Bessel, butterworth ve chebyshev aktif filtre modellerinde parametre kestirimi için PSO, DE ve ABC optimizasyon algoritmalarının uygulanması
Application of PSO, DE and ABC optimization algorithms to bessel, butterworth and chebyshev active filter models for parameter estimation
Yazar: MUSTAFA AKKUŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HASAN TEMURTAŞ
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Aktif filtreler = Active filters ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization

Özet:
Telekomünikasyon sistemleri, radyo, televizyon, veri haberleşmesi ve günlük hayatın diğer birçok alanında kullanılan filtreler, elektrik ve elektronik sistemlerin en önemli elemanları arasında yerini almıştır.
Filtre denince akla ilk önce süzme işlemi gelir ve frekansa göre süzme yapar. Bu filtreler yapıları gereği elektriksel işaretlerin frekans spektrumlarına biçim vermek amacıyla kullanılan devrelerdir. Oluşturulan ve hali hazırda bulunan pasif R, L, C devre elemanlarıyla kurulan bu devreler aynı zamanda aktif devre elemanları olan opamp, transistör, vs. ve diğer R, C devre elemanları veya bunların üçünü birlikte kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bir devreden almak istenilen işarete farklı frekanstaki işaret karışıyorsa ve net bir işaret isteniyorsa karışan frekansın durdurulması gerekir. Bu durdurulma işlemini yüzde yüz gerçekleştirmek mümkün olmamakla beraber ideale yakın bir değer elde edilebilir.
Matematiksel işlemler ile gerçekleşen transfer fonksiyonunun frekansla değişimine bağlı olarak alçak geçiren, yüksek geçiren, bant geçiren ve bant söndüren türden çeşitli filtreler mevcuttur. Kesim frekansı, kalite faktörü, geçirme bandı kazancı ise önemli filtre parametrelerindendir. Filtre karakteristiğinin keskinliğini belirleyen kalite faktörü ile kutup frekansı ters orantılıdır.
Televizyon ve radyo yayınları, görüntü ve ses sinyallerinin modülasyonlara uğratıldıktan sonra anten aracılığı ile havaya yayılması ile gerçekleştirilmektedir. Çeşitli frekanslarda birçok televizyon ve radyo yayını, aynı anda alıcının antenine ulaşmaktadır. Alıcı tarafta istenen yayının seçilmesi ve bunun dışında kalan yayınlar ile gürültülerin bastırılmasında en önemli rol, filtrelere düşmektedir. Benzeri şekilde sismoloji, jeofizik, tıbbi elektronik, beyin ve kalp sinyallerinin ölçümü ve uzaktan ölçüm işlemleri gibi birçok alanda filtrelerin kullanımı bulunmaktadır.
Kullanılan devre elemanlarına göre aktif veya pasif olarak adlandırılan filtrelerin transfer karakteristikleri, filtrenin çalışmasındaki en önemli performans parametresi olarak kabul edilmektedir. İstenen transfer karakteristiğini elde edebilmek için filtre yapısında kullanılan devre elemanlarının optimum seçimi büyük önem taşımaktadır.
Bu tez çalışmasında, çoklu geri besleme topolojisi kullanılarak, her bir katı ikinci dereceden alçak geçiren filtrelerin kaskad bağlanması ile oluşturan beş katlı, onuncu dereceden alçak geçiren Bessel, Butterworth ve Chebyshev filtrelerinin ABC, DE ve PSO optimizasyon algoritmaları ile optimizasyonu yapılmıştır. Yapılan çalışma ile elde edilen onuncu dereceden filtreye ait transfer karakteristiği sonuçları, istenen sonuçlar ile birebir uyuşmaktadır.
Anahtar Kelimeler: ABC, Aktif filtre, DE, Farksal gelişim algoritması, Filtre, İşlemsel yükselteç, Parçacık sürü optimizasyonu algoritması, PSO, Yapay arı koloni algoritması.

Abstract:
Filters, used in telecommunication systems, radio, television, data communication and many other areas of daily life, have taken place among the most important devices in electrical and electronics systems. 
Filters make filtration process and filter according to frequency. These filters, inherently, are the circuits used in order to give form to the frequency spectrum of electrical signals. The circuits, generated with readily available passive R, L, C circuit elements, can be performed with active circuit elements such as opamps, transistors and etc. and the other R, C or all three ones. If there are undesired attempts to the desired signals, the undesired frequencies should be stopped. This breaking action is not able to be performed completely, but very close values to ideal can be achieved.
There are various filter types such as low-pass, high-pass, band-pass and band-stop  according to the difference between the actual transfer function and mathematical operations. Cutoff frequency, quality factor and pass-band gain are the important filter parameters. Quality factor that determines the sharpness of the filter characteristic is inversely proportional to the poly frequency. 
Television and radio broadcasts are carried out by modulating the video and audio signals and broadcasting with the use of transmitter antennas. The television and radio broadcasts in several frequencies reach to the receiver antennas simultaneously. Filters have the most important role in selecting the desired broadcast and suppressing the noise and other undesired broadcast on the receiver side. Likewise, the uses of filters are available in several areas such as seismology, geophysics, medical electronics, measurement of brain and heart signals and remote measurement process. 
Transfer characteristics of the filters, called active or passive according the used circuit elements, are considered to be the most important performance parameters. Optimal choice of the circuit element values used in the filter construction is of great importance to obtain the desired transfer characteristic.
In this thesis, tenth-order low-pass Bessel, Butterworth and Chebyshev filters, that use multi-feedback topology and cascade connected five second-order low-pass filters, are optimized with ABC, DE and PSO optimization algorithms. The results of the transfer characteristics of the tenth order filter obtained by this study are in full agreement with the desired results.
Keywords: ABC, Active filter, Artificial bee colony algorithm, DE, Differential evolution algorithm, Filter, Operational amplifier, Particle swarm optimization algorithm, PSO.