0 0

Proje Grubu: EEEAG Sayfa Sayısı: 111 Proje No: 116E176 Proje Bitiş Tarihi: 01.12.2019 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 01-11-2020

Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması

Öz:
Dogrusal Olmayan Sistemlerin (DOS) analitik olarak modellenmesinde ve analizinde kullanılan yöntemler incelendiginde Volterra Serilerini temel alan yöntemlerin yaygın olarak kullanıldıgı görülmektedir. Bu yöntemlerden bir tanesi de diferansiyel denklemler ile tanımlanan DOS?ların frekans boyutunda modellenmesi ve analizi için kullanılan Tanımlama Fonksiyonları (TF) yöntemidir. Bu yöntem, DOS?ların frekans cevabının elde edilmesinde kullanılan etkin bir yöntem olmakla birlikte, yüksek dereceli dogrusal olmayan terimlerin bulundugu sistemlerin frekans cevaplarının sayısal olarak hesaplanmasında oldukça fazla islem yükü olusturmakta ve sonuçların uzun sürede elde edilmesine neden olmaktadır. Bu projenin amacı TF ile DOS?ların frekans cevabının elde edilmesi için yeni, hızlı ve etkin bir hesaplama algoritmasının tasarlanarak, yöntemin kullanılabilirligini arttırmaktır. DOS?ların modellenmesi ve analizi konusu ele alındıgında yöntemlerin zaman ve frekans boyutunda olmak üzere iki temel sınıfa ayrıldıgı görülmektedir. Zaman boyutundaki yöntemler ile görülen davranısların incelenmesi çok zordur. Bu nedenle frekans boyutundaki yöntemler DOS?ların analizi için daha çok tercih edilmektedir. Frekans boyutundaki yöntemler ele alındıgında ise analitik olan yöntemler içerinde Volterra Serileri temelli olan TF yöntemi hem iki boyutlu sunum kolaylıgı hem de birçok farklı sisteme uygulanabilirligi açısından tercih edilmektedir. Bu projede TF yönteminin dezavantajı olan hesaplama yükünün azaltılmasını saglayacak yeni ve özgün bir hesaplama algoritması tasarlanmıstır. Tasarlanan yeni algoritma, günümüzde standart PC donanımları haline gelen çok çekirdekli islemciler ve grafik islemciler barındıran bilgisayarlar için uyumlu hale getirilerek paralel hesaplama ile çok daha hızlı sekilde sonuçlar elde edilmistir. Proje kapsamında gerçeklestirilen çalısmalar dört temel asamadan meydana gelmektedir. Birinci asamada ilk olarak TF yöntemi ayrıntılarıyla islem basamakları halinde incelenerek, islem yükü olusturan kısımlar belirlenmistir. Ardından, yöntemin bu kısımları islem yükünü azaltacak sekilde yeni yaklasımlar ile olusturulmus ve yeni algoritma tasarımı gerçeklestirilmistir. Projenin ikinci temel asamasında, olusturulan yeni algoritma, çok çekirdekli islemciler ve grafik islemciler ile paralel hesaplama yöntemleri kullanılarak daha hızlı sonuç elde edebilecek paralel hesaplama yapısına kavusturulmustur. Üçüncü asamada, tasarlanan yeni hesaplama algoritması, mekaniksel, elektriksel, hidrolik sistemler gibi dogrusal olmayan diferansiyel denklemler ile tanımlanan farklı DOS modelleri ile denenmis ve bu sistemler için elde edilen benzetim sonuçları ile karsılastırılarak dogrulaması yapılmıstır. Son olarak, benzetim sonuçları elde edilen DOS modellerinin (örnegin, aktif süspansiyonlar, piezoelektrik osilatörler, v.b. DOS?un modellenmesi için kullanılan Duffing Denklemi gibi) karsılıgı olan analog elektronik devrelerden fiziksel sistem verileri elde edilerek tasarlanan yeni algoritmanın deneysel dogrulaması da gerçek sistemler üzerinden yapılmıstır. Bu proje, temel analitik bir yöntem olan TF yönteminin kullanılabilirliginin arttırılması ve günümüz teknolojilerine uyumlu hale getirilerek yaygınlastırılmasına katkı saglamıstır. TF yöntemi için gelistirilmis yeni hesaplama algoritması ve bunun paralel hesaplama araçları ile birlikte kullanılması projenin bilimsel alanda literatüre katkı saglayan iki temel çıktısını olusturmaktadır. Ayrıca proje kapsamında gelistirilen TF yöntemine yönelik kullanıcı arayüzü sayesinde, yönteme derinlemesine vakıf olmayan arastırmacılar için yöntemin kullanılabilir olması saglanmıstır. Bununla birlikte gelistirilen algoritma ve arayüz ile yöntemin kullanılması esnasındaki zaman kaybının önüne geçilerek daha hızlı ve dogru sonuçlar elde edilmistir. Böylelikle yüksek teorik ve matematik altyapıya sahip bir yöntem konuyla ilgili bilim insanlarının kolay kullanımına açılmıs ve çalısmalarına katkı saglamıstır
Anahtar Kelime: paralel hesaplama. tanımlama fonksiyonları frekans cevabı dogrusal olmayan sistemler

Erişim Türü: Erişime Açık
  • Akıncı, G. ve Yılmaz, A. E. 2013. “CPU ve GPU Üzerinde Eşlenik Gradyan Yöntemi İmplementasyonlarının Performanslarının Karşılaştırılması”, 6. Mühendislik ve Teknoloji Sempozyumu (MTS6), 259-262.
  • 1- New class of chaotic systems with equilibrium points like a three-leaved clover (Makale - Diger Hakemli Makale),
  • Altman, Y. 2014. “Accelerating MATLAB Performance: 1001 tips to speed up MATLAB programs”, London/England:CRC Press, 308.
  • 2- A Novel 4D Chaotic System Based on Two Degrees of Freedom Nonlinear Mechanical System (Makale - Diger Hakemli Makale),
  • Barrett, J. F. 1965. “The use of Volterra series to find region of stability of a non-linear differential equation”, International Journal of Control, 1(3), 209–216.
  • 3- Circuit Implementations of A Nonlinear System for Integer and Fractional Orders (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum),
  • Bedrosian, E., & Rice, S. O. 1971. “The output properties of Volterra systems (nonlinear systems with memory) driven by harmonic and Gaussian inputs”, Proceedings of the IEEE, 59(12), 1688–1707.
  • 4- A New 4D Chaotic System with Single Parameter and its RNG Application (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum),
  • Billings, Stephen A. 1980. “Identification of nonlinear systems–a survey”, IEE Proceedings D (Control Theory and Applications), 127, 272–285. IET.
  • 5- Transfer Function Estimation of Continuous and Discrete Time Systems Based on Matlab (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum),
  • Billings, S. A., & Tsang, K. M. 1989. “Spectral analysis for non-linear systems, Part I: Parametric non-linear spectral analysis”, Mechanical Systems and Signal Processing, 3(4), 319–339.
  • 6- DOGRUSAL OLMAYAN SISTEMLERIN FREKANS CEVABININ ELDE EDILMESI IÇIN ANALOG DEVRE TASARIMI (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum),
  • Billings, S. A., & Peyton Jones, J. C. 1990. “Mapping non-linear integro-differential equations into the frequency domain”, International Journal of Control, 52(4), 863–879.
  • 7- DOGRUSAL OLMAYAN SISTEMLERIN FREKANS CEVABININ ELDE EDILMESI IÇIN VOLTERRA SERILERI TEMELLI TANIMLAMA FONKSIYONLARININ KULLANILMASI (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum),
  • Billings, S. A., & Lang, Z.-Q. 1997. “Truncation of nonlinear system expansions in the frequency domain”, International Journal of Control, 68(5), 1019–1042.
  • Brenner, M., & Xu, Y. 2002. “A factorization method for identification of Volterra systems”, Journal of computational and Applied Mathematics, 144(1-2), 105–117.
  • Brilliant, M. B. 1958. “Theory of the analysis of nonlinear systems (No. TR-345)”, MASSACHUSETTS INST OF TECH CAMBRIDGE RESEARCH LAB OF ELECTRONICS.
  • Biswas, T. K., & McGee, W. F. 1991. “Volterra series analysis of semiconductor laser diode”, IEEE Photonics Technology Letters, 3(8), 706–708.
  • Brogan, W. L. 1974. Modern control theory, Pearson education india.
  • Bui, F. M., Li, J., Bott, K., & Mintchev, M. P. 2001. “Volterra series modelling and compensation of non-linear distortions caused by susceptibility difference artefacts related to the presence of ferromagnetic implants in magnetic resonance imaging”, Medical engineering & physics, 23(3), 207–215.
  • Chadwick, M. A., Kadirkamanathan, V., & Billings, S. A. 2006. “Analysis of fast-sampled nonlinear systems: generalised frequency response functions for δ-operator models”, Signal Processing, 86(11), 3246–3257.
  • Chatterjee, A., & Vyas, N. S. 2000. “Convergence analysis of Volterra series response of nonlinear systems subjected to harmonic excitation”, Journal of Sound and Vibration, 236(2), 339–358.
  • Chatterjee, A., & Vyas, N. S. 2003. “Non-linear parameter estimation with Volterra series using the method of recursive iteration through harmonic probing”, Journal of Sound and Vibration, 268(4), 657–678.
  • Chatterjee, A., & Vyas, N. S. 2004. “Non-linear parameter estimation in multi-degree-offreedom systems using multi-input Volterra series”, Mechanical Systems and Signal Processing, 18(3), 457-489.
  • Chen, Y. Z. 2003. “Evaluation of motion of the Duffing equation from its general properties”, Journal of Sound and Vibration, 264, 491–497.
  • Chua, L., & Tang, Y.-S. 1982. “Nonlinear oscillation via Volterra series”, IEEE Transactions on Circuits and Systems, 29(3), 150–168.
  • Cveticanin, L. 2001. “Analytic approach for the solution of the complex-valued strong nonlinear differential equation of Duffing type”, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 297, 348–360.
  • Gelb, A., & Van der Velde, W. E. 1968. “Multiple-input describing functions and non-linear system design”, McGraw-Hill Electronic Sciences Series, New York, NY: McGraw-Hill.
  • Guo, Y., Guo, L. Z., Billings, S. A., Coca, D., & Lang, Z. Q. 2013. “Volterra Series Approximation of a Class of Nonlinear Dynamical Systems Using the Adomian Decomposition Method”, Nonlinear Dynamics, 74(1), 359-371
  • Hélie, T., & Roze, D. 2008. “Sound synthesis of a nonlinear string using Volterra series”, Journal of Sound and Vibration, 314(1-2), 275–306.
  • Hsu, H. P. 1995. “Schaum’s outline of theory and problems of signals and systems”, Schuam’s Outline Series. New York, NY: McGraw-Hill.
  • Jing, X. J., Lang, Z. Q., & Billings, S. A. 2008. “Frequency domain analysis for non-linear Volterra systems with a general non-linear output function”, International Journal of Control, 81(2), 235–251.
  • Jing, X., & Lang, Z. 2009. “On the Generalized Frequency Response Functions of Volterra Systems”, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 131(6), 061002-061002- 061008.
  • Jing, X. J., Lang, Z. Q., & Billings, S. A. 2010. “Output frequency properties of nonlinear systems”, International Journal of Non-Linear Mechanics, 45(7), 681-690.
  • Jones, J. C. P., & Billings, S. A. 1991. “Describing functions, Volterra series, and the analysis of non-linear systems in the frequency domain”, International Journal of Control, 53(4), 871- 887.
  • Jones, J. C. P. 1995. “Mapping nonlinear integro-differential equations to a generalized describing function form”, International Journal of Control, 62(5), 1145-1160.
  • Kaçar, S., & Çankaya, İ. 2010. “Volterra Serileri Metodu İle Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Analizi İçin .Net Tabanli Arayüz Tasarimi”, Deü Mühendislik Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(3), pp. 87-102.
  • Kacar, Sezgin, & Cankaya, I. 2012. “Analysis of nonlinear systems using MATLAB and Asp. Net based web interface”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 27(4), 795–806.
  • Kacar, S., Cankaya, I., & Boz, A. F. 2014. “Investigaton of computational load and parallel computing of Volterra series method for frequency analysis of nonlinear systems”, Optoelectronics and advanced materialsrapid communications, 8(5-6), 555–566.
  • Kerschen, G., Worden, K., Vakakis, A. F., & Golinval, J.-C. 2006. “Past, present and future of nonlinear system identification in structural dynamics”, Mechanical Systems and Signal Processing, 20(3), 505-592.
  • Kovacic, I., & Brennan, M. J. 2011. “The Duffing equation: nonlinear oscillators and their behaviour,” John Wiley & Sons.
  • Kuo, B. C., & Bir, A. 2009. Otomatik kontrol sistemleri. Literatür Yayınları. Li, Y., Billings, S. A., Wei, H. L., & Liao, X. F. 2012. “Time-varying linear and nonlinear parametric model for Granger causality analysis”, Physical Review E, 85(4), 041906.
  • Manson, G., Worden, K., & Wood, M. 2012. “Analysis of Reciprocity Breakdown in Nonlinear Systems”, Journal of Physics: Conference Series, 382, 012031.
  • Masugi, M., & Takuma, T. 2007. “Using a Volterra system model to analyze nonlinear response in video-packet transmission over IP networks”, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 12(3), 411-421.
  • Narayanan, S. 1970. “Application of Volterra series to intermodulation distortion analysis of transistor feedback amplifiers”, IEEE Transactions on Circuit Theory, 17(4), 518-527.
  • Peng, Z. K., & Lang, Z. Q. 2007. “On the convergence of the Volterra-series representation of the Duffing’s oscillators subjected to harmonic excitations”, Journal of Sound and Vibration, 305(1), 322-332.
  • Peng, Z. K., Lang, Z. Q., Billings, S. A., & Tomlinson, G. R. 2008. “Comparisons between harmonic balance and nonlinear output frequency response function in nonlinear system analysis”, Journal of Sound and Vibration, 311(1), 56-73.
  • Petkovska, M., & Do, D. D. 1998. “Nonlinear frequency response of adsorption systems: isothermal batch and continuous flow adsorbers”, Chemical Engineering Science, 53(17), 3081-3097.
  • Peyton Jones, J. C. 1995. “Generalised Describing Functions for a Class of Nonlinear Difference and Differential Equation Models”, IFAC Proceedings Volumes, 28(14), 825-830.
  • Peyton Jones, J. C. 2007. “Simplified computation of the Volterra frequency response functions of non-linear systems”, Mechanical Systems and Signal Processing, 21(3), 1452- 1468.
  • Swain, A. K., & Billings, S. A. 2001. “Generalized frequency response function matrix for MIMO non-linear systems”, International Journal of Control, 74(8), 829-844.
  • Tomlinson, G. R., Manson, G., & Lee, G. M. 1996. “A Simple Criterion For Establishing An Upper Limit To The Harmonic Excitation Level Of The Duffing Oscillator Using The Volterra Series”, Journal of Sound and Vibration, 190(5), 751-762.
  • Tymerski, R. 1991. “Volterra series modeling of power conversion systems”, IEEE Transactions on Power Electronics, 6(4), 712-718.
  • Volterra, V. 1930. “Theory of Functionals and of Integral and Integro”, Differential Equations, 61.
  • Volterra, V. 1931. “Théorie mathématique de la lutte pour la vie”, Gauthiers-Villars.
  • Worden, K., Manson, G., & Tomlinson, G. R. 1997. “A Harmonic Probing Algorithm For The Multi-Input Volterra Series”, Journal of Sound and Vibration, 201(1), 67-84.
APA KAÇAR S, ÇANKAYA İ, BAYILMIS C, AKGÜN D (2019). Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. , 1 - 111.
Chicago KAÇAR Sezgin,ÇANKAYA İlyas,BAYILMIS CÜNEYT,AKGÜN Devrim Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. (2019): 1 - 111.
MLA KAÇAR Sezgin,ÇANKAYA İlyas,BAYILMIS CÜNEYT,AKGÜN Devrim Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. , 2019, ss.1 - 111.
AMA KAÇAR S,ÇANKAYA İ,BAYILMIS C,AKGÜN D Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. . 2019; 1 - 111.
Vancouver KAÇAR S,ÇANKAYA İ,BAYILMIS C,AKGÜN D Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. . 2019; 1 - 111.
IEEE KAÇAR S,ÇANKAYA İ,BAYILMIS C,AKGÜN D "Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması." , ss.1 - 111, 2019.
ISNAD KAÇAR, Sezgin vd. "Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması". (2019), 1-111.
APA KAÇAR S, ÇANKAYA İ, BAYILMIS C, AKGÜN D (2019). Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. , 1 - 111.
Chicago KAÇAR Sezgin,ÇANKAYA İlyas,BAYILMIS CÜNEYT,AKGÜN Devrim Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. (2019): 1 - 111.
MLA KAÇAR Sezgin,ÇANKAYA İlyas,BAYILMIS CÜNEYT,AKGÜN Devrim Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. , 2019, ss.1 - 111.
AMA KAÇAR S,ÇANKAYA İ,BAYILMIS C,AKGÜN D Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. . 2019; 1 - 111.
Vancouver KAÇAR S,ÇANKAYA İ,BAYILMIS C,AKGÜN D Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması. . 2019; 1 - 111.
IEEE KAÇAR S,ÇANKAYA İ,BAYILMIS C,AKGÜN D "Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması." , ss.1 - 111, 2019.
ISNAD KAÇAR, Sezgin vd. "Doğrusal Olmayan Sistemlerin Frekans Boyutunda Modellenmesi ve Analizi İçin Yeni Bir Hesaplama Algoritması Tasarımı ve Uygulaması". (2019), 1-111.