PROF. DR. KEMAL LEBLEBİCİOĞLU

Modelling and simulation of a wheeled land vehicle Tekerlekli kara taşıtının modellenmesi ve simulasyonu

Kara ulaşımı dünyanın en genel ulaşımı şeklidir. Arabaların icadından itibaren kara ulaşımı son derece değişmiştir. Arabalar insan hayatından ayrılamaz bir rol üstlendikçe ve elektronik ve robotik alanlarındaki gelişmelerle beraber insansız kara taşıtları askeri ve sivil kara ulaşımının geleceğini temsil etmektedir. Günümüzde ordular düşman hatlarının yakınına lojistik destek sağlamak için insansız kara taşıtlarını tercih ederken sivil kuruluşlar daha etkin ve ucuz taşımacılık için insansız kara araçlarını istemektedirler. Bu tez çalışmasında temel olarak dört tekerlekli bir kara aracının 6 özgürlük dereceli dinamik modeli ve PID kontrolcülerle çalışacak bir otopilot tasarımı sunulmuştur. Dinamik modelleme için içten yanmalı motorlar, güç aktarım sistemleri, lastikler, süspansiyonlar, aerodinamik sürüklenme kuvvetleri ve frenler üzerine incelemeler yapılmış ve oluşturulan model çeşitli senaryolarla doğrulanması için test edilmiştir.

Design and improvement of multi-level decision-making models Çok seviyeli karar verme modellerinin tasarlanması ve geliştirilmesi

Çok seviyeli karar verme yaklaşımlarında, son karara sonlu sayıda karar verme seviyelerinden geçilerek ulaşılır. Genellikle, her seviyede, önce bir başlangıç kararı üretilir. Daha sonra uygun bir karar birleştirme tekniği, bulunulan seviyedeki son kararı oluşturmada, alt seviye kararı başlangıç kararı ile birleştirmek için kullanılır. Çok seviyeli yaklaşımlarda temel zorluk ardışık seviyelerin birbirleriyle nasıl etkileşmesi gerektiğinin belirlenmesidir. Bu tezde, iki farklı çok seviyeli karar verme modeli önerilmiştir. İlk modelde (hiyerarşik karar verme) esas fikir, önceki hiyerarşik seviye kararlarının bir üst seviyeye bazı güvenilirlik değerleri ile aktarılmasıdır. Daha sonra bir üst seviyedeki karar, bu kararların uygun bir karar birleştirme tekniği ile birleştirilmesi ile gerçekleştirilir. İkinci model (Çoklu seviyelerde yerel karar verme) yerel karar verme diye adlandırılan bir kavrama dayanır. Evrensel çalışan bir ajan tasarlamak yerine, göreceli olarak yerel bölgelerde çalışan nispeten daha basit ajanlar tasarlamak ikinci fikrin esasıdır. Son karar, kısmen, yeterli sayıda yerel karar verme ajanın katkısıyla inşa edilir. Başarılı bir yerel ajan kullanılmaya devam edilirken yeterince başarılı olamayan bir ajan elenir ve ajan havuzundan çıkarılır. Geliştirilen modeller dört-tanklı sistemde hata bulma ve lotto satışı tahmini problemlerine uygulanmıştır.

Image segmentation and smoothing via partial differential equations Kısmi türevli denklemlerle görüntü bölütleme ve düzgünleştirme

Kısmi türevli denklem (KTD) tabanlı yaklaşımlar görüntü işlemede, bölütleme ve düzgünleştirme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Perona-Malik doğrusal olmayan difüzyon modeli görüntü düzgünleştirme alanında kullanılan ilk KTD tabanlı yöntemdir. Bunun ardından klasik Mumford-Shah modeli hem görüntü bölütleme hem de düzgünleştirme problemlerine yönelik olarak geliştirilmiştir ve enerji fonksiyonelinin minimize edilmesini temel alır. Bu modelin kenar bulma, hareket analizi, medikal görüntüleme, nesne izleme gibi bir çok uygulama alanı bulunmaktadır. Bu model, görüntünün parçalı ve düzgün temsilini kullanarak bir görüntü bölütlemesi bulmanın bir yoludur. Ne yazık ki, problemin konveks olmaması ve çok sayıda yerel minimum değere sahip olmasından dolayı Mumford-Shah fonksiyonelini minimize edecek sayısal yöntemler bazı zorluklar taşırlar, bu yüzden yaklaşık yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemlerden ikisi Ambrosio-Tortorelli yaklaşımı ve Chan-Vese aktif çevrit yöntemidir. Ambrosio ve Tortorelli, Mumford-Shah fonksiyoneli için eliptik yaklaşıma dayalı, pratik bir sayısal uygulama önermişleridir. Chan-Vese modeli, Mumford-Shah fonksiyonelinin parçalı sabit bir genelleştirmesidir ve düzey kümesi formülasyonuna dayanır. Yaygın olan diğer bir görüntü bölütleme tekniği ise Aktif Çevrit (Yılan) modelidir ve Chan-Vese modeliyle ilintilidir. Bu çalışmada bütün bu modeller detaylı olarak incelenmiştir. Bu modellerin matematiksel ve sayısal analizleri çalışılmış ve performanslarını karşılaştırmak için denemeler gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Görüntü İşleme, Kısmi Türevli Denklemler, Optimizasyon, Fonksiyonel Analiz, Sayısal Analiz.

Efficient solution of optimization problems with constraints and/or cost functions expensive to evaluate Kısıtları ve gider fonksiyonları hesaplaması pahalı olan optimizasyon problemlerinin verimli çözümleri

Mühendislik uygulamalarında kısıt ve gider fonksiyonları hesaplaması pahalı olan birçok optimizasyon problemi mevcuttur. Bununda ötesinde bu fonksiyonların türevleri elde edilebilir değildir yada elde edilme maliyetleri yüksektir. Bu sebeple türev tabanlı klasik optimizasyon yöntemleri uygulanamayabilir. Bu çalışmada bu önemli problemin çözümüne yönelik literatürde yer alan mevcut yöntemler dahilinde bir çatı sunulmuştur. İlk olarak kısıtların ihlalinin maliyet fonksiyonuna eklenmesiyle bir ceza modeli oluşturulur. Bu model, rasgele yaklaşma algoritmaları kullanılarak kısıtların sağladığı ilk noktaya kadar optimize edilir. Sonra, doğrudan arama metodları tabanlı örnekleme stratejileri ile kısıtları sağlayan örnek noktalar kümesi elde edilir. Bu kapsamda, arama yönü tahmini için, dışbükey kabuk ve nokta kümesinin eğrilik yarıçapını kullanan iki yöntem kullanılabilir. Örnek noktalar kümesi sınıra yakın bölgelerde yüksek maliyet veren bir sınır oluşturmak için kullanılır. Burada amaç, doğrudan arama yöntemlerinden faydalanarak yerel optimum noktaya yakınsamaktır. Gider fonksiyonunun değer tahmini konusuna gelince, aslında izlenecek iki yön vardır: a-) Gradyan tabanlı yöntemler, b-) Gradyan tabanlı olmayan yöntemler. Gradyan tabanlı yöntemlerde, gradyan rasgele yaklaşma algoritmaları kullanılarak hesaplanabilir. Diğer durumda ise doğrudan arama yöntemleri tabanlı örnekleme algoritmaları ile gider fonksiyonu değer tahmini gerçekleştirilebilir. Bu çalışma tüm bu fikirlerin gider ve kısıt fonksiyonları hesaplaması pahalı olan karmaşık test problemlerin çözümünde kullanılmasıyla sonlandırılmıştır.

Development of an autopilot for automatic landing of an unmanned aerial vehicle İnsansız bir hava aracının otomatik inişi için otopilot tasarımı

Bu tez çalışması, insansız bir hava aracı için otopilot ve güdüm sistemi tasarımını anlatmaktadır. Otonom iniş ve seyrüsefer amaçlı klasik (OİT) ve modern (KKD, DİDT) kontrol yöntemlerinin uygulamaları üzerinde çalışılmıştır. Nirengi noktalarını kullanarak, normal ve/veya acil durum seyrüseferi gerçekleştirmek için 2 farklı güdüm sistemi tasarlanmıştır. Kontrolcü geliştirme ve simulasyon çalışmalarında insansız bir hava aracı olan Pioneer?ın modeli kullanılmıştır. Hava aracı ilk olarak farklı denge-uçuş noktalarında doğrusallaştırılmış, sonrasında hava aracının kontrolü için Matlab/Simulink ortamında hız, irtifa, yatış ve yön otopilotları tasarlanmıştır. Son olarak kazanç-tablolama yöntemi kullanılarak farklı denge-uçuş noktaları için geliştirilen kontrolcüler bir araya getirilmiştir. Hava aracının dinamik özelliklerine uygun olarak, ?En Hızlı İniş? Yöntemi kullanılarak optimize edilmiş bir iniş güzergahı oluşturulmuştur. Optimize edilmiş irtifa komutları, yanal güdümcü ile beraber yan rüzgar koşullarına karşı kullanılmıştır. Son olarak, yan rüzgar, kuyruk rüzgarı gibi zorlu hava koşulları altında iniş simulasyonları yapılmış ve kontrolcülerin performans ve etkinliği değerlendirilmiştir.

Angular acceleration assisted stabilization of a 2-DOF gimbal platform İki serbestlik dereceli bir platformun açısal ivme destekli stabilizasyonu

Bu çalışmada iki serbestlik dereceli bir platformun ivme bilgisinin üretilmesi ve bu bilginin stabilizasyon performansını iyileştirmede kullanılması hedeflenmiştir. Bu konu iki ana başlık altında değerlendirilebilir; ivme bilgisinin gereken kalitede üretilmesi ve bu bilginin performansı arttıracak şekilde kullanılabilmesi. Her iki problemin de ayrı ayrı çözülmesi ve elde edilen çözümlerin birlikte kullanılması iyileşme elde edilmesi açısından gereklidir. Yapılacak çalışmalarda ortaya çıkacak sonuçların gerçek sistem üzerinde doğrulanmasın ve hedeflenen iyileşmelerin gerçek sistem üzerinde görülebilmesin bu çalışmanın en önemli sonuçlarından biri olması gerektiği kabul edilmiştir. Üzerinde çalışılan sistem iki serbestlik dereceli bir platform olsa da elde edilecek sonuçların diğer servo kontrol problemlerine de kolayca uygulanabileceği sonucuna varılmıştır. Yukarıda tanımlanan iki serbestlik dereceli platformun kontrolü için çeşitli performans ölçütleri tanımlanabileceği ve farklı performans ölçütleri için iyileştirme yöntemlerinin farklılık göstereceği görülmüştür. Bu çalışmada performans kriteri olarak sistemin stabilizasyon performansı kabul edilmiştir. Bunun sonucu olarak sistemin bozucu etki düzeltme karakteristiği önem kazanmıştır. Beklendiği gibi ivme geri beslemesi sonucunda stabilizasyon hassasiyetinde önemli iyileşme sağlanmıştır.