Design, characterization, optimization, modeling and control of a bio-inspired fin based actuator system
Bio-esinlenilmiş yüzgeç tabanlı bir eyleyici sisteminin tasarımı, karakterizasyonu, optimizasyonu, modellenmesi ve kontrolü
- Tez No: 899641
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Electrical and Electronics Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Benzetim tasarımı, Deney tasarımı, Elektriksel karakterizasyon, Girdi-çıktı modellenmesi, Maliyet iyileştirme, Parametre optimizasyonu, Robot sürücü, Simülasyon optimizasyonu, Süreç optimizasyonu, Tasarım optimizasyonu, Simulation design, Experimental design, Electrical characterization, Input-output modeling, Cost optimization, Parameter optimization, Robot actuator, Simulation optimization, Process optimization, Design optimization
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol Sistemleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, su altı uygulamaları için yeni bir biyo-esinlenilmiş yüzgeç şeklindeki bir eyleyici mekanizmasının modellenmesine ve karakterizasyonuna yönelik yenilikçi bir yaklaşımı tanıtmaktadır. Çeşitli su altı eyleyici sistemleri üzerinde kapsamlı araştırmalar yürütülmüş olsa da çalışmamız benzersiz bir şekilde biyo-esinlenilmiş bir yüzgeç mekanizmasının modellenmesi, karakterizasyonu ve simülasyonuna odaklanmaktadır. Hem simülasyonlar hem de deneyler için farklı platformlarda performans karşılaştırmalarını standartlaştırmak için bir dizi yeni verimlilik ölçütü tanımlamış bulunmaktayız. Bu yüzgeç mekanizması, özellikle denge ve manevra kabiliyeti arasındaki ödüşümü ele alarak su altı hareketine yeni bir bakış açısı sunmaktadır. Analizimize karmaşıklık katan, arttırılmış biyo-esinlenilmiş özellikler yoluyla sistemin performansını geliştirmek için daha önce göz ardı edilen bir parametreyi de analizimiz kapsamına almış bulunmaktayız. Kapsamlı simülasyonlar ve titiz analizler yoluyla, geliştirdiğimiz her verimlilik ölçütü ve sistemin dinamik evrimi sırasında sabit durum itme kuvveti için optimum bir parametre seti belirlenmektedir. Sorunun içsel yapısı nedeniyle, gerçek zamanlı olarak güncellenebilen parametreleri ve geometrik parametreler gibi sabit kalmak zorunda olan diğer parametreleri belirleyip anında ayarlanabilen uygun kontrol parametrelerini seçerek ve önceden belirlenmiş geometrik parametrelerle optimize edilmiş bir tepki elde etmek için sistemi simüle etmekteyiz. Son olarak, özel olarak tasarlanmış bir test platformundan elde edilen deneysel verileri simülasyon çıktılarımızla karşılaştırarak teorik bulgularımızı doğrulamış bulunmaktayız. Bu karşılaştırma, kontrol parametreleri, önerdiğimiz verimlilik ölçümleri ve üretilen itme kuvveti arasındaki ilişkiyi belirlememizi sağlamaktadır. Bu çalışma, gelişmiş performans ve uyarlanabilirlik sunarak biyo-esinlenilmiş su altı eyleyici mekanizmalarının gelişmesine katkıda bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This paper introduces an innovative approach to modeling and characterization of a novel bio-inspired fin actuator mechanism for underwater applications. While extensive research has been conducted on various underwater actuator systems, our study uniquely focuses on the modeling and simulation of a bio-inspired fin mechanism. We employ a set of novel efficiency metrics to standardize performance comparisons across different platforms for both simulations and experiments. This fin mechanism offers a fresh perspective on underwater locomotion, particularly in addressing the trade-off between stability and maneuverability. We introduced a previously overlooked parameter to enhance the system's performance via increased bio-inspired characteristics, which added complexity to our analysis. Through comprehensive simulations and rigorous analysis, we determined an optimal set of parameters for each efficiency metric we developed, and the steady state thrust force during the system's dynamic evolution. Due to the intrinsic nature of the problem, we identified parameters that can be updated in real-time and others, such as geometric parameters, that remain fixed. Consequently, we selected appropriate control parameters that can be adjusted on the fly and simulated the system to achieve an optimized response with predetermined geometric parameters. Finally, we validated our theoretical findings by comparing experimental data obtained from a custom-designed test platform. This comparison allowed us to establish the relationship between the control parameters, our proposed efficiency metrics, and the generated thrust force. This study contributes to advancing bio-inspired underwater actuator mechanisms, offering improved performance and adaptability.
Benzer Tezler
- Jüt lifi takviyeli polipropilen kompozitlerde maleopimarik asidin uyumlaştırıcı etkisi
The effect of maleopimaric acid as a compatibilizer on jute fiber reinforced polypropylene composites
MESUT TOZAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Aralıklı havalandırma optimizasyonuyla konvansiyonel aktif çamur sisteminin ileri biyolojik arıtmaya dönüştürülmesi
Full scale upgrade of conventional activated sludge system to nutrient removal process with intermittent aeration optimization
ANDAÇ ÖZHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Design process, manufacturing and material characterization of a prosthetic polymer aortic heart valve
Protez polimer aort kalp kapağının tasarım süreci, üretimi ve malzeme karakterizasyonu
MÜGE YAREN YAŞARTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kardiyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Helikopter uygulamaları için doğrusal olmayan dinamik titreşim yutucusu tasarımı ve analizi
Design and analysis of a nonlinear dynamic vibration absorber for helicopter applications
ÖZKAN KARAYİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ TATAR
- Performance characterization and optimization of an axial flow fan for electronic enclosures
Elektronik kutular için bir eksenel akış fanının performans karakterizasyonu ve optimizasyonu
HAFIZ MUHAMMAD HASHIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MEHMET ARİK