşılan bir problemde tekerlekli araçların konum kontrolüdür. Bu tez çalışmasında tekerlekli araçların kontrol probleminin bir çeşidi olan çizgi takibi ele alınmıştır. Konu üzerine yapılan literatür araştırmalarında bu konuyla ilgili yapılmış az sayıda akademik çalışmanın bulunmuş olması çalışmayı daha da cazip hale getirmiştir. Bu çalışmada öncelikle ikisi hareketi sağlamak üzere, toplam dört adet tekerlek içeren bir aracın matematiksel modeli oluşturulmuştur. Bu modelin doğruluğu değişik metotlar ile kontrol edilerek, sistemin işleyişinde hata olarak tanımlanacak terimler belirlenmiştir. Çalışmanın ilerleyen kısımlarında oluşturulan bu hata terimlerinin sıfırlanması için değişik kontrol metotları denenmiş, bunların simülasyonu için MATLAB ve SIMULINK yazılımları kullanılarak, elde edilen sonuçlar kıyaslanmıştır. Son olarak yapılan uygulama ile kullanılan kontrol metotlarından biri gerçek ortam şartları altında uygulama ile test edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Çizgi takibi, konum kontrolü, araç kontrolü

Robot yörünge takibi için YSA temelli bulanık kayan kipli kontrolör tasarımı

Bir robot manipulatorü istenen bir yörüngeyi izlemesi için kontrol etmek son elli yıldan beri oldukça ilgi çeken bir konudur. Ancak, manipulator belirsizlikler içeren çok değişkenli doğrusal olmayan dinamik sistem olduğundan, klasik ve modern kontrol kuralları için doğru bir matematiksel model elde etmek zordur. Klasik kayan kipli kontrol belirsizlik içeren doğrusal olmayan sistemler için güçlü bir yöntemdir. Kayan kipli kontrol uygulamalarındaki temel problem eşdeğer kontrolün hesaplanması için sistem parametrelerine ihtiyaç duyulmasıdır. Dayanıklı kontrolör oluşturabilmek için belirsizlik sınırını bilmek gerekir. Bu sınırı pratik uygulamalarda belirlemek zordur ve genellikle belirsizlik sınırı dayanıklı kararlılığı sağlamak için yeterince büyük seçilir. Ancak büyük kazanç, kontrolde önemli bir çatırdamaya neden olacaktır. Öte yandan, eğer sınır çok küçük seçilirse dayanıklı kararlılık garanti edilemez. Bu tez çalışmasında sistem bilgisine ihtiyaç duymayan yeni dayanıklı bir kontrolör geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu hedef çerçevesinde iki farklı kontrol yöntemi geliştirilmiştir. İlk olarak belirsizlik sınırı gereksinimini azaltmak için bulanık mantıktan yararlanılmış ve düzeltici kontrol kazancı bulanık mantık ile hesaplanmıştır. İkinci olarak bulanık mantık kayma yüzeyi eğimini ayarlamak için kullanılmıştır. Her iki kontrol yönteminde de eşdeğer kontrolü hesaplamak için radyal temelli fonksiyonlu yapay sinir ağı kullanılmıştır. Radyal temelli ağın ağırlıkları sistem durumları kayma yüzeyini kesip üzerinde salınacak şekilde adaptif bir algoritma ile değiştirilmektedir. Geliştirilen kontrol yöntemlerinin test edilebilmesi için 6 eksenli endüstriyel bir robot olan manutec-r15’in sürücü ve kontrol sistemi yeniden oluşturulmuştur. Geliştirilen kontrol yöntemleri öncelikle 3 eksenli scara robotun parametreleri ile simüle edilmiştir. Ardından simülasyonlar manutec-r15 için yapılmıştır. Son olarak kontrol yöntemleri manutec-r15’e uygulanarak deney sonuçları elde edilmiştir. Aynı deneyler klasik PD ve PID kontrol kullanılarak da yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.