Evrimsel algoritmalarla filtre tasarımları
Filter designs with evolutionary algorithms
Yazar: YİĞİT ÇAĞATAY KUYU
Danışman: DOÇ. DR. FAHRİ VATANSEVER
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik-elektronik mühendisliği alanında filtreler önemli yer tutmaktadır. Filtre tasarımları
için birçok yöntem mevcuttur. Bu tez çalışmasında literatürde sıklıkla kullanılan genetik,
diferansiyel gelişim, parçacık sürü optimizasyon, karınca koloni optimizasyon, armoni
arama algoritmalarının yanısıra son yıllarda geliştirilmiş algoritmalardan olan girdap arama
ve geri izleme arama optimizasyon algoritmalarıyla analog ve sayısal filtre tasarımları
gerçekleştirilmiştir. Her bir algoritmanın çalışma prensibi ve çözüme ulaşırken kullandığı
metotlar açıklanmıştır.
Sonlu darbe cevaplı (FIR) ve sonsuz darbe cevaplı (IIR) sayısal filtrelerin matematiksel
ifadeleri, tanımlamaları ve özellikleri anlatılmış, her bir filtre türü için iki farklı örnek
problem ele alınmıştır. Bu örnek problemlerde, alçak ve yüksek geçiren filtrelerin optimal
filtre katsayıları evrimsel algoritmalar aracılığıyla bulunmuş, algoritmalara ait hata
performansları analiz edilmiş, tasarımların doğruluğu ilişkili algoritmanın frekans cevap
grafiği ile gözlemlenmiştir.
Analog filtre tasarımlarında kullanılan topolojilerden bahsedilmiş, ilgili topolojilere ilişkin
devre çizimleri ve bağıntılarına yer verilmiştir. Evrimsel algoritmalar vasıtasıyla alçak
geçiren aktif analog filtre, durum değişkenli ve Sallen-Key filtre topolojileri kullanılarak
tasarlanmıştır. Tasarımların gerçeklenmesini kolaylaştırmak açısından, algoritmalar
tarafından bulunan devre elemanları endüstri üretim serilerinden seçilmiştir. Elde edilen
devre elemanlarına göre, SPICE benzetim programı (PSpice) aracılığıyla devreler
gerçeklenmiş ve ilgili benzetim grafikleriyle tasarlanan devreler doğrulanmıştır.

Abstract:
Filters are the most important thing in the area of electrical-electronic engineering. There
are various ways to design a filter. In this thesis, analog and digital filters were designed
with genetic, differential evolution, particle swarm optimization, ant colony optimization,
harmony search algorithms which are commonly used in the literature as well as vortex
searh and backtracking search optimization algorithms developed in recent years. The
working principle of each algorithm and the methods which are used to reach a solution
were described.
Finite impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR) digital filters'
mathematical equations and properties were explained, two different problems were taken
as examples for each of the filter type. In these examples, low-pass and high-pass optimal
filter cofficients were found through evolutionary algorithms, error performances were
analyzed, the accuracy of the designs was validated with frequency response graph of the
associated algorithm.
The topologies used in analog filter design were mentioned, circuit layouts and equations
related to the topologies were given. Low-pass active analog filter was designed with
evolutionary algorithms by using state variable and Sallen-Key topologies. Components'
values found by the algorithms were selected from manufactured series in order to making
realization of designs easily. According to components values obtained from the
algorithms, the circuits were implemented with SPICE simulation program (Pspice) and
the designed circuits were validated through related simulation graphs.