Yapay Zeka Optimizasyon Algoritmaları

Yapay zeka, günümüzde araştırma alanı artan bir uygulama alanıdır. Mühendislik uygulamalarında kullanılmaya başlanılan yapay zeka için bazı algoritmalar geliştirilmiştir. Algoritma, literatürde, bir problemi çözmek için geliştirilen prosedür ya da formül olarak ifade edilmektedir. Yapay zeka algoritmaları ise yapay zeka mantığı yardımıyla formülasyon oluşturarak, mühendisliğin temellerinden biri olan optimizasyona önemli ölçüde yardım etmektedir.

Mühendislikte birçok yapay zeka algoritması mevcuttur; Parçacık Sürü Optimizasyonu, Karınca Kolonisi Algoritması, Yapay Arı Kolonisi,  Genetik Algoritma vb. algoritmalar vardır. Bu algoritmalar bilgisayar, makine, gıda ve elektrik-elektronik mühendisliği gibi birçok mühendislik dalında yaygın olarak uygulanmaktadır.

Parçacık Sürü Optimizasyonu

Genel olarak hayvanların davranışlarının baz alındığı optimizasyon türü olarak ifade edilebilir. Karınca, kuş ve diğer sürü halinde gezen hayvanların sosyal davranışlarını temel alan bir optimizasyondur. 1995 yılında Dr.Eberhart ve Dr.Kennedy tarafından geliştirilmiştir. Evrimsel algoritmaların aksine parçacık sürü optimizasyonu seleksiyon kullanmaz. Sürünün bütün üyeleri testin başlangıcından sonuna kadar hayatta kalır. Zaman içerisinde sürüdekilerin birbirleriyle olan etkileşimlerini iteratif yöntemle inceleyerek çözümün kalitesinin geliştirilmesi sağlanır.

Mühendislikte oldukça kullanılan bir program olan Matlab’ta iterasyon kullanılarak bu simulasyonlar gerçekleştirilir. Belirli sayıda parçacık ve iterasyon alınır. Örneğin 10-50-100 veya istenirse daha fazla iterasyon  sonrasında parçalar çözümün yapılacağı yeri yada çözümün yolunu gösterirler.

İterasyonu yapılacak parçacıklar gösterilmiştir.  Buradaki parçacıklar sürünün her bir üyesi olarak düşünebiliriz.

İterasyon sayısı arttıkça çözümlenmenin gerçekleştiği görülmektedir.

Yapılan iterasyonlar sonucunda sistemin  kararlılığa ulaştığı görülmektedir.

Algoritma genel olarak 3 global değişkeni izler;

► Hedef  değer veya durum
► Hangi parçacık bilgisi hedefe en yakındır.
► Hedef  bulunamazsa  algoritmanın  gerektiği  zaman durdurulması

Ayrıca her parçacık olası sonucu temsil eden veriyi, verinin ne kadar hızlı değiştiğini gösteren hız bilgisini ve hangi parçacığın gerekli olan bilgiye en yakın olduğunu belirtir.

Karınca Koloni Algoritması

1990'ların başında zor kombinasyonel optimizasyon problemlerini çözmek için ortaya atılmıştır.  Bu optimizasyon yapılırken karıncaların yaydığı feromon maddesinden yola çıkılmıştır.

Bazı tür hayvanlarda salgılanan bu hormon kokusuz ve uçucudur. Hormon, karıncaların birbirleriyle olan etkileşmelerini sağlar. Bilim insanları da karıncalar üzerinde çalışırken karıncaların yaydığı hormonları özel algılayıcılar yoluyla takip etmek yoluyla bu algoritma üzerinde çalışmalar yapılmıştır.

Bu algoritmada da benzer şekilde Matlab kullanılabilir. Öncelikle kullanılacak karınca sayısı, feromon hormonunun uçuculuğu ve bazı temel parametreler yardımıyla simulasyon gerçekleştirilir. Burada karıncalar takip edilir. Karıncalar içgüdüleri yardımıyla kendisine hedef olarak seçtiği yiyecek noktasına en kısa yolu bulmaya çalışır.

Ardından simulasyon başlatılır. Karıncalar zaman içerisinde en doğru yolu bulmaya başlayacaktır.

 

Karıncalar yuva ve yiyecek noktası arasında en uygun yolu bulmuştur.

 

Yapay Arı Kolonisi Algoritması

Yapay arı kolonisi algoritması 2005 yılında Derviş Karaboğa tarafından ortaya atılmış bir optimizasyon tekniğidir. Arıların yiyecek arama davranışlarının modellenmesi temeline dayanır.

Öncelikle yiyecekler rassal bir şekilde yerleştirilir. Arılar yiyecek kaynaklarını seçer ve depolamak için kaynağa yönelirler. Burada ilk toplama işini görevli arılar yaparlar. Arı kovanında bekleyen arılar dışarıdaki arıları izleyerek diğer kaynakları tespit ederler. Gerekli limite ulaşıldığı, yani kullanılan kaynakların bitiminde  diğer kaynaklara yönelim gerçekleşir.

İncelediğimiz optimizasyon algoritma çeşitlerinden de görüldüğü üzere canlıların davranışları temel alınarak temel mühendislik uygulamalarında ve akademik çalışmalarda kullanılmaktadır. Bu tür algoritmaların kullanılması bilimi daha da ilerilere taşıyacaktır.


Kaynak:

www.elektrikport.com

Kondansatör Nasıl Çalışır? 

Bu bölümde elektronik eşyalarımızdaki kondansatörlerden, doğadaki kondansatörlerden ve kondansatörlerin doğru akım-alternatif akım altındaki davranışlarından bahsedeceğiz.

Günlük Hayatımızda Kondansatörler

Kondansatör, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir malzeme konulması ile elde edilen devre elemanıdır. Aradaki yalıtkan maddenin görevi ise iletkenler arasında oluşabilecek istenmeyen sıçramaları engellemektir.
 

Şekil 1: Kondansatörün İç Yapısı

Kondansatör, devrelerde frekans ayarlamak, yük depolamak, depoladığı enerjiyi hızlıca serbest bırakmak, güç kat sayısını düzeltmek gibi çeşitli görevler üstlenebilir. Bu görevleri günlük hayatta kullandığımız cihazlardan örnek vererek açıklayalım.

Fotoğraf makineleri, kameralar, cep telefonlarındaki flaşlar ani ve çok kısa süreli olarak ışık verir. Bu cihazlarda kullanılan kondansatörler, depoladıkları enerjiyi pillerin aksine çok hızlı bir şekilde serbest bırakır. Bu özellikleri sayesinde kondansatörlerin flaş tipi uygulamalarda kullanımları çok yaygındır.

Şekil 2: Fotoğraf Makinesindeki Flaş Uygulamasındaki Kondansatörler

 

Radyo dinlerken, başka bir radyo kanalına geçmek istediğimizde frekans değişimi yaparız. Bu uygulamalarda ise ayarlanabilir kondansatörler kullanılır. İlk bölümde bahsettiğimiz bu modelde iletken levhalar arasındaki uzaklık değişimi frekans değişimini sağlar.

 

Şekil 3: Radyolarda Frekans Değiştirmek İle Görevli Kondansatörler

 

Laptop şarj cihazımızın fişini çektiğimizde adaptörün ışığı bir süre daha yanmaya devam eder. Işığın sönmesine kadar geçen süre kondansatörün boşalma süresidir.

 

Doğadaki Dev Kondansatörler: Yıldırımlar

Elektrik devrelerinde kullandığımız kondansatörler, devrenin doğru ve verimli çalışabilmesi konusunda kritik rol oynamaktadır. Yıldırımlar, doğadaki kondansatörlere en iyi örnek olarak gösterilebilir.
 

 

Şekil 4: Doğadaki Dev Kondansatörler Yıldırımlar

Yıldırım, bulutlar ile yeryüzü arasında oluşan bir şimşek türüdür. Şimşek çakması esnasında yeryüzünde pozitif yükler birikir ve negatif yükler bulutların altında toplanır. Gerilimin artması ile yeryüzü ve bulut arasında aynı kondansatörün levhaları arasında olduğu gibi bir elektrik boşalması olur.

Kondansatörün Akım-Gerilim Değişimi

Kondansatörü güç kaynağına bağladığımızda akım tüm devre boyunca akar ve kondansatörün iletken plakalarında + ve – yük birikimi olur. Güç kaynağı devreden kaldırıldığında elektrik alan yok olmaz ve kondansatör elektrik enerjisi depolamış olur. Bu durum için beklenmedik bir olgu diyebiliriz. Aynı laptop şarj cihazı örneğinde olduğu gibi.
 

 

Şekil 5: Basit Kondansatör Devresi

 

Çalışma konusunda biraz daha ayrıntıya inerek kondansatörlerin doğru akım ve alternatif akım altındaki davranışlarından bahsedelim.

 

►Kondansatörün DC Kaynağa Bağlı Olması Durumu

Kondansatör DC kaynağa bağlandığında devreden logaritmik olarak azalan bir Ic akımı geçer. Bu durumda kondansatör üzerindeki Vc gerilimi artmaya başlar. Buna kondansatörün dolması denir. Kondansatör dolana kadar devreden sadece sızıntı akımı geçer.

Kondansatör dolduktan sonra Ic akımı artmaya,  Vc gerilimi azalmaya başlar ve bu duruma kondansatörün boşalması denir.

Şekil 6: DC Kaynağa Bağlı Kondansatörün Dolup-Boşalma Grafiği

Kondansatör dolana kadar iletim, boşalana kadar ise yalıtımdaymış gibi davranır.

 

►Kondansatörün AC Kaynağa Bağlı Olması Durumu

 

Kondansatör AC kaynağa bağlandığı zaman, DC devrede açıklanan olayın iki yönlü olarak gerçekleştiği gözlemlenir. AC devrelerinde kondansatörler, akım akışına karşı engel olmaz ancak bir direnç gösterir. Bu dirence kapasitif reaktans denir ve Xc ile gösterilir.
 

Şekil 7: AC Kaynağa Bağlı Kondansatörün Gerilim Değişimi İle Dolup-Boşalma Grafiği

 

Kondansatörler gerilime duyarlıdır ve gerilim grafiklerinde sıçramalar olmaz. Ancak akım grafiklerinde sıçramalar yaşanabilir.

Kondansatörlü devrelere müdahele ederken kondansatörün yüksüz olduğundan emin olunmalıdır. Aksi durumlarda çarpılma riski ortaya çıkabilmektedir.

Sürekli gelişen teknoloji ile birlikte enerji tüketimi artmakta ve buna paralel enerji tüketiminde de artış olmaktadır. Günümüzde en çok rağbet gören enerji kaynağı fosil yakıtlarıdır. Fakat bu enerji kaynaklarının rezervleri kısıtlı olduğundan zamanla tükenecektir. Bu durumda enerji elde etmek için alternatif enerji kaynaklarından faydalanmak bir zorunluluk haline gelecektir. Bu alternatif enerji kaynaklarının; ekonomik, çevre dostu ve verimlilik unsurlarını barındırması gerekmektedir. Enerji ihtiyacının karşılanması için tek çözüm yolu olmasa da rüzgâr enerjisi yenilenebilir kaynak olması nedeniyle değerlendirilmesi gereken önemli bir kaynaktır.

• 
• 
• 
• 
• 

Bu makale de;

► Rüzgâr Enerjisi Nedir?
► Rüzgâr Enerjisinden Neden Yararlanmalıyız?
► Rüzgâr Türbini ve İç Yapısı
► Rüzgâr Türbinleri Nasıl Çalışır?
► Çalışma Prensibi

başlıkları detaylı bir şekilde incelenecektir.

 
 

 

Rüzgâr Enerjisi Nedir?

Rüzgâr; güneş enerjisi türüdür. Güneş; karada belirli bir bölgeyi ısıttığında, bölgenin etrafında konvansiyonel enerji oluşturur ve meydana gelen yoğunluk farkı ile rüzgar oluşur. Aklımıza “Rüzgar sayesinde enerjiyi nasıl edebiliriz?” sorusu gelecektir. Şöyle açıklayalım; Rüzgâr yoluna pervane koyulursa, rüzgâr hareket  enerjisinin bir kısmını bu pervaneye iletir. Böylece rüzgar enerjisi oluşur.

Rüzgâr Enerjisinden Neden Yararlanmalıyız?

Şimdiye kadar yazımızda konumuzla ilgili bilgi sahibi olma amaçlı konulara değindik. Bu alt başlığımızda fosil yakıtlara  alternatif  kaynak olabilecek birçok yenilenebilir kaynak içinden “Neden Rüzgar Enerjisi Kullanılmalıdır” sorularına cevap vermeye çalışacağız.

Rüzgâr gücünden elektrik üretimi, sadece enerji sektörüne değil aynı zamanda ekolojik dengenin de bozulmadan korunmasına olumlu katkı sağlamaktadır. Rüzgâr enerjisi santrallerini tamamen ülkemizin özkaynaklarını kullanarak inşaa edebilir, kurulduğu yerden kolayca sökülebilir, doğaya ve insan sağlığına olumsuz etkisi olmayan çevre dostu ve kurulumunda arazi bakımından az yer gerektiren tesislerdir. Rüzgâr enerjisi ile üretilen elektrik enerjisi, yenilenebilir enerji grubu içerisinde yer alır.
                   

 

Rüzgâr Türbini

Rüzgâr türbinleri, rüzgâr enerji santrallerinin temel elemanıdır. Hareket halindeki rüzgar enerjisini, kinetik enerjiye ve sonrasında elektrik enerjisine dönüştüren makinelerdir.
 
 

Rüzgar türbinleri temel yapı olarak 3 ana bölümden oluşur

 

 

 

► Pervane Kanatları:

Hareket halindeki rüzgâr pervanenin kanatlarına çarparak onu döndürmeye başlar. Bu sayede rüzgâr enerjisi ile hareket enerjisi elde edilmiş olur. Pervaneler  rüzgârın hareket yönü ile aynı yönde dönecek şekilde tasarlanmışlardır. Türbin pervaneleri uçak pervanelerine benzer bir tasarım kullanılarak oluşturulmuştur. Bu tasarım şeklinde pervanenin bir yüzeyi yuvarlatılmışken diğer yüzeyi daha düzdür.


► Şaft:

Pervanenin dönmesiyle çalışmaya başlayan şaft, motoru harekete geçirir ve motor çıkışında elektrik enerjisi elde edilmesine katkı sağlar.
 

 

► Jeneratör(Üreteç):

İçinde bobin bulundurur. Motor hareket ettiği zaman bobin sayesinde elektromanyetik indüksiyon meydana gelir. Bunun sonucunda da alternatif akım (AC)oluşur. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanır veya direk alıcılara gönderilir.

 

 

► Çalışma Prensibi

Günümüzdeki rüzgâr türbinleri rüzgâr enerjisini en verimli şekilde kullanabilmek için aerodinamik prensiplerini kullanır. Rüzgâr türbininin pervanesine rüzgâr tarafından iki farklı aerodinamik kuvvet uygulanır. Bunlardan biri rüzgâr yönüne dik kaldırma kuvveti, diğeri ise rüzgâr yönüne paralel sürükleme kuvvetidir.