Adaptif akış kontrol cihazı tasarımı
Design of an adaptive flow control device
- Tez No: 1025599
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLHAN BAŞTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Akış kontrol teknikleri, Elektronik, Kontrol örnekleri, LMS, Flow control techniques, Electronics, Control comparison, LMS
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Manisa Celal Bayar Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Su, kişisel kullanım alanlarının yanı sıra endüstriyel uygulamalarda, ısıtma-soğutma sistemlerinde ve tıbbi alanlarda yaşamın her alanında vazgeçilmez bir kaynaktır. Dünyada artan su tüketimi su kullanımının verimli biçimde yönetilmesini zorunlu kılmaktadır. Sıcak ve soğuk su karışımında harcanan tüketimin kontrol altına alınması da bu bağlamda büyük önem taşımaktadır. Literatürde akış kontrol sistemleri endüstriyel alanda yüksek maliyetli hidrolik yapılarla, kişisel kullanım alanlarında ise mekanik olarak çalışan vana ve kartuş gibi yapılarla gerçekleştirilmektedir. Bu yöntemler su kaynağında oluşan basınç ve sıcaklık değişimlerine anlık tepki veremediğinden çıkıştaki sıcaklık ve debi dalgalanmalarının önüne geçilememektedir. Bu çalışmada bu hassas kontrolün olmadığı ve yüksek maliyetli kontrol yapılarına alternatif olarak düşük maliyetli ve gerçek zamanlı çalışan bir adaptif akış kontrol sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemde debi ve sıcaklık hataları birbirinden bağımsız iki bileşen olarak işlenmekte ve her bileşen kendi adaptif adım büyüklüğü mekanizmasıyla güncellenmektedir. İki bileşenin çıktıları birleşerek eş zamanlı kontrol metoduyla sıcak ve soğuk hatta bağlı servo motorlarına tek bir açı komutu olarak uygulanmaktadır. Bu yapı klasik en küçük kareler ortalaması (LMS) algoritmasının filtre katsayısı güncelleme mantığından farklı olarak servo motor açı komutlarını güncelleyen iki katmanlı bir çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) kontrol mimarisine genişletilmiştir. Bileşenler arası ayrıştırma sabit bir tasarım noktasında değil her kontrol periyodunda servo motorun anlık açı konumundaki eşleşme tablosu türev değerlerinden yeniden hesaplanan dinamik bir karışım telafi katsayısıyla gerçekleştirilmektedir. Boru hattında sıcaklık aktarımından kaynaklanan algılama gecikmesini telafi etmek amacıyla debiye bağlı gecikme modeliyle bütünleştirilmiş bir Kalman filtresi tasarlanmış ve bu filtrenin ürettiği öngörülü sıcaklık tahmini LMS algoritmasının sıcaklık bileşenine girdi olarak sunulmuştur. Geliştirilen sistem düşük, orta ve yüksek debi (3, 5 ve 8 L/dk) ile iki farklı sıcaklık seviyesinin (32°C ve 45°C) birleşiminden oluşan altı çalışma noktasında her biri beş bağımsız tekrarla test edilmiştir. Her test 6 senaryo ve her senaryoda 150 ölçüm verisi üzerinden yapılan istatistiksel değerlendirmede debi doğruluğunun %95,2 ile %99,8, sıcaklık doğruluğunun ise %95,3 ile %99,9 arasında gerçekleştiği hesaplanmıştır. Ardışık hedef değişimi testlerinde sistemin kullanıcı kaynaklı hedef değişikliği veya sistemsel bozulma durumlarında ±0,5 L/dk debi toleransı ile geçiş anında ±1,5°C ve kararlı halde ±1°C sıcaklık toleransı ile çalışabildiği ve debi ile sıcaklık arasındaki çapraz etkileşimin dinamik koşullarda da baskılanabildiği gözlemlenmiştir. Bu çalışmayla literatüre çok katmanlı LMS algoritmasının akış kontrolüne uygulanması, dinamik ayrıştırma katsayılarıyla çalışan bir MIMO mimarisinin düşük maliyetli gömülü donanım üzerinde gerçekleştirilmesi ve debiye bağlı gecikme modeliyle bütünleştirilmiş Kalman öngörüsünün sıcaklık aşımı önlemede kullanılması açısından özgün bir katkı sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Water is an indispensable resource in every aspect of life, including personal use, industrial applications, heating-cooling systems, and medical fields. Growing global water consumption necessitates efficient management of water usage, and in this context, controlling the consumption associated with hot and cold-water mixing is of considerable importance. In the literature, flow control systems are implemented through high-cost hydraulic structures in industrial settings and through mechanically operated components such as valves and cartridges in personal-use applications. Since these methods cannot respond instantaneously to pressure and temperature variations occurring at the water source, fluctuations in the output temperature and flow rate cannot be prevented. As an alternative to these control structures, which lack such precise responsiveness and are costly, this study presents a low-cost, real-time adaptive flow control system. In the developed system, flow rate and temperature errors are processed as two independent components, each updated through its own adaptive step-size mechanism. The outputs of these two components are combined according to the superposition principle and applied to the hot- and cold-line servo motors as a single angular command. Unlike the scalar filter-coefficient update logic of the classical Least Mean Squares (LMS) algorithm, this structure has been extended into a two-layer Multi-Input Multi-Output (MIMO) control architecture that updates servo angle commands. The decoupling between the components is achieved not at a fixed design point but through a dynamic mixing compensation coefficient that is recalculated at every control period from the derivative values of the lookup table at the servo motor's instantaneous angular position. To compensate for the sensing delay caused by thermal propagation along the pipeline, a Kalman filter integrated with a flow-dependent delay model was designed, and the predictive temperature estimate produced by this filter was supplied as input to the temperature component of the LMS algorithm. To prevent thermal overshoot, a three-stage protection layer comprising prediction-based full blocking, proximity-based stopping, and gradual braking components was developed. The developed system was tested at six operating points formed by the combination of low, medium, and high flow rates (3, 5, and 8 L/min) and two different temperature levels (32°C and 45°C), with five independent repetitions at each point. The statistical evaluation performed on the 150-sample data set recorded after steady state was reached in each test revealed that flow rate accuracy ranged between 95.2% and 99.8%, while temperature accuracy ranged between 95.3% and 99.9%. In sequential target-change tests, the system was observed to operate within a flow rate tolerance of ±1 L/min and a temperature tolerance of ±1.5°C during transitions and ±1°C at steady state, under conditions of user-initiated reference changes or system-level disturbances, with the cross-interaction between flow rate and temperature successfully suppressed even under dynamic conditions. This study makes an original contribution to the literature through the application of a multi-layer LMS algorithm to flow control, the realization of a MIMO architecture operating with dynamic decoupling coefficients on low-cost embedded hardware, and the use of a Kalman-based predictive mechanism integrated with a flow-dependent delay model to prevent thermal overshoot.
Benzer Tezler
- Design and implementation of magnetic bearings in rotary blood pump
Dönel kan pompasında manyetik rulmanların tasarlanması ve uygulanması
HARIS SHEH ZAD
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER TUNGA ERDOĞAN
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tıkayıcı uyku apnesi tedavisinde kullanılan cihazlarda zeki ve adaptif sistem tasarımı
Intelligent and adaptive system design in devices used in the treatment of obstructive sleep apnea
MEHMET BALCI
Doktora
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSelçuk ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR TAŞDEMİR
- Compensation of current harmonics in single phase grid connected inverters with deadtime under distorted grid voltage
Tek fazlı şebeke bağlantılı inverterlerde ölü zaman ve gürültülü şebeke gerilimi altında akım harmoniklerinin kompanzasyonu
BARIŞ TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILDIRIM
- Grade of service (GoS) based controller framework for software defined heterogeneous networks (SDHetN)
Yazılım tanımlı heterojen ağlar için servis derecesi tabanlı kontrolör yapısı
MÜGE EREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BERK CANBERK
- Yazılım tanımlı ağlarda telemetrik yöntemle gerçek zamanlı saldırı tespiti ve önleme
Real-time anomaly detection and mitigation using streaming telemetry in sdn
ÇAĞDAŞ KURT
Doktora
Türkçe
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGazi ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN AYHAN ERDEM