LEE- Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19360

Gözat

İç mekan konum belirleme sistemlerinde konum kestirim doğruluğunun yükseltilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-08-27) Doruk, Emre ; Erol, Osman Kaan ; Arsan, Taner ; 504171106 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği

Çağımızda artan teknoloji kullanımı ile nesnelerin veya canlıların konum bilgisinin önemi artmaktadır. Konum bilgisinin doğruluk seviyesinin önemi iç ve dış mekanlar için farklılık göstermektedir. Dış mekanlardaki konum hassasiyeti 3 m – 15 m seviyelerinde hassas kabul edilebilir olur iken iç mekanlarda bu seviyeler istenilen hassasiyetten oldukça uzak kalmaktadır. Bu hassasiyet beklentisi farklılığı iç mekân konumlandırmada radyo frekansı ile tanıma (Radio-frequency Identification – RFID), ultra geniş bant (Ultra Wide Band-UWB) sistemleri, Bluetooth gibi farklı teknolojiler ortaya çıkarmıştır. Ultra geniş bant teknolojisi ise iç mekan konum belirleme teknolojileri arasında en güvenilir ve en yüksek doğruluklu sistemler olarak öne çıkmaktadır. Bu tez çalışması ile iç mekân konum kestirimindeki hataların belirlenmesi ve bu hataları azaltma yöntemleri tanımlanarak konum kestirim doğruluğunun yükseltilmesi amaçlanmaktadır. Literatürde mevcut olan yöntemler temel araçlar olarak kullanılmıştır. Bu araçların sağladığı faydalardan yararlanılabilmesi için hibrit algoritmalar önerilmiştir. Önerilen algoritmaların başarımları saha verileri ile test edilmiştir. Saha verilerini toplarken MDEK DWM1001 UWB sensör seti kullanılmıştır. Test ortamı olarak ise Kadir Has Üniversitesi Steelcase Active Learning Center sınıfı seçilmiştir. Seçilen sınıfın 5.4 m x 5 m alanı veri toplama bölgesi olarak belirlenmiştir. Belirlenen bu alanda 132 nokta işaretlenmiş ve bu 132 noktadan yaklaşık 65000 konum verisi toplanmıştr. Toplanan saha verilerinin dağılımları ve hata karakteristikleri incelenmiştir. Ardından önerilen algoritmalar saha verileri kullanılarak test edilmiştir. Ham verilerin ve işlenmiş verilerin ortalama hata değerleri kıyaslamıştır. Toplanan verilerin hata değeri UWB sensörlerinin beklenen değeri olan 10 cm-20 cm aralığında, 11.46 cm olarak tespit edilmiştir. Ham verilere önerilen algoritma adımları uygulanmıştır. Algoritmaların konum kestirim doğruluklarına etkisi incelenmştir. Kullanılan algoritmalar ile en az Kalman Filtresi ile % 25.5 iyileşme sağlanmıştır. En yüksek ise Kalman Filtresi-Büyük Patlama Büyük Çöküş Optimizasyonu (BP-BÇ) ve K-En Yakın Komşu Atama (K-EYK) algoritmalarının kombinasyonundan oluşan metot ile % 68 iyileşme sağlandığı gözlemlenmiştir. 11.47 cm olan ortalama hata değeri en yüksek başarımı veren algoritma ile 3.67 cm seviyesine çekilmiştir.
Bi-fractional order reference model based control system design

(Graduate School, 2022) Keçeci, Ertuğrul ; Güzelkaya, Müjde ; 732343 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

The emergence of fractional calculus arose from a correspondence between Leibniz and L'Hopital. In this letter written in 1695, L'Hopital asked Leibniz what the result would be if \emph{n} is chosen as 0.5 in the n-order derivative expression. It is known that Leibniz, in response to this question, said: \emph{"one day in the future, the answer to this question will bring useful results"}. Since this date, contributions have been made on fractional calculus by mathematicians at first and by engineers since the middle of the $20^{th}$ century. Today, the most well-known fractional order operator definitions are presented by Riemann-Liouville, Grünwald-Letnikov and Caputo. Riemann-Liouville and Caputo generalized the integer-order integral operator with subject certain constraints, while Grünwald-Letnikov generalized the integer-order derivative expression to express a non-integer-order derivative. It is not possible to obtain the time domain response of fractional-order derivative and integral operators by using classical calculus. Thus, the factorial and exponential functions used in classical calculus are generalized for fractional calculus. The responses of the fractional derivative and integral operators in the time domain can be obtained with the help of this generalizations. On the other hand, the frequency domain allows the effects of fractional-order derivative and integral operators to be obtained in a much more convenient way. In classical calculus, the $n^{th}$ order derivative or $n$-fold integral frequency has a $\pm20ndB/dec$ effect on the gain margin in the definition region, while it takes the phase margin to $\pm90n$ degrees. Similarly, a $\gamma$-order fractional order derivative or a $\gamma$-fold fractional order integral has a $\pm20\gamma dB/dec$ effect on the gain margin and leads the phase margin to $\pm90\gamma$ degrees. The reality that some behaviors in nature can be modeled with fractional calculus has increased the interest of the control field on this subject. Fractional order modeling has been performed in many applications such as viscoelasticity, heat transfer, energy transmission lines, diffusion. However, the fractional-order calculation is exactly included in the field of control engineering at 1961. After that, the first fractional order controller method is introduced and it is showed that the fractional controller outperforms integer order PID controller. At the end of the twentieth century, the fractional order PID controller is introduced by making a generalization of the integer order PID controller. Closed-loop system transfer functions that demonstrate the desired dynamics are often called a reference model.
Konsensüs kontrol ve esnek sistemlerin titreşim söndürme problemi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Kuş, Umutcan ; Gören-Sümer, Leyla ; 737888 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı

Bu çalışmada, işbirliği ve uzlaşı kavramlarının en duru matematiksel modellerinden birisi olan konsensüs teorisi ele alındı. Konsensüs teorisi bu kavramları bireylerin lokal etkileşimleri ve göreli katkılarının nihai olarak tüm sistemin sergileyeceği davranışı belirlemesi olarak modeller. Bu mekanizmanın doğası temel olarak etmenlerin her birinin dinamik davranışlarına ve etmenler arasındaki iletişimin niteliğine bağlıdır. Giriş bölümünde, bu mekanizmanın önemli bir bölümünü oluşturan, etmenler arası iletişim yapıları üzerinde duruldu. Çok etmenli sistemlerin iletişim modellerini görsel ve cebirsel olarak elde edebilmek için kullanılan çizge kuramı hakkında detaylı bilgi verildi. Bir ağ yapısında etmenlerin bir durum üzerinde anlaşmaya varabilmesi için gereken iletişim koşulları incelendi, bu koşulların cebirsel karşılıkları elde edildi. Çok etmenli sistemlerin incelemesinde özellikle kullanışlı olan "komşuluk matrisi" ve "Laplasyen matris" kavramları ve bu matrislerin konsensüs davranışı üzerine etkileri tartışıldı. Lokal etkileşimler yardımıyla tüm ağın istenen davranışa doğru sürülebileceğinin ispatı verildi. Dinamik sistemlerin ve bu sistemlerin birbirleriyle olan bağlantılarının çizgeler yardımıyla nasıl temsil edilebileceği üzerinde duruldu. İkinci bölümde konsensüs teorisi ayrıntılı olarak ele alındı, teori tarafından çözülmeye çalışılan temel problem olan "buluşma problemi" tanıtıldı ve temel konsensüs protokolü olan "lokal oylama protokolü"nün bu problemi nasıl çözebileceği tek integratör olarak modellenmiş sistemler aracılığı ile incelendi. Daha sonra verilen protokol yüksek mertebeden sistemler için genişletildi ve yüksek mertebeden sistemlerin konsensüs kontrolü için ilk olarak durum geri besleme temelli bir denetleyici yapısı incelendi. Daha sonra bu denetleyici yapısı tüm durum değişkenlerinin ölçülebilir olmadığı sistemler için bir gözleyici tasarımı ile genişletildi ve çok etmenli sistemler için de tek etmenli sistemlerde olduğu gibi denetleyici ile gözleyici tasarımlarının ikili (dual) problemler olduğu gösterildi. Son olarak ağ yapısının sadece denetleyici tasarımı için kullanıldığı ve ajanların gözleyicileri lokal olarak gerçekledikleri komşuluk denetleyici - lokal gözleyici yapısı incelendi. Verilen tüm algoritmalar performanslarının incelenmesi amacıyla LC devrelerinden oluşan bir senkronizasyon probleminin çözümü için kullanıldı ve sonuçlar paylaşıldı. Algoritmaların senkronizasyon problemini başarı ile çözebildiği gösterildi. Sonraki bölüm dağılmış parametreli sistemlerin bir örneği olan esnek sistemler için titreşim söndürme problemine ayrıldı. Bir esnek kiriş sistemine ait diferansiyel denklem takımı verildi. Konsol kiriş için gerekli sınır koşulları verildi ve denklemler bu sınır koşulları için çözülerek zaman ve uzama bağlı bir model elde edildi. Elde edilen model "akıllı yapı" ismi verilen, eş konumlu piezo sensor - eyleyici çiftlerinden oluşan, özel bir kiriş sistemi için uyarlanarak zaman - uzam ayrışması yöntemi ile her bir ajan için toplu parametreli sistem modellerine ulaşıldı.
Sabit kanatlı İHA için uyarlamalı daldırma ve değişmezlik yöntemiyle sabit bozucuların kestirici tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Yıldız, Beste Sezen ; Yalçın, Yaprak ; 766401 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı

Günümüzde insansız hava araçlarının yaygınlaşmasıyla askeri ve sivil uygulamalarda pek çok kullanımları mevcuttur. Tam otomatik olarak çalışan bu otonom hava araçlarının kontrolü hakkında birçok çalışma mevcuttur. Özellikle görüş alanının kısıtlı olduğu sisli elverişsiz hava koşulları, rüzgâr gibi bozucu etkilerden kaynaklı risklerin minimize edilmesi amacıyla uçuş fazlarının otomatik olarak gerçekleştirilmesi için kontrolcü tasarımları gerçekleştirilmektedir. Uçuş birçok fazdan meydana gelmekte ve her fazda kontrol edilen parametrelerin referansları değişmektedir. Aynı zamanda dış etkilere de maruz kalan hava aracının bu etkileri minimize ederek uçuşa devam etmesi gerekmektedir. Bu nedenle bu yüksek lisans çalışması kapsamında hava aracının doğrusal olmayan dinamikleri kullanılarak daldırma ve değişmezlik yaklaşımı temeline dayanan ayrık zamanlı bozucu kestirim tasarımı önerilmektedir. Ayrık zamanlı doğrusal olmayan denklemler ile elde edilen kestirilen bozucu değerleri sabit bozucuları bastırmak amacıyla insansız hava aracının uçuş kontrolü için literatürde bulunan bir I&I tabanlı kontrolcüde kullanılmaktadır. Birinci bölümde tezin amacı açıklanmıştır. Daha sonra benzer çalışmaların olduğu literatür kısmına yer verilerek irdelenen dokümanlarda yer alan bozucuların etkisi, belirsiz parametreler gibi etkilerin kompanze edilmesi için kullanılan yöntemler, insansız hava aracı için kullanılan yöntemler, daldırma ve değişmezlik yöntemini kullanarak yapılan kontrol tasarımlarından bahsedilmiştir. Hipotez kısmı ile irdelenen dokümanlar kapsamında tasarlanan ve simülasyonu gerçekleştirilen yöntem önerilmiştir. İkinci bölümde, literatürde Euler açılarının kontrolcü tasarımı ve bu tezde bozucu kestiricilerin tasarımı için kullanılan daldırma ve değişmezlik yönteminden bahsedilmektedir. Böylece insansız hava aracı için hareket denklemlerin doğrusallaştırılmasına gerek kalmadan uyarlamalı kontrol gerçekleştirilebilmektedir. Doğrusal olmayan sistemler için daldırma ve değişmezlik kontrol yöntemi kullanılarak kararlı kılmak için kontrol edilmek istenen sistemden daha düşük dereceye sahip hedef sistem tanımlanmaktadır. Daldırma koşulu ile hedef sistem için sıfır denge noktasındaki kararlılık sorunu yeniden oluşturulmaktadır. Manifold üzerinde başlayan yörüngeler kapalı manifold adımı ile manifold içerisinde kalması sağlanmaktadır. Bu manifoldun değişmez olması ile mümkündür. Son adım olan manifold çekimi ve yörünge sınırlılığı özelliği ile manifoldun çekici ve değişmez olmasını sağlayan, kapalı döngü sistemin tüm yörüngelerini sınırlı hale getiren kontrol kuralı tasarlanmaktadır. Sonuç olarak, boyutu sistemden küçük olan hedef sistem tanımlanmakta ve sistemin dinamiklerinin hedef sistem ile çalıştığı değişmez bir manifold oluşturulmaktadır. Oluşturulan değişmez manifoldun çekici ve değişmez olmasını sağlayan kapalı döngü sistemin tüm yörüngelerini sınırlı hale getiren kontrol kuralı tasarlanması tüm bu adımların uygulanması ile sağlanmaktadır. Üçüncü bölümde, farklı merkezlere göre oluşturulan referans eksen takımlarından ve birbirlerine dönüşümlerinden bahsedilmektedir. İnsansız hava aracı için matematiksel model oluşturularak modelde kullanılacak parametreler verilmiştir. Matematiksel model kapsamında aerodinamik moment ve kuvvetlerden oluşan aerodinamik model, 6 serbestlik dereceli hareket denklemlerinin çıkarılması, atmosfer modeli, aktuatör modeli ve bozucuların modellenmesi anlatılmaktadır. Hava aracının hareket denklemleri yanal ve boylamsal denklemlerden oluşmaktadır. Dördüncü bölümde tez kapsamında insansız hava aracının doğrusal olmayan hareket denklemleri kullanılarak giriş bozucusu kesitiricisi tasarımından bahsedilmektedir. Doğrusal olmayan sistemler için daldırma ve değişmezlik kontrol yöntemi kullanılarak kararlı kılmak için tanımlanan hedef sistem ile insansız hava aracı hareket denklemlerinin davranışları sabit bozucu etkisinde iken kontrol edilmiştir. Simulasyonda doğrusal olmayan 6 serbestlik dereceli boylamsal hareket denklemleri kullanılmıştır. Tüm sistem yörüngelerini sınırlayan ve manifoldun çekim özelliğine sahip olmasını sağlayan bir kontrol kuralı tasarımına sürekli giriş bozucularını kestirerek etkilerinin sönümlenmesini sağlayan ayrık zamanlı bozdurucu kesitiricisi tasarlanmıştır. Daha sonra kontrol edilmek istenilen sistem için bilgisayar ortamında simülasyon yapılmış ve simülasyon sonuçlarının yorumlanması sağlanmıştır. Beşinci bölümde ise elde edilen sonuçlar özetlenerek çalışma ile sağlanan katkılar vurgulanmıştır.
Otonom araçlarda clothoid tabanlı lineer zamanla değişen model öngörülü kontrol

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Sezer, Mustafa Caner ; Sümer Gören, Leyla ; 735184 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı

İki nokta arasında çeşitli ürün ya da insanların taşınması eski çağlardan bu yana karşılaşılan bir problemdir. Bu problemi çözmek için insanoğlu çeşitli araçlar geliştirmiştir. Bu araçlar tekerleğin icadından at arabalarının kullanılmasına, ardından içten yanmalı motora sahip taşıtların icadından günümüzde elektrikli ve hidrojen yakıtlı araçların ortaya çıkmasına çok geniş bir yelpazede örneklenebilir. Kullanılan araçlar çağın gerekliliklerine göre yeniden tasarlanmış olsalar da, aslında çözdükleri altta yatan problem hala aynıdır, ürün ya da insanları iki nokta arasında taşımak. Bu temel problem, arkasında çok geniş bir lojistik sektörü barındırmaktadır. İnsanların her gün kullandığı taksiler ya da özellikle dünyanın küreselleşmesiyle önemi daha da artan deniz, hava ve karayolu kargo taşımacılığı çok yaygın iki örnektir. Yüzyıllardır süregelen bu lojistik problemi, günümüzde ve geçmişte insanların denetiminde ve komutasında gerçekleşmektedir. Kamyonlar, otomobiller, kargo gemileri, taksiler insanların komutasında hareket etmektedir. İnsanlar farklı rotalardaki sürüşe adapte olabilme konusunda yetenekli olsa da tekrarlı işlerde dikkat dağınıklığı sebebiyle kazalara neden olabilmektedir. Yapılan araştırmalara göre yapılan kazaların çok büyük bir kısmı sürücü hatalarından meydana gelmektedir. Kazalar maddi ve manevi hasarlara sebep olmakta, insanlar hayatını kaybedebilmektedir. Ayrıca araçların insanlar tarafından daha dikkatsiz kullanılması, aracın daha sık arıza vermesi ya da araç parçalarının daha sık değişmesine sebep olabilmektedir. Tüm bu problemler ve farklı motivasyon kaynakları nedeniyle büyük otomotiv şirketleri ve birçok teknoloji şirketi araçların sürücüsüz işletilmesi için çalışma yapmaktadır. Bu teknolojinin etki alanı ve yaratacağı ekonomi, büyük şirketler açısından oldukça iştah açıcıdır. Taşıtlar otonom şekilde ilerlerken temelde aynı problemlerle yüzleşirler. Bunlardan ilki aracın çevresini algılamasıdır. Araç ilerlerken çevresinde olup bitenlerden haberdar olması gerekir. Çevresini algılarken kullandığı radar, kamera, lidar gibi sensörler aracın nereden gitmesi gerektiği, çevresindeki nesnelerin neler olduğunu ve ona ne kadar uzakta bulunduğunu ya da çeşitli lokalizasyon yöntemleriyle sensör verilerini kullanarak aracın nerede olduğu sorularına yanıt aranır. İkinci aşamada yüzleşilen problem ise aracın bulunduğu yer ve çevresindeki objelerin bilgileri kullanılarak sonraki adımda ne yapılacağına karar verilmesidir. Bu aşama planlama aşaması olarak da adlandırılır. Aracın öncelikle içinde bulunduğu durumdan sonra hangi aksiyonu alacağına karar vermesi gerekir. Bu aksiyon şerit değiştirme, şeritte kalma, ani fren gibi çeşitli durumlar olabilir. İlgili aksiyona karar verildikten sonra mevcut durumdan karar verilen duruma bir geçiş manevrası planlanır. Bu aşamada referans hız profili, ivme profili, takip edilmesi gereken yol noktaları ile bu noktalara ait referans dönüklükler ile son olarak her noktadan ne zaman geçilmesi gerektiği bilgisinin oluşturulması yer alır. Son aşamada oluşturulan rotanın takip edilmesi ve aksiyona geçilmesi yer alır. Tüm bu ana blokların tamamlanmasıyla araçlar işlevlerini otonom şekilde yerine getirebilir. Bu tez kapsamında da otonom araçların ilgilendiği temel problemlerden olan rota planlama ve kontrol blokları incelenmiş ve çözüm önerilmeye çalışılmıştır. İlk olarak planlama aşamasından gelen bir rota olduğu varsayılmış ve bu rotanın daha konforlu bir sürüş sağladığı için Euler spiralleri ya da clothoidler kullanılarak yeniden oluşturulması hedeflenmiştir. Rota yeniden oluşturulurken planlayıcıdan gelen noktaların bir ön değerlendirmesi yapılmıştır. Bu değerlendirmeye göre aynı karakteristiği taşıyan ardışıl noktaların plana dahil edilmesi yerine aracın direksiyon açısında değişimlerin olduğu dönüm noktaları tespit edilmeye çalışılmıştır. Bunun için yolun referans eğrilik grafiğine bakılmış ve parçalı lineer olan bu fonksiyondaki dönüm noktaları tespit edilmiştir. Böylelikle planlayıcıdan gelen noktalardan yalnızca direksiyon açısının değişeceği noktalar kalmış, aradaki noktalarda direksiyon değişim açıları sabit olduğu için diğerleri kullanılmamıştır. Böylelikle rota bilgi kaybı olmadan seyrekleştirilmiş olur. Rotanın seyrekleştirilmesi, kontrolcü açısından aynı öngörü ufku ile daha uzun bir alanın kapsanmasına olanak sağlar. Sonuç olarak hem daha konforlu sürüşe uygun hem de aynı öngörü ufkuyla daha uzun alanların kapsanabileceği bir rota elde edilmiştir. Kontrolör ve planlayıcıyı test etmek için iki farklı rota seçilmiştir. Bunlardan ilki engelden kaçma ya da sollama manevrasını temsil eden bir rota olarak, ikincisi ise Ford Otosan Eskişehir fabrikasında bulunan test pistinden toplanan araç verileriyle referans rotası oluşturulmuştur. İkinci rota ilk rotaya göre çok daha uzun ve daha yüksek eğrilikler içerdiği için gerçeğe yakın bir test hedeflenmiştir. Tezin diğer aşamasında planlanan rotaya uygun şekilde çalışabilecek bir kontrolör yapısı oluşturulmak amaçlanmıştır. Bu amaca uygun olarak model öngörülü kontrolör,lineer olmayan model öngörülü kontrolör ve lineer zamanla değişen model öngörülü kontrolör yapıları ele alınmıştır. Lineer model öngörülü kontrolden farklı olarak sistemi birçok farklı noktada lineerleştirmesi ve lineer olmayan model öngörülü kontrolörün barındırdığı yerel minimuma yakınsama, gerçek zamanlı çalışmama gibi negatif yönleri içermemesi nedeniyle lineer zamanla değişen model öngörülü kontrolör yapısı seçilmiştir. Kontrolörün gelecek tahminlerini yapması için sistem modeline ihtiyacı vardır. Araç modeli için, düşük hızlarda bir seyir gerçekleşeceği için daha basit olması adına kinematik bisiklet modeli kullanılmıştır. Her ne kadar basit bir model olsa da uygun örnekleme periyodu ile düşük hızlarda aracın dinamiğini yansıtabildiği için yeterli bulunmuştur. Elde edilen kinematik araç modeli ve seyrekleştirilmiş referans rotası ile aracın referans rotasını takip etmesi için lineer zamanla değişen model öngörülü kontrolör yapısı oluşturulmuştur. Aracın takip etmesi gereken rota clothoidlerle ifade edildiği için, kontrolör de referans olarak clothoidlerin bileşenlerinden olan eğrilik değişimi ve değişimin uzunluğunu alacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarım ortamı olarak MATLAB kullanılmıştır ve simülasyonlar da bu ortamda yapılmıştır. Simülasyonlarda iki rotada da aynı parametreler kullanılmış ve aracın sabit hızda seyrettiği kabul edilmiştir. Sonuçta belirtilen iki rotada araç simülasyonları yapılmış ve elde edilen simülasyon sonuçlarında aracın yol sınırları içinde iki rotayı da tamamlayabildiği gözlenmiştir.
A comparative study of nonlinear model predictive control and reinforcement learning for path tracking

(Graduate School, 2022) Türkmen, Gamze ; Bogosyan, Ovsanna Seta ; 812314 ; Control and Automation Engineering Programme

One of the most financially significant industries is the automotive industry because of the benefits as well as the fact that it is always evolving and changing. Discoveries in computing and sensing hardware contributed to the evolution of this industry and led to the development of autonomous driving technology. Besides that, they offer several potentials for improving transportation safety, energy and fuel efficiency, as well as traffic congestion. These benefits and increasing attention to autonomous vehicles encourage the development of advanced driving systems. In this thesis, the path tracking problem of autonomous vehicles is investigated and a comparative analysis of two path tracking methods is presented. One of the selected methods is model predictive control and the other is a reinforcement learning algorithm soft actor-critic method. The model predictive controller is applied in a wide variety of path tracking problems due to its high performance and benefits over other control methods. The benefits of MPC are the ability to handle multi-input multi-output systems, optimize multiple objectives, work with nonlinear models, incorporate future steps into the optimization problem, overcome disturbances, and deal with constraints on the inputs, outputs, and states. Basically, MPC determines optimal control inputs for a given prediction horizon by minimizing the cost function while taking the system constraints and objectives into account. The system model is used to obtain future state predictions and these future state predictions are included in the cost function that determines the desired behaviour of the system. The optimization problem is solved for the current time step and system state, resulting in the generation of optimal control input sequences. Then, only the first input of the resulting optimal sequence is given to the system. This procedure is performed for each time step. In this thesis, the problem will be handled as a nonlinear model predictive control problem since a nonlinear vehicle model is used. NMPC problems are expressed as optimal control problems (OCP) and the multiple shooting method is used to transform the OCP into a nonlinear optimization problem (NLP) which is addressed by utilizing the optimization software package IPOPT. A vehicle model is one of the main things that MPC requires, and a vehicle model may be modelled with varying degrees of complexity depending on the problem and performance needs. There are several of different way to model vehicles such as a kinematic model which consists solely of a mathematical description of vehicle motion taken into account geometrically and ignoring the forces acting on the vehicle and a dynamic model which includes the forces affecting motion. Additionally, vehicle models can be described differently with various tire models. Basically, the kinematic model shows poor performance at high speeds due to lateral forces, whereas dynamical model shows high performance at high speeds but cannot be used in stop-and-go situations due to tire models becoming singular at low speeds. Additionally, the system identification process is easier for kinematic model since the kinematic model has only two parameters. Furthermore, one of the objectives of the thesis is to show that vehicles can be controlled with the minimum knowledge of the vehicle model. Therefore, a kinematic model is employed as it requires only distances from center of mass to axles. Control methods require parameters to be tuned manually or by optimization algorithms, and these approaches are not always capable of generalizing to new conditions, but intelligent methods arise with their ability to generalize to new conditions. In addition, while the vehicle model is needed for the controller, it is not always needed for intelligent methods. Intelligent methods like deep and machine learning have been included in autonomous driving studies to automate the driving task. These methods enable researchers to specify the desired behavior, teach the system to perform the desired behavior, and generalize their behaviors. Reinforcement learning has been selected as the method of choice to achieve automating the driving task. A learner agent interacts with the environment and collects experiences. Also, the environment gives feedback with reward signals. Because the agent is motivated to maximize positive reward signals and learns what to do as a result of its own experiences without specific instructions. However, the reinforcement learning problem becomes intractable as the states of the agent increase. The solution to this was found by combining deep learning and reinforcement learning and as a result, deep reinforcement learning has emerged. Deep reinforcement learning problems can be classified according to whether they have an environmental model or the way they optimize policy or whether they use different policies in training. Among many types, the soft actor-critic learning method is chosen for this thesis because it shows outperforming performance regarding both efficiency and stability compared to many other powerful methods. The soft actor-critic is an off-policy method that combines actor-critic and maximum entropy reinforcement learning methods. In order to generate stochastic policies with more exploration abilities, the entropy element is introduced to the objective function in this algorithm. As a result, the agent achieves learning by maximizing both expected reward and entropy rather than only maximizing expected reward as in other standard reinforcement algorithms. One of the important key parts of training reinforcement learning agents is that they require a lot of data and take a long time to learn. However, experience replays, which are mechanisms that allow using past experiences, are employed and it is observed that the learning is stabilized and the amount of experience required is decreased. In this thesis, SAC with different buffers are implemented and their efficiencies are examined. During parameter updates, experiences in the buffer are sampled uniformly in the vanilla experience replay. Prioritized experience replay (PER) is one of the experience replay methods used in this thesis, and it basically samples high important experiences more frequently. Emphasizing recent experience (ERE) is another strategy that samples more aggressively from recent experiences to emphasize the importance of the recently observed experience. These methods were chosen because PER has been shown to be effective in numerous studies, and ERE outperforms PER in some applications in terms of efficiency. However, the performance of ERE in the path tracking problem has not been compared with the PER and one of the aims of this thesis is to examine their efficiency in vehicle driving task. The simulation environment is chosen as CARLA simulator, which aims to be as realistic as possible in terms of control and visual elements. Several towns are available in CARLA, and two different ones have been chosen for this thesis. Also, it is necessary to establish the reference values that will be followed by the vehicle. For this purpose, paths were created for the selected towns and waypoints were produced for the vehicle to follow. Then, the cubic spline interpolation method was used as an optimization method for the waypoints because it is desired that the reference waypoints should be smooth and continuous. As a result of these operations, reference yaw angle and x and y positions were obtained. In addition, the speed reference is given in different values as a fixed reference. NMPC and SAC are responsible for both lateral and longitudinal control to follow the given path. As a longitudinal controller, they control the acceleration in order to achieve the target speed, and as a lateral controller, they change the steering wheel to track the reference path. This means that both have two action outputs which are steering angle and acceleration command. The states in NMPC are the states of the kinematic bicycle model, and the parameters of a Tesla Model 3 vehicle provided by CARLA are used. The states in SAC are chosen similar to the NMPC states and consist of steering and acceleration commands, target speed and reference tracking errors up to 10 steps ahead to reflect horizon information. A cost function consisting of tracking errors is constructed to minimize the error between the reference and followed paths for NMPC. The best weight coefficients of cost function are found after several experiments. Furthermore, steering angle and acceleration constraints are defined to participate in the optimization problem. Then, a symbolic framework CASADI is used to formulate this NMPC and provides an interface to IPOPT solver for solving the optimization problem. On the other side, for the SAC agent to follow the path, an appropriate reward function is prepared after many trials, which the agent will maximize according to its actions. Also, terminal conditions are created where the simulation ends if the agent goes out of lane, moves too slowly, and hits something. The network to be used in the training of the SAC agent consists of an actor network that decides on the actions and a critic network that measures how well the actions are. These networks are implemented with PyTorch library and hyperparameters for networks and buffers are taken from the original papers of the methods. The SAC agent is trained in CARLA on 10 and 5 different paths over 2000 episodes and it is observed that the agent trained on 10 different paths converged faster, so the training with other buffers are done on 10 different paths. After training with buffers, SAC+PER and SAC+ERE converged faster than SAC with vanilla buffer. It shows that the advanced buffer implementations enhance sampling efficiency. These trainings are done with random target velocities of 5 and 6 m/s, then for the SAC+PER agent, which is the fastest converging agent, the training is continued for the target velocities with 5 to 8 m/s. Simulations are carried out on 5 different paths to investigate path tracking performance. The results are discussed for each method and it is shown that the vehicle can follow the reference trajectory with a small margin of error for all approaches. This demonstrates that SAC agents have the ability to generalize since they performed well on unseen tracks. Although the performances of NMPC and SAC agents are very close to each other, SAC agents outperform NMPC in target velocity tracking and NMPC has better performance in yaw angle tracking. Also, as expected, the NMPC with the kinematic model performed worse as the speed increased. Furthermore, it is also observed that SAC+ERE and SAC+PER increase sample efficiency without reducing the performance.
Gemi manevra modeli ve sapma açısının kontrolü

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Tüysüz, Abdullah ; Gören-Sümer, Leyla ; 734876 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı

Gemi hareket kabiliyetini inceleyebilmek, hareket kontrol sistemini tasarlayabilmek ve gemiyi simülasyon ortamına taşıyabilmek amacıyla gemi dinamik hareket modelleri önerilmiştir. Önerilen modellere Abkowitz modeli, Nomoto model, Maneuvering Modelig Group modeli vb. örnek verilebilir. Abkowitz modeli bu modeller arasında yaygın kullanıma sahip bir modellerden birisidir. Abkowitz modeli gemiye etkiyen kuvvet ve momentlerin; gemi hareketine, pervane devrine ve dümen açısına bağlı çok terimli denklemler ile modellenmesine dayanır. Geminin hareketlerini sergileyecek matematiksel model oluşturmak için simülasyondan bağımsız ve simülasyon tabanlı olmak üzere iki yöntem kullanılır. Simülasyondan bağımsız yöntemler; tam ölçekli gemilerden veri toplanması, ölçeklenmiş model gemileri ile model testlerinin yapılması veya farklı gemilere ait veri bankalarından faydalanılması şeklindedir. Simülasyondan bağımsız yöntemler, her geminin kendi yapısına uygun bir test altyapısı oluşturulması gerektiğinden maliyetli ve zaman alıcı yöntemlerdir. Simülasyon tabanlı yöntemler ise sistem tabanlı ve hesaplamalı akışkan dinamiği tabanlı olmak üzere iki kısma ayrılabilir. CFD uygulamalarında doğruluğu yüksek sonuçlar elde etmek için çoğu zaman uzun hesaplama süresi gerektiren analizler yapılmaktadır. Sistem tabanlı yöntemlerden olan sistem tanıma teknikleri tekrarlı analizler gerektiren çalışmalar için CFD uygulamalarına göre daha elverişlidir. Kontrol mühendisliği alanında da sıkça kullanılan sistem tanıma teknikleri uygulama açısından model testlerine ve CFD uygulamalarına kıyasla erişim ve uygulama kolaylığına sahiptir. Gemi dinamik hareket modellerinin çıkarılması için sistem tanıma deneylerinde çokça başvurulmaktadır. Bu alanda literatürde sıkça karşılaşılan sistem tanıma yöntemlerine örnek olarak en küçük kareler regresyonu (LS), genişletilmiş Kalman filtresi (EKF), en büyük olabilirlik kestirimi (MLE) örnek olarak verilebilir. Gemi dinamik modeli kestirimi için gerçekleştirilen bir sistem tanıma deneyi akışı şu şekilde özetlenebilir: Yapılacak gemi model analizlerine uygun bir matematiksel model yapısı seçilir. Matematiksel modellere ait parametre setlerinden kestirimi yapılacak parametreler belirlenir. Sistem tanıma yöntemlerinden, model yapısına ve kestirilecek parametrelere uygun bir yöntemi seçilir. Tam ölçekli gemiden, ölçeklendirilmiş gemiden veya gerçekleştirilecek çalışmaya göre farklı bir alt sistemden kestirim çalışmalarına olanak sağlayacak ölçümler toplanır. Ölçümlerden uygun kısımlar, kestirim çalışması ve model doğrulama testleri için seçilir. Model doğrulama testleri ile sistem tanıma deneyi sonuçlandırılır. Kestirilen modelin doğruluğu hedeflenen çalışma şartlarını karşılıyor ise gemi manevra analizi, kontrol sistem tasarımı vb. çalışma aşamalarına geçilebilir. Tez kapsamında gerçekleştirilen simülasyon çalışmalarında kullanılmak üzere, hem veri toplanacak gemi modeli hem de kestirim modeli olarak Abkowitz model yapısı tercih edilmiştir. Kestirilecek gemi modeli olarak "mariner" tipi gemi modeli kullanılmıştır. Kestirim çalışmalarında EKF temelli durum artırımlı genişletilmiş kalman filtresi (SAEKF) yöntemi kullanılmıştır. EKF geliştirildiği zamandan bu yana sistem tanıma uygulamalarında sıkça kullanılan, farklı sistemler ve uygulamalar için temel alınıp özel yöntemler geliştirilen temel yöntemlerden biridir. SAEKF, EKF yöntemindeki durum vektörüne kestirilecek parametrelerin eklenmesiyle türetilmiş bir yöntemdir. Kestirim çalışmalarının ardından sistem tanıma deneylerinde doğrulama yöntemi olarak kullanılan bağımsızlık ve beyazlık testleri uygulanmıştır. Bu çalışmalar için farklı senaryolar oluşturulmuş, başarısız ve başarılı sonuçlar için incelemeler yapılmıştır. Tezde kestirim çalışmalarının devamında gemi sapma açısı kontrolü için kontrolör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Kontrol yöntemi olarak durumlara bağlı Riccati denklemleri (State dependent Riccati equations - SDRE) yöntemi seçilmiştir. Bu yöntem doğrusal sistemlerde optimal geri besleme kontrolcüsünü hesaplamak için kullanılan sabit değerli Riccati denklemi yöntemine dayanır. SDRE yönteminde durum uzay modeli, doğrusal olmayan sistemin durumları arasındaki ilişkiye bakılarak birden fazla şekilde tasarlanabilir. Mariner gemisi manevra modeli için SDRE yöntemine uygun bir durum uzayı modeli tasarlanmış ve kontrolör tasarımı bu model üzerinden gerçekleştirilmiştir. Kontrolör performansı, sapma açısı referansı ve rota takibi testleri kurgulanarak incelenmiştir.
Improved fuzzy logic based edge detection method on clinical images

(Graduate School, 2022-01-07) Çelen, Murat Mert ; Üstoğlu, İlker ; 504191145 ; Control and Automation Engineering

Signal processing is the main field combining electrical engineering and mathematics, used to analyze digital and analog signals. Signal processing deals with the storage, compression, filtering and other processing of signals. These signals can be sound signals, image signals, and other signals. Nowadays images are essential thing for many area. Images can be used in space researches, military applications, marine workings, automotive industry, environment, agriculture and medical science. The area where the signal type is processed is that the input is an image, and the output is also an image, which is called image processing. Image Processing is one of the main research area in the disciplines of computer science and engineering. Image processing is a methods which performs operations on an image, on account of get an information from image. The progress of image processing are improved by the help of: the development of technology, the development of discrete theory, the demand for a pretty wide range of applications. It can be divided into digital and analog image processing. Image processing for analog images is used for hard copies of photos. Digital image processing uses computers to process digital images. Image processing has various kind of application such as sharpening, blurring, contrast adjustment, and edge detection etc. Edge detection is helpful for applications in the fields such as fingerprint matching, medical diagnosis, license plate detection, biomedical imaging, pattern recognition and machine vision. Edge detection technique makes the high intensity valued pixels visible. Edge detection is a compelling assignment. When edge detection must be applied to noisy images, it becomes more difficult. The idea of fuzzy logic helps to get rid of this problem with expert knowledge. The concept of fuzzy logic was first proposed in the 1960s by Professor Lütfi Aliasker Zade in Berkeley. Lütfi Aliasker Zade is committed to translating natural language into computer language, but it is not easy to translate into computer language terms 0 and 1. Zade proposed a shape of polyvalent logic within which the truth valuation of variables is also any real number between 0 and 1 whereas classical logic theory is utilizing with values false or true. Fuzzy logic can be summarized as predicated on the observation that individuals make decisions supported vague and non-numerical information. Fuzzy models are numerical implies of speaking to dubiousness and uncertain data. These models have the inclination of deciphering and controlling information and information that are non-certain. Additionally, it's conceivable to characterize linguistic variables like brief, exceptionally brief, long, or exceptionally long with fuzzy logic. Lütfi Zade's proposed theory fuzzy logic has been applied to various fields such as robotics, artificial intelligence, modeling and controlling system which is nonlinear or digital image processing. These fields used type-1 fuzzy logic until Prof. Lütfi A. Zade presented type-2 fuzzy logic in 1975. Fuzzy logic's type-2 theory was improved for uncertainties and non-linearity due on type-1 fuzzy rules, it shows fuzzy logic frameworks on type-2 are more fruitful than fuzzy logic frameworks on type-1 to unravel vulnerabilities. Be that as it may, working with fuzzy logic frameworks on type-2 are distant more advanced than working with fuzzy logic frameworks on type-1. In this thesis we will talk about a type-1 edge detection with fuzzy logic implementation for medical brain images, with the assistance of digital image, and digital image processing. This thesis gives you the performance comparison of widely used edge detection methods and improved edge detection with fuzzy logic method with interpreting digital images with the help of image enhancement and restoration and performing operations on images such as blurring, contrast adjustment. Different sources of digital images will be tested and results for each source will be provided.
Robotic fish for monitoring water pollution

(Graduate School, 2022-02-01) Ansari, Mohammed Javed ; Doğan, Mustafa ; 504161131 ; Control and Automation Engineering

The vast majority of the earth's surface is covered by water. Some parts of the ocean are so deep that even Mount Everest would be lost into them as if it never existed. Water bodies, irrespective of fresh or salty, big or small, all of them host some of the most unique ecosystems. Mankind is known to have set its sails into the oceans for time immemorial now. But it has only been possible in recent years that they have dived inside by the means of HOVs, ROVs, and AUVs. And still, most of it remains unexplored. Every living thing from a unicellular amoeba to Antarctic blue whales including every single plant needs water to survive. Otherwise, the earth would be as barren as any other planet known so far. The key to fact that life exists on the earth is water. But unfortunately, the amount of garbage of all kinds being dumped into the sources of water pollutes them and in a long run adversely affects and endangers the living things on planet earth. As our very existence depends on water, it's indispensable to monitor and take essential steps to preserve the water quality accordingly. Not only does water avail a sustainable condition for the terrestrial inhabitants, but also is a habitat to a huge number of species within. One of the most well-known species among these aquatic animals is fish. In this work, a brief study of types of fishes along with their structural definition is carried out to determine how they propel and swim in the water with their fin and then eventually use the discoveries to biomimetically design and implement a robotic fish capable of exploring water and taking certain readings with inbuilt sensors. The thus obtained readings can be used to monitor water. The robotic fish here tries moving in the water replicating the motion behaviors of a fish. This study consists of 5 different parts. Chapter 1 provides a brief introduction of the whole idea and the classification of fish according to their swimming behavior. Fishes swim in the water using their fins. They use their fins to produce a propulsive force that pushes them forward. Depending upon which part of the fish and how it pulsates fishes can be categorized into different classes. These classifications help study fishes better. A detailed categorization on the basis of various grounds is further discussed in this chapter. A common approach to classify fishes is based on the modes of propulsion that a fish applies while swimming i.e. whether undulatory or oscillatory methods of generating propulsive forces. These two categories of fish swimming modes are BCF (body and/or caudal fin) locomotion, and MPF (median and/or paired fin) locomotion. A thing common in these modes of propulsion is that the caudal fins play the most important role in producing the propulsive force generation. In this study, a "Carangiform & Fusiform" model has been adapted for replication. The first chapter also gives a brief description of "Biomimetics" along with some of its popular applications in various fields. Later in this chapter, the overall implementation of this work has been mentioned. Chapter 2 discusses works of a similar kind. It also comprises the methods used in other similar works. The caudal fin drive mechanism can be of single, multiple, or compliant type. It is already known that the caudal fin plays the most important role in swimming and maneuvering. And the stiffness of the joint that connects the caudal fin to the body of the fish is equally important for efficient swimming. Unlike other similar works, Turfi uses a single joint method with a soft caudal fin. The outer cover of Turfi was designed using SolidWorks. The 3D model was later printed using a 3D printer. The outer body of Turfi was divided into 2 halves while designing. The first half enclosed all the electronics (including the SD card module, battery, sensors, processor, and driver circuits) and the motors. The pectoral fins are controlled using micro servo motors that help Turfi in maneuvering and the caudal fin is driven using a dc motor attached to a reduction mechanism. The other half of Turfi is the caudal tail and its mechanism that creates the oscillatory motion in the caudal fin by the means of the dc motor. The caudal fin drive mechanism converts the rotary motion of the dc motor to oscillatory motion. The front enclosure part was 3D printed using Polylactic Acid (PLA) because of its stiffness. The posterior i.e., the caudal fin was made using Thermoplastic Polyurethane (TPU). TPU is best known for flexibility. Making the caudal fin with TPU gives the caudal fin a soft and flexible structure thus making the propulsion wavy and smooth. The ESP32 used as the processor is also embedded with a WiFi module. ESP32 is programmed to create an Async WiFi server. The asynchronous server allows Turfi to take the readings and store them on an SD card even when offline. And when connected can deliver all the data collected at once. This helps Turfi to navigate and collect data irrespective of its connection to the base station. Turfi while navigating underwater takes the sensor readings and stores them into an SD card. After the completion of navigation, Turfi resurfaces and connects with the base station using WiFi and sends all the readings made during the navigation. Turfi later. These readings can be accessed using an IP provided by ESP32. These details are discussed in Chapter 3. As this study progressed further it was seen that Turfi can be programmed in various ways to accomplish different tasks. In the 4th Chapter, the results of two different tests are included. In the first test, Turfi was programmed to take readings at a certain depth (i.e., 20cm). A PID controller using PID Library by Brett Beauregard was used to track the depth based on the readings from the depth sensor. The second test was similar to the first one except that Turfi was instructed to take left and right turns. 5th Chapter concludes this work by describing the complexity of multi-fin locomotion underwater. It also briefly explains how Turfi can be developed in order to accomplish further. Upgrades such as a camera to record underwater, sensors to measure pH, oxygen level, salinity, etc. can be attached to Turfi. These sensors can help Turfi monitor underwater in a more detailed way. An exit mechanism is also proposed in this section. The exit mechanism would help Turfi resurface in case the battery is below a certain level or once the navigation is complete. Once atop, the whereabouts of Turfi can be known using GPS. There have been works of similar nature done priorly. But most of them tend to focus on a descriptive analysis of the swimming behavior of a fish and then replicating it. In this work, the scope has been slightly widened by adding the sensors to make required readings. One major hindrance similar to the ones of previous works i.e., limitation to wirelessly communicate well is experienced while working on this project as well. Thus, a different approach is applied in this study. In this approach, Turfi is instructed to follow a certain navigation route. While navigating underwater, Turfi also stores the sensor readings on an SD card. These data can be retrieved wirelessly from Turfi over WiFi. Thus, obtained data can be used for further processing.
Zaman gecikmeli sistemler için kural kaydırma tabanlı bulanık mantık kontrolör tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-01) Ateşova, Müge ; Güzelkaya, Müjde ; 504171136 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği ; Control and Automation Engineering

Zaman gecikmeli sistemlerin kontrolü pratikte en çok karşılaşılan kontrol problemlerinden biridir. Literatürde bu kontrol problemi üzerine pek çok çalışma ve uygulama bulunmaktadır. Zaman gecikmeli sistemlerde karşılaşılan sorunların temeli sistemden gözlenen bilginin geçmişe ait olmasına dayanmaktadır. Bu durumun kontrolör tarafından algılanması mümkün olmadığı için başarısız sonuçlara neden olabilmektedir. Probleme temel bir bakış açısıyla yaklaşmak gerekirse, kontrol sistemine giren bilginin geçmiş zamana ait olması durumunda bunun algılanıp duruma göre bir ayarlama yapılmasının soruna çözüm olması beklenir. Bulanık mantık kontrol yapıları üzerine yapılan çalışmalardan bazıları kontrolörün katsayılarını değiştirmeden kural tabanının kaydırılması ile zaman gecikmesinin sistem yanıtı üzerindeki olumsuz etkilerinin azaltılabileceğini göstermiştir. Sistem modelleri elde edilirken sahip olabilecekleri zaman gecikmesinin dikkate alınmış olması gerekir. Ancak zaman gecikmesinin gerçekte modelde bulunan değerinden farklı olduğu durumlar ile karşılaşılabilir. Bu durumda kontrol sisteminden beklenilen başarım elde edilemez. Bu çalışmada, ölü zamanın modelde bulunan değerinden daha az veya daha fazla olduğu durumlar için modele göre belirlenmiş bulanık mantık PID kontrolörünün kural tablosu değiştirilmiştir. Bu işlem sırasında bulanık kontrolör kural tablosu satırları uygun miktar ve yönlerde kaydırılmıştır. Kural tablosunun düzenlenmesinin etkisini görebilmek adına çalışmalar boyunca her bir sistem modeli için bulanık mantık kontrol katsayıları genetik arama algoritması yardımıyla belirlenmiştir. Genetik arama algoritması için arama kriteri zaman ağırlıklı hata karelerinin toplamı (ITSE) olarak seçilmiştir. ITSE kriteri aynı zamanda sistemin farklı kural tabanları ile başarımını incelemek için de kullanılmıştır. Ayrıca, sistemdeki zaman gecikmesinin değişmesi durumuna kontrol yönteminin bu değişime bağlı olarak uygun kural tabanını kullanabilmesi için öz-ayarlamalı kural tabanı yöntemi önerilmiştir. Bu amaçla sistem modelinde var olan zaman gecikmesinin çeşitli değişimleri için uygun olan kural tabanları belirlenmiştir. Bu kural tabanları arasında, belirlenen zaman gecilmesine bağlı olarak geçiş yapabilen bir kontrol yapısı kurulmuştur. Öz ayarlamalı kontrol yapısı, kural tabanı kaydırılmamış bulanık mantık kontrol yöntemi ve zaman gecikmesi bilinen sistemler için belirlenmiş olan kural tabanı kaydırılmış bulanık mantık kontrol yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen ITSE değerleri tablolar halinde verilirken, sistem yanıtları grafik halinde gösterilmiştir. Tahmin edilebileceği gibi zaman gecikmesi bilinen sistemler için uygun kural tabanı kaydırması ile elde edilen kontrol sistemlerinin benzetim sonuçları öz-ayarlamalı kontrol yönteminin uygulandığı zaman gecikmesi bilinmeyen sistemlerin benzetim sonuçlarından belirlenen başarım kriterine göre daha başarılı olmuştur. Fakat, çizelge ve grafikler göstermektedir ki öz-ayarlamalı kontrol yöntemi ile kural tabanı kaydırılmamış bulanık mantık kontrol yöntemini kıyaslandığında öz-ayarlamalı kural tabanı yapısı daha başarılı olmuştur.
Bulanık PID kontrolörlerinin çıkış üyelik fonksiyonlarını çevrimiçi ayarlanma yöntemi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-10) Delibaş, Mehmet ; Güzelkaya, Müjde ; 504191119 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği

Lotfi Zadeh 1965 yılında bulanık küme mantığını geliştirmiştir. Bulanık küme teorisi klasik mantığa belirsizlik katmaktadır. Böylece hayatta karşımıza çıkan birçok belirsizlik içeren problemin çözümünü de kolaylaştırmaktadır. Bulanık küme mantığı kontrol alanına ilk olarak 1975 yılında uygulanmıştır. Daha sonraki yıllarda araştırmacılar tarafından oldukça önemli bir çalışma alanı haline gelmiş ve endüstride bulanık kontrolörlerin kullanımı arttırmıştır. Geleneksel PID kontrolör tekniklerinin doğrusal sistemlere karşı başarılı bir şekilde uygulanmasına rağmen karmaşık ve belirsiz sistemler üzerindeki etkisinin yetersizliğinden dolayı bulanık kontrolörler oldukça cazip bir hale gelmiştir. Literatürde geleneksel bulanık PID kontrolörlerin başarımını geliştirmek amacıyla çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemler kontrolör parametrelerini çevrimiçi ayarlamaya dayalı yöntemlerdir. Ayar parametreleri olarak giriş ve çıkış ölçekleme katsayıları, bulanık kurallar, üyelik fonksiyonlarının parametreleri ve bulanık kural ağırlıkları kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, ilk olarak, Karasakal ve diğ. (2011) tarafından önerilen hata tabanlı çevrimiçi bulanık kural ağırlıklandırma yöntemi ele alınmıştır. Bu yöntemde, hatanın pozitif büyük ve hatanın değişiminin negatif olduğu bölgede kullanılan sabit bir katsayı serbest parametre olarak seçilmiş ve çeşitli değerler verilerek analizi yapılmıştır. Daha sonra Xu ve Shin (2005) tarafından önerilen bulanık kontrolörün çıkış üyelik fonksiyonlarının merkezini ayarlayan yöntem ele alınmıştır. Bu yöntemde, çıkış üyelik fonksiyonlarının merkezini ayarlamak amacıyla bulanık yapıda bir ayar mekanizması bulunmaktadır. Bu ayar mekanizmasının kendi giriş ve çıkış üyelik fonksiyonları ve kural tablosu bulunmaktadır. Çalışmamızda ikinci olarak bu çıkış ayarlama mekanizması kural tablosunda bulunan bazı parametreler serbest parametre olarak değerlendirilmiş ve bu parametrelerin analizi yapılmıştır. Son olarak hata tabanlı çevrimiçi bulanık kural ağırlıklandırma yöntemi ile bulanık kontrolörün çıkış üyelik fonksiyonlarının merkezini ayarlayan yöntem birleştirilmiştir. Birleştirilmiş yöntemin etkinliği geleneksel bulanık PID kontrolör yöntemi, hata tabanlı çevrimiçi bulanık kural ağırlıklandırma yöntemi ve bulanık kontrolörün çıkış üyelik fonksiyonlarının merkezini ayarlayan yöntem ile karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler MATLAB/SIMULINK ortamında doğrusal ve doğrusal olmayan sistemler üzerinde yapılmış ve irdelenmiştir.
Duruma bağlı Riccati denklemi (SDRE) temelli kontrol yöntemi ve SDRE'nin yaklaşık çözümü

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-13) Demirci, Hafsa Ceren ; Gören Sümer, Leyla ; 504181116 ; Control and Automation Engineering

Doğrusal olmayan sistemlerin kontrolünde karşılaşılan asıl zorluk, optimal ve uygulanabilir bir kontrol kuralının elde edilmesidir. Bir sistemin kontrolü için belirlenen amaç ölçütünü minimum yapan optimal kontrol kuralı, Hamilton Jacobi Bellman (HJB) yöntemiyle elde edilir. Ancak, doğrusal olmayan veya yüksek boyutlu sistemler için kısmi diferansiyel denklemler içeren HJB ifadesini çözmek zordur ve kesin çözümü bulmak mümkün olmayabilir. Bu sebeple, HJB denklemlerini çözmekten kaçınmak için pek çok çalışma yayınlanmıştır. Karesel amaç ölçütüne sahip doğrusal ve zamanla değişmeyen sistemler için HJB denklemi, cebirsel Riccati denklemine dönüşür ve kontrol problemi "Doğrusal Karesel Regülatör (Linear Quadratic Regulator, LQR)" olarak adlandırılır. Doğrusal olmayan kontrol yöntemlerinin aksine, LQR teorisi oldukça pratiktir ve karesel amaç ölçütüne sahip doğrusal sistemler için son derece basit bir geri beslemeli optimal kontrol kuralı sunar. Ancak çok sayıda sistem doğrusal değildir. Sistemlerin çalışma aralıklarına bağlı olarak doğrusallaştırma yapılabilir. Ancak doğrusal olmayan özellikler; sistemin yapısal özelliğidir ve doğrusallaştırma sonucu, önemli ve faydalı olabilecek bu özellikler kaybolur. Bahsedilen bu bilgiler ışığında, düşük boyutlu doğrusal olmayan sistemler veya karesel amaç ölçütlü doğrusal sistemler için optimal kontrol kuralının elde edilebildiği söylenebilir. Bu noktada "Duruma Bağlı Riccati Denklemi (State Dependent Riccati Equation, SDRE)"; LQR teorisini temel alan, sistemin doğrusal olmayan özelliklerini göz önünde bulunduran, sistematik tasarım adımlarına sahip, esnek bir kontrol yöntemi olarak karşımıza çıkar. SDRE yöntemi; kontrolör tasarımında, sistemin doğrusal olmayan özelliklerinin korunmasına imkan tanır. Ayrıca, sistem dinamiği üzerinde karşılanması kolay olan koşullara sahiptir ve bu sayede çok çeşitli doğrusal olmayan sistemlere uygulanabilir. SDRE kontrol yöntemi; doğrusal olmayan dinamikleri, bir durum vektörü ve duruma bağlı katsayılı matris değerli fonksiyonlarla çarpanlara ayırır. Bu çarpanlara ayrılmış gösterim, tek bir biçimde değildir ve kapalı çevrimli sistemin performansını arttıracak bir gösterim seçilebilir. SDRE yönteminde, kontrol sinyalini hesaplamak için her adımda cebirsel Riccati denklemi çözülür. HJB'nin çözümü ile elde edilecek optimal kontrol kuralı yerine, SDRE yaklaşık optimal bir kontrol kuralı sunar. Bu nedenle, istenen amaç ölçütü yaklaşık olarak minimum yapılır ve performanstan feragat edilmiş olur. Ancak SDRE yöntemiyle; gerçek zamanlı uygulamaya izin veren, uygulanması kolay ve yaklaşık optimal bir kontrol kuralı elde edilir. SDRE kontrol kuralı, sistemi noktasal kararlı yapan bir kontrol kuralıdır. Her adımda cebirsel Riccati denklemi çözülerek inşa edildiği için, kontrol kuralının açık ifadesi bilinmez. Oysa, kontrol kuralının ifadesi, kararlılık analizinde vazgeçilmezdir. Bu noktada, her adımda Riccati denkleminin çözülmesinden kaçınmak ve SDRE kontrol kuralının analitik bir ifadesini elde edebilmek için bir yöntem önerilmiştir. Buna göre, kontrol işaretinin inşasında kullanılan SDRE'nin çözümünü yaklaşık şekilde ifade edebilecek, birbirine benzer iki algoritma sunulmuştur. Bu sayede çözüm, sistemin durumlarına bağlı olarak analitik şekilde ifade edilebilmiş ve SDRE yöntemindeki hesaplama yükü hafifletilmiştir. Bu yaklaşık çözüme göre hesaplanan kontrol kuralının sınanması için literatürde çokça kullanılan araba-sarkaç sistemi ve manyetik kaldırma sistemi kullanılmıştır. SDRE'nin yaklaşık çözümüne bağlı sonuçlar ile standart çevrimiçi SDRE sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuçta, yaklaşık çözüm ile hesaplanan kontrol kuralı ile standart SDRE'ye oldukça yakın bir performans elde edilmiştir.
Robotik süreç otomasyonu için iş çizelgeleme algoritması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-22) Doruk, Gülşah ; Erol, Osman Kaan ; 504171112 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği

Son yıllarda gelişen teknoloji çözümleri geçmişte insanlar tarafından yürütülen bir çok iş sürecinin otomatikleşmesini sağlamıştır. Robotik Süreç Otomasyonu ile yazılım robotları bir çalışanı taklit ederek önceden tanımlanmış zaman ve emek alan ancak katma değeri düşük ve tekrarlı işleri tamamlayabilmektedir. Bankacılık ve finans, sigortacılık, sanayi ve üretim, e-ticaret, enerji ve kamu, müşteri hizmetleri, telekomünikasyon gibi bir çok farklı alan robotik süreç otomasyonunun uygulama alanıdır. Robotik süreç otomasyonunda kısıtlı sayıda bulunan robot kaynağının optimum şekilde kullanılması da süreçlerin otomatikleşmesini ve hızlanmasını sağlayan bu yazılım çözümünün verimliliğine katkı sunacaktır. Bu tez çalışmasında robotik süreç otomasyonu için kaynak tahsis süreci bir iş çizelgeleme problemi olarak ele alınmıştır. İş çizelgeleme belirli bir zaman aralığında kısıtlı miktardaki kaynağın bir ya da daha fazla amaç fonksiyonunu en iyilenmesime çalışılarak tahsis edilmesi sürecidir. Bu problemlerde genellikle temel amaç daha az kaynak kullanımı ile daha kısa sürede işlerin tamamlanmasıdır. Çizelgeleme ile her bir işin hangi kaynak ya da kaynaklar tarafından tamamlanacağına ve işlerin hangi sırayla yapılacağına karar verilir ve işlerin tahmini başlangıç ve bitiş zamanları hesaplanır. Tez çalışmasında robotik süreç otomasyonu için kaynak tahsisi problemi çok amaçlı bir optimizasyon problemi olarak modellenmiştir. Amaç fonksiyonları robotlara atanan iş miktarının en çoklanması ve toplam zaman maliyetinin en azlanması şeklinde belirlenmiştir. Amaç fonksiyonları arasında leksikografik sıralama yapılmış ve sırası ile amaç fonksiyonları en iyilenmeye çalışılmıştır. Robotlar tarafından tamamlanması beklenen süreçler arasında öncelikle sezgisel deterministik bir yöntem ile atama önceliği sıralaması yapılmıştır. Süreçlere bu sıralama ile kaynak tahsisi yapılmıştır. Daha sonra ise stokastik bir komşuluk arama yaklaşımı olan Tek Atlamalı Büyük Patlama Büyük Çöküş algoritması kullanılarak iterasyonlar boyunca daha iyi bir atama önceliği sıralaması aranmıştır. Algoritmanın etkinliğinin değerlendirilmesi amacıyla gerekli parametreleri girdi olarak alan probleme uygun simülasyon veri üreticisi oluşturulmuştur. Algoritmanın stokastik yapısı sebebiyle simülasyon verileri ile tüm koşumlar 100 kez tekrarlanmıştır ve grafiklerde verilen sonuçlar tüm koşumların ortalamasını yansıtmaktadır. Başlangıç ataması ile birinci aşama ve ikinci aşama çözümlere ait sonuçlar grafiksel olarak sunularak karşılaştırma yapılmıştır.
Functional safety for heavy-duty transmissions

(Graduate School, 2022-09-22) Bozdağ, Konuralp Tevfik ; Üstoğlu, İlker ; 504191117 ; Control and Automation Engineering

The number of electrical and electronic equipment and software used in vehicles is increasing day by day. Apart from passive safety precautions for these hardware and software used, now active precautions are also taken. While the seat belt was a passive safety measure in the first years when vehicles became a necessity for the society, many software and hardware measures are now taken for the safety of the driver and passengers. Thanks to the autonomous transportation, the driver's place in transportation is decreasing, while his safety and security are gaining more and more importance. A system or piece of hardware must operate appropriately in accordance with the system's inputs in order for functional safety to be a component of the overall safety framework. To put it another way, functional safety refers to the capacity to recognize potentially dangerous circumstances and to trigger a protective or corrective device or mechanism to stop the development of hazardous events or to lessen their potential effects. The only means for the driver to act in an emergency while driving an automobile is to press the brake pedal. However, thanks to the software created thanks to functional safety, accidents can be prevented by intervening to the vehicle faster than the driver in an unexpected situation. Electrical, electronic, and programmable electronic everything is determined within the framework of certain rules and steps, functional safety analyzes and safety levels within the purpose of the IEC 61508 standard. Functional safety is included in the ISO 26262 standard group, being customized for the automotive sector. The ISO 26262 standard series describe how software and hardware for an automotive should be developed in certain road conditions and accident situations. In this thesis, the subject of functional safety will be examined in the automatic transmission system used in heavy vehicles. Today, due to globalization and the increase in consumer needs, logistics and transportation sectors gain more importance. Transportation is of great importance in these sectors and heavy vehicles have a large share in this sector. Trucks, trucks, etc., for both the safety of people and the transportation of products without any damage. It is important that vehicles are safe and secure. Among the working subjects of the automotive industry, the transmission software and designs of heavy-duty vehicles have an important value. The heavy-duty transmission to be analyzed is an automated manual transmission, with 16 forward and 4 reverse gears. Gear shifts are not only with synchromesh, but also by using 3-stage actuators, more combinations are created with less gears, and a lighter transmission is designed than expected. However, functional safety becomes more important in heavy-duty vehicles that have more hardware and software in terms of software and hardware. Because, in heavy-duty vehicles, the gearbox not only provides regular and desired torque transmission, but also fulfills different duties depending on the service type. Therefore, safety analyzes and created scenarios are investigated in more detail. In this research, firstly, the safety analysis of the heavy-duty vehicle was carried out according to the ISO 26262 standard group. In order to make a more detailed examination as the system where the safety analysis will be made, the system limits have been determined as automatic transmission and actuators. Then, the problems that may arise in the vehicle and transmission are considered and it is determined what kind of dangers may occur. Considering these hazards, hazard and risk analysis has been made for specific scenarios. What kind of safety goals should be taken against the hazards that may arise because of the hazard and risk analysis and how long it should take are defined in the functional safety concept. The analysis made was examined in detail and the safety requirements were established for the transmission software. The safety targets and requirements that emerged as a result of the safety analyzes were tested in the simulation environment. By means of model-based software, a dynamic model of the heavy-duty vehicle is created, and simple transmission algorithms are demonstrated. By creating virtual hazards and scenarios in Matlab & Simulink environment, vehicle models with and without functional safety software are compared.
F-16 jet uçağı için açık model izleme tabanlı boylamsal kontrolör tasarımı ve hücum açısı kestirimi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Ertürk Kesgin, Gülşah ; Üstoğlu, İlker ; 782512 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

F-16 jet uçağı matematiksel olarak modellenmiş ve Açık Model Takip tabanlı bir yaklaşım kullanılarak uçağın boylamsal dinamik kontrolörünün tasarımı anlatılmıştır. Tasarlanan kontrolör mimarisi ile uçağın kontrol performansı ve kararlılık sonuçları analiz edilmiştir. Ayrıca geri beslemede kullanılan hücum açısı verisinde hata olması durumunda Tamamlayıcı filtre ile hücum açısı kestirimi gerçekleştirilmiş ve sonuçlar tartışılarak değerlendirilmiştir. Bu tez kapsamında, Matlab/Simulink yazılımı kullanılarak F-16 jet savaş uçağının altı serbestlik dereceli (6-DOF) matematiksel modeli geliştirilmiştir. Hava aracının tüm alt sistemlerinin matematiksel modelleri ve hareket denklemleri ayrıntılı olarak ele alınmıştır. F-16 simülasyon modelinin aerodinamik veri tabanı, −20◦ ila 90◦ hücum açısı, ±30◦ yana kayma açısı ve Mach 0.6'dan düşük hava hızı gibi aerodinamik uçuş koşulları için oluşturulmuştur. Motor modeli Huo'nun çalışmasına dayanmaktadır ve 1 Mach'ın altındaki hava aracı hızları ve 15240 metrenin altındaki irtifalar için geçerlidir. Atmosfer modeli Uluslararası Standart Atmosfer (ISA) denklemleri kullanılarak oluşturulmuştur. Kontrol yüzeyleri ve ön-kenar kanat eyleyicisi birinci dereceden transfer fonksiyonları olarak modellenmiştir. Konum ve hız limitleri NASA tarafından yayınlanan teknik belgeye dayanmaktadır. Hareket denklemleri Newton-Euler yöntemi ile elde edilmiştir. Hareket denklemlerinin ve kinematiğin elde edilebilmesi için eksen takımı tanımlarına ve bu eksen takımlarının birbirlerine göre dönüşümlerine ihtiyaç vardır. Genel olarak hava araçları için yer eksen takımı, gövde eksen takımı, kararlılık eksen takımı ve rüzgar eksen takımı kullanılmaktadır. Kararlılık analizi ve kontrol sistemi tasarımında, doğrusal olmayan hava aracı dinamik denklemlerinin doğrusal olmayan modelleri kullanılır. Bu nedenle, hava aracının dinamik hareketlerini ve durumlarını içeren doğrusal olmayan hareket denklemleri, belirli statik denge noktaları etrafında doğrusallaştırılır.
Şerit takip desteği sistemi için fonksiyonel emniyet analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Kudun, Emir ; Üstoğlu, İlker ; 782322 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Programı

Günümüzde araç sayısının artması ile birlikte trafik kazaları ve bu kazalardan kaynaklı ölüm ve yaralanmaların sayısı artış göstermektedir. Bunları azaltabilmek için otomotiv sektöründe birçok çalışma yapılmaktadır. Elektrik/elektronik sistemlerin sayısı arttıkça karmaşıklaşan sistemlerin sebep olabileceği problemleri engellemek için fonksiyonel emniyet konusu önem kazanmıştır. Sürüş konusunda destek sağlamak, sürücünün görev yükünü azaltmak için İleri Sürücü Destek Sistemleri (ADAS) geliştirilmektedir. Şerit Takip Desteği Sistemi, Kör Nokta Algılama Sistemi, İleri Acil Frenleme Sistemi, Uyarlamalı Hız Sabitleyici, Şeritten Ayrılma Uyarı Sistemi, Park Asistanı, Trafik Işığı Algılama bu sistemlere örnek olarak verilebilmektedir. Sensörler, otonom araç uygulamalarının önemli parçalarından birisidir. İleri Sürücü Destek Sistemlerinde sensörler, trafik ortamı hakkında veri üretip gerekli birimlere ileten parçalardır. Nesneleri, engelleri, yol altyapısını algılamaya ek olarak, aracın konumu, hızı gibi birçok bilgiyi belirlemek için kullanılmaktadır. Kamera, lidar, radar en çok tercih edilen sensörlerdir. Otonom sürüş sırasında şerit işaretlerini veya yoldaki diğer çizgileri takip etmek için kameralar kullanılmaktadır. Kamera ile şerit sınırlarını algılanıp, aracın şeritten ne kadar saptığı belirlendiğinde bu bilgi Elektronik Kontrol Ünitesi'ne aktarılmaktadır ve aktarılan bilgi burada işlenip, Şerit Takip Desteği Sistemi devreye sokulmaktadır. Aracın şeritten çıkması durumu, yapılan araştırmaların sonucuna göre genellikle sürücünün dikkatsizliğinden kaynaklanmaktadır. Sürücülerin bu tarz hatalarını engelleme konusunda İleri Sürücü Destek Sistemleri hayati rol oynamaktadır. Bu tezde ele alınan Şerit Takip Desteği Sistemi, SAE otonom seviyelerinin özelliklerine bakıldığında Seviye 1 olarak tanımlanabilmektedir. Seviye 1 özelliği, devreye alındığında hızlanma/frenleme veya direksiyon ile sürücüye yardım sağlamaktadır. Sürüşten sürücü sorumludur. Tezde yapılan çalışma için, sürücüye ek bir direksiyon desteği sağlanıp, aracın şeridine sokulmasına yardımcı olunmaktadır. Bu sistem ile uyumlu olarak çalışan Şeritten Ayrılma Uyarı Sistemi de sürücüyü uyararak aracın kendi şeridinde tutulmasına yardımcı olmaktadır. Otomotiv Mühendisleri Birliğine göre 6 farklı otonomi seviyesi vardır ve bunlar seviye 0'dan seviye 5'e doğru şeklindedir. Seviye 0 otonomi yok, seviye 5 ise tam otonomi olarak tanımlanmaktadır. Seviye 0'da sürüşten sürücü sorumlu iken, seviye 5'te sürücünün müdahalesi olmadan araç tamamen kendi başına hareket edebilecek yetkinliğe sahiptir. Bu tezin ilk amacı, İleri Sürücü Destek Sistemleri'nden birisi olan Şerit Takip Desteği Sistemi'nin fonksiyonel emniyet analizini gerçekleştirmektir. Şerit Takip Desteği Sistemi, birçok motor üreticisi tarafından kullanılan, üzerine çalışmalar yapılan endüstride yaygın olan bir özelliktir. Bu tezde, literatürdeki Şerit Takip Desteği Sistemlerine ve ISO 26262 yol araçları için fonksiyonel emniyet standardı çerçevesinde uygulanması gereken adımlarına yer verilmiştir. Ayrıca otonom araç konusunda önemi gittikçe artan Amaçlanan Fonksiyonun Emniyeti (SOTIF) açıklanmıştır ve fonksiyonel emniyet ile farklarından bahsedilmiştir.
Vektör kontrol yöntemi için deney düzeneği tasarımı, gerçeklemesi ve bu yöntemin üç fazlı elektrik motorlarında performans karşılaştırması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Özdağ, Mertcan ; Yeşiloğlu, Sıddık Murat ; 826321 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı

Bu tez çalışmasında, fırçasız üç fazlı elektrik motorları için sürücü tasarımı ve gerçekleştirilmesi üzerine odaklanılmıştır. Bu bağlamda sürücüyü oluşturacak şekilde donanım ve yazılım tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan sürücünün performansı yüzey mıknatıslı senkron motor üzerinde test edilmiştir. Günümüzde elektrik motorlarının kullanımı sürekli olarak artmaktadır. Neredeyse üretilen elektronik her üründe farklı tiplerde elektrik motorları bulunmaktadır. Yüksek miktarda elektrik motoru kullanımı günümüzde tüketilen elektriğin büyük bir kısmının elektrik motorların tarafından tüketilmesine yol açmaktadır. Bu sebepten dolayı elektrikli tahrik sistemlerinin verimli olması istenmektedir. Bu bağlamda hem elektrik motorlarının hem de kontrol ve sürücü sistemlerinin daha verimli olması amacıyla çalışmalar yapılmaktadır. Endüstride farklı tiplerde elektrik motorları bulunmaktadır. Fırçasız üç fazlı elektrik motorları ele alındığında bu motor ailesinin senkron ve asenkron motorlar olmak üzere iki gruba ayrılabildiği söylenebilir. Asenkron ve senkron elektrik motorlarının birbirlerine göre avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Asenkron motorlar dayanıklı fiziksel özellikleri ile öne çıkmaktadır. Elektrik motorlarındaki üretim maliyetini oldukça arttıran mıknatısların asenkron motorlarda bulunmaması üretim maliyetini düşürür ve asenkron motorların diğer fırçasız üç fazlı motorlara göre ucuz olmasını sağlar. Asenkron motorlar çalışma teorisi gereği doğrudan şebekeye bağlanarak çalışabilir. Bu durum sürücü gereksinimini ortadan kaldırdığı için asenkron motorların operasyonel maliyetini oldukça düşürür. Asenkron motorlar doğrudan şebekeye bağlanarak sabit hız gerektiren ve hassasiyetin önemsiz olduğu uygulamalarda sıklıkla kullanılır. Diğer bütün fırçasız motorlarda olduğu gibi asenkron motorlar da oldukça az bakım gerektirir. Asenkron motorlar rotor akısını üretmek için stator akımlarını kullanırlar. Bunun sonucu olarak rotor akısını mıknatısların ürettiği mıknatıslı senkron motorlara göre çoğu çalışma bölgesinde daha verimsiz çalışırlar. Asenkron motorların mıknatıslı motorlara göre daha düşük güç yoğunluğuna sahip olduğu bilinmektedir. Bu sebepten ötürü, ağırlığın ve verimliliğin önemli olduğu askeri uygulamalarda, otomotivde, robotikte ve uzay uygulmalarında genellikle mıknatıslı motorlar tercih edilmektedir. Asenkron motorlar çalışma teorileri gereği pozisyon kontrolüne hiç uygun değillerdir. Senkron motorlar ailesinde bir çok farklı tip motor vardır. Bunlardan biri olan alan sargılı senkron motorların rotorunda sargılar bulunur. Bu sargılara bilezikler yardımı ile doğru akım verilir ve rotor akısı oluşturulur. Bu tip motorlarda mıknatıs kullanılmaz ve mıknatısların ürettiği rotor akısını rotor sargıları üretir. Alan sargılı senkron motorlar çoğunlukla elektrik üretiminde kullanılır. Bir diğer tip olan sürekli mıknatıslı senkron motorların rotorunda mıknatıslar bulunur. Bu tip motorların rotor akısı mıknatıslar vasıtası ile oluşturulur. Sürekli mıknatıslı senkron motorların çalıştırılması için sürücülere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu motorlar mıknatıs içerdiğinden ötürü üretim maliyetleri yüksektir. Sürekli mıknatıslı senkron motorlar konum, hız ve tork kontrolü için oldukça uygundur. Sürekli mıknatıslı senkron motorlar mıknatısların rotorun yüzeyinde veya içerisinde yer alma durumuna göre iki gruba ayrılır. Mıknatısların rotor yüzeyinde yer aldığı motorlara yüzey mıknatıslı senkron motor, mıknatısların rotorun içerisinde yer aldığı motorlara gömülü mıknatıslı senkron motor adı verilir. Gömülü mıknatıslı senkron motorlar relüktans torku adı verilen yeni bir tork bileşeni oluştururlar. Relüktans torku sayesinde gömülü mıknatıslı senkron motorlar aynı miktarda akım için yüzey mıknatıslı senkron motorlara göre daha fazla tork üretir. Bu durum gömülü mıknatıslı senkron motorların yüzey mıknatıslı senkron motora göre daha verimli olmasını sağlar. Gömülü mıknatıslı senkron motorlar yüksek verimleri sebebiyle otomotiv sektörü gibi yüksek verim gerektiren alanlarda sıkça kullanılırlar. Gömülü mıknatıslı senkron motorların alan zayıflatma kapasitesi yüzey mıknatıslı senkron motorlardan daha yüksektir. Yüzey mıknatıslı senkron motorlar çok düşük tork dalgalanmasına sahiptir. Bu sebepten ötürü pozisyon kontrolüne çok uygundur ve servo motor uygulamalarında sıkça kullanılır. Yüzey mıknatıslı senkron motorlarda relüktans tork bileşeni yoktur ve gömülü mıknatıslı senkron motorlara göre kontrolü daha basittir. Bu tip motorların üretimi gömülü mıknatıslı senkron motorlara göre daha kolaydır bu sebepten ötürü yüzey mıknatıslı senkron motorlar gömülü mıknatıslı senkron motorlara göre daha ucuzdur. Bu tez çalışmasında tasarlanan ve gerçeklenen test sisteminde tasarlanan evirici devresini ve vektör kontrol algoritmasını test etmek amacıyla yüzey mıknatıslı senkron kullanılmıştır. Üç fazlı fırçasız elektrik motorları evirici adı verilen güç elektroniği devreleri kullanılarak sürülür. Çeşitli motor kontrol algoritmalarının ürettiği kontrol sinyalleri evirici kullanılarak motora uygulanır. Evirici ile kontrol edilen üç fazlı fırçasız elektrik motorlarını çalıştırmak için komütasyon algoritması gerekir. Bu algoritma motordan gerekli akımın akması için ihtiyaç duyulan gerilimin motora verilmesini sağlar. Komütasyon algoritmasının gerçeklenmesi için donanımsal ve yazılımsal bileşenlere ihtiyaç vardır. Üç fazlı fırçasız elektrik motorlarını kontrol etmek için üç fazlı eviriciler kullanılır. Üç fazlı evirici bünyesinde bulunan her yarım-köprüde iki adet güç elektroniği anahtarı bulunur ve toplamda üç yarım-köprü için altı adet güç elektroniği anahtarı bulunmaktadır. Endüstride çeşitli tiplerde güç elektroniği anahtarları bulunmaktadır. Maliyet, gerilim, akım ve anahtarlama frekansı göz önünde bulundurularak bu tez çalışması için MOSFET kullanılmasına karar verilmiştir. Seçilen güç anahtarlarını sürmek için sürücü devresine ihtiyaç vardır. Literatürde çok çeşitli güç anahtarı sürme devreleri bulunmaktadır. Tez kapsamında maliyet göz önünde bulundurularak bootstrap tekniği kullanılmasına karar verilmiştir. Bu kapsamda, ilgili sürücü devreleri tasarlanmıştır. Daha sonra tasarlanan devreler Multisim programı üzerinde test edilmiş ve gerçeklenmiştir. Motor kontrol algoritmalarında evirici girişindeki gerilimin, motorun pozisyonunun ve motorun faz akımlarının ölçülmesi gerekmektedir. Tez kapsamında tasarlanan sürücüde kullanılmak üzere gerekli bütün ölçümleri yapacak şekilde sensörler seçilmiştir. Eviricilerin her bir yarım-köprü devresinde bulunan üst ve alt anahtarlar aynı anda açık olamaz. Bu durum, eviricinin her bir yarım-köprü devresinin iki farklı durumda olabilmesine yol açar. Motor kontrol algoritmaları motorun her bir fazının bağlı olduğu yarım-köprü devresinde bulunan üst veya alt anahtarı doğru anda iletime geçirerek motoru kontrol etmeyi amaçlar. Literatürde farklı bir çok motor kontrol algoritması bulunmaktadır. Bunların en basiti, altı-adım kontroldür. Bu kontrol algoritmasında bir elektriksel tur altı evirici durumu kullanılarak taranmakta ve motorun dönmesi sağlanmaktadır. Sayısal kontrol yönteminde ise kontrol algoritması eviriciyi arzu edilen genlikte ve frekansta sinüs gerilimlerini üretmek amacıyla kontrol etmektedir. Bu yöntem daha çok açık çevrim kontrol olarak karşımıza çıkmakta ve endüstriyel uygulamalarda asenkron motorun hız kontrolünün herhangi bir sensör gerektirmeden uygulanmasında kullanılmaktadır. Vektör kontrol yöntemi rotor akısı düzleminde gerçekleştirilmektedir. Sinüsoidal olan motor büyüklükleri rotor akısının açısı kullanılarak D ve Q ekseni olarak adlandırılan büyüklüklere dönüştürülür. Vektör kontrol algoritması arzu edilen torku üretmek için gerekli olan D ve Q eksen stator akımlarını hesaplar. Bu akımları sağlamak için gerekli olan D ve Q eksen stator gerilimleri akım kontrolörleri vasıtasıyla elde edilir. Elde edilen D ve Q eksen stator gerilimleri rotor akısı açısı kullanılarak tekrar sinüsoidal gerilimlere dönüştürülür ve evirici kullanılarak darbe-genişlik modülasyonu sinyalleri olarak motora uygulanır. Bu tez çalışmasında, yüzey mıknatıslı senkron motoru kontrol etmek için vektör kontrol algoritması seçilmiş ve vektör kontrol algoritmasını hesaplayacak olan yazılım tasarlanmıştır. Daha sonra tasarlanan yazılım ve donanım kullanılarak vektör kontrol yöntemi ile yüzey mıknatıslı senkron motorun hız ve konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Vektör kontrol yönteminde en az iki en çok ise dört farklı kontrolör bulunmaktadır. Bu kontrolörler D eksen ve Q eksen akım kontrolörleri, hız kontrolörü ve pozisyon kontrolörüdür. Bahsi geçen kontrolörler genellikle PI veya P kontrolör tipi olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez kapsamında, yüzey mıknatıslı senkron motorun transfer fonksiyonları verilmiştir. Verilen transfer fonksiyonlarını kararlı yapan bütün PID katsayıları tekil frekanslar kullanılarak hesaplanmıştır. Hız kontrolü yapan bir vektör kontrol şu şekilde çalışmaktadır; referans verilen hız ile motorun hızı karşılaştırılır ve elde edilen hata hız kontrolörüne verilir. Hız kontrolörünün çıktısı tork referansı olur. Bu torku üreten D ve Q eksen stator akım referansları hesaplanır ve motorun faz akımları kullanılarak elde edilen D ve Q eksen stator akımları ile karşılaştırılır. Elde edilen hata akım kontrolörüne girer ve D ve Q eksen stator kontrol gerilimleri elde edilir. Elde edilen gerilimler tekrar faz gerilimlerine dönüştürülerek motora uygulanır. Elde edilen faz gerilimlerini motora uygulamak için bir takım darbe-genişlik modülasyonu algoritmaları kullanılır. Bunların arasından en gelişmiş olanı uzay vektör modülasyonudur. Bu tez kapsamında altı-adım modülasyonu ve klasik uzay-vektörü modülasyonu algoritmaları üzerinde durulmuştur. Uzay vektörü modülasyonu algoritması gerçeklenmiş ve vektör kontrol yöntemi ile birlikte hem simulasyon üzerinde hem de gerçek sistem üzerinde test edilmiştir. Bu tezin kapsamı, elektrik motoru kontrolünde oldukça popüler olan vektör kontrol yönteminin farklı tipte fırçasız elektrik motorları için ayrıntılı olarak irdelenmesi ve elektrikli araç uygulamalarını göz önünde bulundurarak karşılaştırılmasıdır. İrdenelenen vektör kontrol yöntemlerinden biri olan ve yüzey mıknatıslı senkron motorların kontrolü için önerilen vektör kontrol algoritması ile birlikte tez kapsamında tasarlanan evirici devresi kullanılarak düşük maliyet ve basitlik dikkate alınarak sürücü tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan sürücü kullanılarak bir yüzey mıknatıslı senkron motorun hız ve pozisyon kontrolü yapılmıştır. Bunlara ek olarak tekil frekanslar yöntemi verilmiştir ve vektör kontrol algoritmasında kullanılan kontrolörlerin farklı bakış açısıyla kararlılık analizi yapılmıştır. Bunların akabinde verilen kontrol yöntemlerinin irdelenmesi sonucunda elde edilen bilgiler kullanılarak farklı tipte motorlar için vektör kontrol yöntemlerinin elektrikli araçlar uygulamaları kapsamında karşılaştırılması yapılmıştır ve sonuç kısmında tablo halinde verilmiştir.
Trajectory tracking control of a quadrotor with reinforcement learning

(Graduate School, 2023-01-23) Çakmak, Eren ; Doğan, Mustafa ; 504181134 ; Control Engineering

Drone control algorithms are usually broken down into several steps. The innermost parts of a drone control algorithm are angle and angular velocity control loops. Whether it is fixed-wing or rotary-wing, these control loops conventionally consist of PID based controllers. Although a PID controller can control these loops successfully, it may not lead the outer loops to desired positions or velocities. An outer loop designed to manage these situations can be done with conventional controller loops. However, these kinds of controllers are heavily model-dependent and often require tuning. Motivated by this situation, the aim of the presented study is to show that reinforcement learning based algorithms can control a quadrotor drone without prior knowledge of the model. The most preferred model-free reinforcement algorithms in the literature are DDPG, TRPO, and PPO. The studies that use state-of-the-art reinforcement learning methods for quadcopter control are compared, and it is concluded that PPO is the best choice to begin with. An actor-critic neural network for PPO-clip, the most successful version of PPO, is built and trained on a custom Gym environment. The environment is a quadrotor model that covers fundamental dynamics. This study is composed of six chapters. In the first chapter, motivation of research and literature review are given. In the second chapter, the theoretical background to construct a quadrotor model is given, and a general picture of reinforcement learning and model-free algorithms is drawn. In the third chapter, a custom simulation environment using the features of Gym library is designed. Then, the neural network based controller is designed, in the fourth chapter. Next, the agent is trained in the custom environment, in the fifth chapter. The simulation results of hovering and trajectory tracking tests are given. In the last chapter, it is concluded that a model-free reinforcement learning-based neural network without any additional control loop can control a quadrotor, and possible future works for this study are discussed.
Fuzzy logic based clutch torque curve detection algorithm for heavy duty vehicles

(Graduate School, 2023-01-24) Cantürk, Ogün ; Üstoğlu, İlker ; 504191124 ; Control and Automation Engineering

In this thesis, a fuzzy logic-based clutch torque curve learning algorithm is proposed as the second method to eliminate the mentioned disadvantages. The torque curve can be determined with this method without the necessity for any specific maneuver and activation conditions. Using a reference point on the curve, the fuzzy logic-based algorithm determines the position value corresponding to the reference point with respect to different clutch temperatures and the first torque transfer points. In this study, 581 Nm was chosen as the reference point. The fuzzy logic theory was introduced by L. A. Zadeh in 1965. Since then, it has been utilized in numerous fields, including the automotive, transportation, robotics, and chemical industries. The theory basically transforms the relationship between concepts into linguistic rules and permits expert opinions and experiences to be incorporated into system models. Fuzzy controllers consist of three main parts: fuzzifier, rule-based inference engine, and defuzzifier. Mamdani and Takagi-Sugeno type of fuzzy controllers are the most commonly used. MATLAB-Simulink was used for simulation studies. First of all, the conventional algorithm model was developed. The activation conditions, timer, and curve calculation functions used in the model are mentioned in detail. Secondly, two different fuzzy controllers, Takagi-Sugeno and Mamdani types, were designed. The purpose of designing different types of controllers is to compare the performances of the controllers for this problem. While designing the controllers, MATLAB's "Fuzzy Logic Designer" interface was utilized. In order to make a realistic comparison, the same input membership functions and rules are used in the controllers. The inputs of the controllers are selected as the clutch temperature and the first torque transfer point. Three membership functions are defined for each input: "low", "medium" and "high". The output of the controllers is the clutch position corresponding to the reference torque. As with the inputs, three different output membership functions are defined as "low," "medium," and "high" for both controllers. During the design of fuzzy controllers, the relationship between inputs and outputs was determined by analyzing data collected from multiple vehicles. After designing both controllers, a mechanism was created to choose between the conventional algorithm and the fuzzy-based algorithm. The decision mechanism basically compares the reference clutch position values obtained from the two strategies. If the difference between the calculated reference values exceeds a predetermined upper threshold, the error is detected, and the curve obtained from the fuzzy-based strategy becomes equal to the final output. If the difference between the calculated reference values is below a lower threshold, the error is deactivated, and the curve obtained from the conventional algorithm becomes equal to the final output. Thus, as the traditional algorithm will not be activated until the first launch maneuver, the error value will be high and the fuzzy-based strategy will be effective. So, the mechanism eliminates the feeling of poor performance on the first launch. Moreover, the output of the fuzzy controller will be continuously updated based on the change in clutch temperature and the first torque transfer point while driving. The fuzzy controller will be activated if an error is detected, preventing incorrect torque curve learning situations. For testing and validating the developed model, a two-step test procedure was created. First, launch maneuver data was collected for three different clutch temperature ranges: low (40-70°C), medium (70-90°C), and high (90-120°C) from a test vehicle with a 28-ton, construction truck variant. The relationship between traditional and fuzzy controller-based algorithms was examined by feeding the vehicle data to the generated MATLAB-Simulink model. This study was carried out separately for models using Takagi-Sugeno and Mamdani type fuzzy controllers. The obtained clutch torque curves were compared for 40, 70, and 100 °C clutch temperatures, one value from each temperature zone. In the second step of the test, the torque curves obtained from the conventional algorithm, Mamdani, and Takagi-Sugeno type fuzzy controllers for different clutch temperatures were validated by performing launch maneuvers on the same test vehicle. For each test, the maneuvers were repeated with the same gear, accelerator pedal, and road conditions. The verification was done by examining the difference between engine and clutch torque during the launch maneuver. A large difference between torque values indicates that the clutch is in the wrong position. For this reason, the difference between the torque values was defined as the error. Three different performance indexes ISE, ITSE and ITAE were used to compare the performance of the strategies analytically. Since the ITSE and ITAE indices are time-dependent, they evaluate launch maneuvers in terms of duration. The test results were analyzed in three sections as low, medium, and high. At low clutch temperatures, both Mamdani and Takagi-Sugeno fuzzy controllers outperform the conventional algorithm. Moreover, Mamdani provides better results according to ISE index, whereas Sugeno outperforms according to ITAE and ITSE indices at low clutch temperatures. The main reason for this is that when a Sugeno-type fuzzy controller is used, the launch times are reduced. For medium clutch temperatures, all three strategies were yielded similar results. As at low temperatures, Mamdani provides better results according to ISE index, whereas Sugeno outperforms according to ITAE index at medium clutch temperatures. According to the ITSE index, the performance of the two strategies is equal. For all three indices, the traditional algorithm has the lowest performance. However, there is no dramatic difference in the results of the three strategies. For high clutch temperatures, Sugeno has the worst performance according to all three indices. The main reason for this is that the Sugeno type fuzzy controller is much more sensitive to high clutch temperatures than the Mamdani type fuzzy controller. In addition, Mamdani type fuzzy controller has the best performance for all three indices. In general, it was observed that fuzzy controllers improved clutch torque curves. On the other hand, fuzzy controllers increased computational load and simulation times. Both types of fuzzy controllers have improved the performance of the first launch maneuvers. Sugeno type fuzzy controller is highly sensitive to changes in high clutch temperatures. Therefore, it showed poor performance at high temperatures. The Mamdani-type fuzzy controller, on the other hand, succeeded in all three test scenarios.
Grup toplamalı asansörler için enerji verimliliğini sağlayan kumanda sistemi tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-03) Ünlü Işılak, Nükte ; Kurtulan, Salman ; 504181123 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği

Asansörlerin insanları veya yükleri bir yerden bir yere taşımasının yanında verimli ve konforlu çalışarak bulunduğu binaya ve kullanıcılara fayda sağlaması beklenir. Verimli çalışma kriterlerinden bir tanesi enerji tasarrufudur. Enerji tasarrufu çeşitli şekillerde sağlanmaktadır. Asansörü belirli yük ile en az enerji harcayacak şekilde çalıştırılabilir. Her katta istenilen yolcu sayısını elde etmek için yolcuları bekletmek gerekmektedir. Bu durum kullanıcıların bekleme sürelerini artıracaktır. Diğer enerji tasarruf yöntemi ise yolculuk süresini kısaltmaktır. Zamanla yarışılarak işlerin yetiştirildiği günümüzde zamandan tasarruf ederken enerjiden de tasarruf etmeyi hedeflemek en optimal çözüm olmaktadır. Enerji tasarrufu yapmak için binanın ihtiyacına uygun asansör seçimi yapılması gerekmektedir. Binayı kullanan kişilerin davranışları ve bina tipi incelenerek ve bina trafiği analiz edilmektedir. Analiz sonucunda asansörlerin kapasiteleri ve çalışma şekilleri belirlenmektedir. Yolcu sayısı az ise asansör tek çağrı asansör sistemi tercih edilmektedir. Verimliliği artırmak için tek kabinli otomatik toplamalı kontrol sistemleri de seçilmektedir. Asansörlerin yoğun olarak kullanıldığı binalarda yolculuk süresini kısaltmak için çeşitli çözümler kullanılmaktadır. Asansör kabin sayısı artırılmaktadır. Enerji tasarrufu sağlamak için bu kabinler yan yana konumlandırılarak grup halinde çalıştırılmaktadır. Asansörler çeşitli şekilde grup olarak kumanda edilmektedir. Bu bitirme projesinde Siemens PLC ile Siemens TIA Portal programı kullanılarak grup asansörü kontrolü yapılmıştır. Asansör çağrı panelleri katlarda bulunmaktadır. Her asansör kullanıcısının kendine ait asansörü çağırma kartı bulunmaktadır. Asansör kullanıcısı katta bulunan çağrı panelinden hedef noktasını seçmektedir. Program kabinlerin kat atamaları incelenerek kullanıcıyı en kısa sürede hedefe götürecek kabini kullanıcıya atanmaktadır. Kullanıcıya atanan kabin çağrı panelinin üzerindeki gösterge ile gösterilmektedir. PLC programının diyagramı algoritmik durum makineleri yaklaşımı ile oluşturulmuştur. Grup asansörü kontrolü problemi çözülürken asansör kabinlerinden en uygun olanının seçilmesi ve asansörün hedef noktalarına en verimli şekilde ulaşması gerekmektedir. Grup halinde asansörleri çalıştırmak, asansör trafiği probleminin çözümüne olanak sağlar. Asansörün hedef noktalarına en verimli şekilde ulaşmasını sağlamak için asansör hareket kumandasının tasarımı yapılmıştır. Asansör kabin seçimi probleminin çözümünde ilk olarak asansör kabinlerinin yük bakımından uygunluğu kontrol edilmektedir. Yük uygunluğu, kullanıcının asansör yolculuğu sırasında asansör kabininde maksimum kaç kişi olacağı hesaplanarak değerlendirilmektedir. Daha sonra uygun asansör kabinleri ile kullanıcının toplam yolculuk süresi hesaplanmaktadır. Kullanıcı en kısa sürede hedefe ulaşacağı asansör kabinine yönlendirilmektedir. Asansörün katlara sırası ile gitmesini, asansör kapılarının doğru zamanda açılıp kapanmasını, arıza durumlarında asansörün durdurulmasını asansör hareket kumandası birimi yapmaktadır. Sonuç olarak asansör kabinlerinin hareket güzergahları ve kullanıcıların rotaları değerlendirilerek en kısa sürede yolculuk yapmaları sağlanmaktadır. Böylece, enerji verimli şekilde kullanılarak grup toplamalı asansör kumandası gerçekleştirilmiş olur.

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği-Yüksek Lisans'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri