Helmholtz Bobinlerinin Elektromanyetik Alan Simülasyonu ve Optimizasyonu

Yıl 2025, Cilt: 41 Sayı: 2, 401 - 411, 30.08.2025

Ferdi Avcı , Emin Ağrali , Orhan Yaman , Mehmet Çavaş

Öz

Elektromanyetik girişim testleri, biyomedikal deneyler, fizik deneyleri gibi birçok alanda helmholtz bobinleri kullanılmaktadır. Kullanım sebebi ise düzgün elektromanyetik alan (EMF) üretmeleridir. Bu çalışmada alternatif akımda, 0 ile 20 mT aralığında çalışan, EMF üretici için helmholtz bobininin manyetik alan hesaplanma formüllerinin Matlab&Simulink programında simülasyon modeli hazırlanmıştır. Helmholtz bobininin yarıçapı ise 15 cm olarak tercih edilmiştir. Her bobinin sarım sayısı 16 sipir olarak kabul edilmiştir. Girişe verilen EMF değeri PID(Oransal-İntegral-Türevsel) kontrolör ile kontrolü sağlanmıştır. PID parametrelerini belirlemek için ISSA (Geliştirilmiş Salp Swam Algoritması), PID Tuner ve KKO (Karınca Kolonisi Optimizasyonu) optimizasyon algoritmaları kullanılmıştır. Optimizasyon yöntemlerinde kriter olarak ITAE (Integral of Time Weighted Absolute Error) kullanılmıştır. Katsayılar belirlendikten sonra hata değişimler grafiksel ve sayısal değerler olarak verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Elektromanyetik Alan , Alternatif Akım , Helmholtz Bobini

Kaynakça

• Y. KARAMAZI and M. EMRE, “Elektromanyetik Alanların Kemik Dokusu Üzerine Etkisi,” Arşiv Kaynak Tarama Derg., vol. 32, no. 4, pp. 215–226, Dec. 2023, doi: 10.17827/aktd.1343480.
• K. Atakır, G. Özevci, and B. Ceyhan, “Elektromanyetik Radyasyon ve İnsan Sağlığına Etkileri,” Environ. Toxicol. Ecol., vol. 2, no. 1, pp. 9–21, 2022.
• H. Kayhan, B. Erdebilli, S. Gönen, M. A. Eşmekaya, E. Ertekin, and A. G. Canseven, “EFFECTS OF EXTREMELY LOW-FREQUENCY MAGNETIC FIELD ON HEALTHY FIBROBLASTS AND BREAST CANCER CELLS,” İstanbul Tıp Fakültesi Derg., vol. 83, no. 4, pp. 384–389, Oct. 2020, doi: 10.26650/IUITFD.2020.0041.
• B. Tastekin et al., “The Effects of Antioxidants and Pulsed Magnetic Fields on Slow and Fast Skeletal Muscle Atrophy Induced by Streptozotocin: A Preclinical Study,” J. Diabetes Res., vol. 2023, no. 1, pp. 1–33, Nov. 2023, doi: 10.1155/2023/6657869.
• B. Kıvanç, “Yüksek frekanslı Helmholtz bobin uygulamalar için donanım düzeneği tasarm,” Ankara Üniversitesi, 2022.
• T. Trevino, T. Rector, K. Lutz, N. Vasquez, and H. Cadiouc, “Design and Build of Electromagnetic HelmHoltz Coils Prototypes,” 2022.
• M. Aydos, S. Profile, and A. D. Nalbant, “PID Tabanlı Robot Kolu Kontrolü: Ziegler-Nichols ve Tyreus-Luyben Metotlarının ODE45 Deneysel Çözümleme ile Karşılaştırılması,” 2015, Accessed: Dec. 21, 2022. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/321361822
• A. Beyhan, “Üç serbestlik dereceli robotik kolun kartezyen uzayda empedans kontrolü,” BTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2021. Accessed: Dec. 21, 2022. [Online]. Available: http://acikerisim.btu.edu.tr/xmlui/handle/20.500.12885/1724
• K. Donuk, N. Özbey, M. Inan, C. Yeroǧlu, and D. Hanbay, “PIDA Denetçi Parametrelerinin PSO Algoritması ile Belirlenmesi,” 2018 Int. Conf. Artif. Intell. Data Process. IDAP 2018, 2019.
• G. D. Ribeiro, G. Soares, H. A. Fazzolari, A. Del, and S. Lordelo, “Design of robust controllers for magnetic field magnitude in Helmholtz coil,” pp. 29–44, 2025.
• R. Lapuh, Ç. Aslan, K. Štibernik, and M. Hudlička, “Uniform magnetic field coils construction optimization,” in 2024 International Symposium on Electromagnetic Compatibility – EMC Europe, IEEE, Sep. 2024, pp. 214–219. doi: 10.1109/EMCEurope59828.2024.10722607.
• F. Çoban, “ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ.”
• B. Akkaya, R. Akkaya, and A. Nazlim, “Magnetic chitosan oligomer‐sulfonate‐stearic acid triple combination as cisplatin carrier for site‐specific targeted on <scp>MCF</scp> ‐7 cancer cells: Preparation, characterization and in vitro experiments,” Chem. Biol. Drug Des., vol. 102, no. 4, pp. 692–706, Oct. 2023, doi: 10.1111/cbdd.14278.
• T. Danışmanı, Ö. Üyesi, C. Boztepe, T. Vanli, B. Mühendisliği, and A. Dalı, “MANYETİK ALANA DUYARLI HİDROJELLERİN SENTEZLENMESİ VE İLAÇ SALIM DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ.”
• A. Bahrami, L. Y. Tanaka, R. C. Massucatto, F. R. M. Laurindo, and C. D. Aiello, “Automated 1D Helmholtz coil design for cell biology: Weak magnetic fields alter cytoskeleton dynamics,” pp. 1–16, Jun. 2024, [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/2406.19555
• A. Cios et al., “Extremely low-frequency electromagnetic field (ELF-EMF) induced alterations in gene expression and cytokine secretion in clear cell renal carcinoma cells,” Med. Pr., vol. 75, no. 2, pp. 133–141, May 2024, doi: 10.13075/mp.5893.01476.
• H. İMAMOĞLU and S. M. BAĞDATLI, “MÜHENDİSLİK PROBLEMLERİNİN MATLAB SIMULINK PROGRAMI DESTEĞİYLE MATEMATİKSEL MODELLENMESİ,” Soma Mesl. Yüksekokulu Tek. Bilim. Derg., vol. 1, no. 33, pp. 1–15, Jul. 2022, doi: 10.47118/somatbd.1112039.
• Z. Algor, T. V. E. Sens, L. E. Bldc, M. Poz, and S. Kontrol, “T.c. necmettiṅerbakan üniversitesi fen bilimleri ̇enstitüsü,” 2022.
• P. Chen, M. Liu, and S. Zhou, “Discrete Salp Swarm Algorithm for symmetric traveling salesman problem,” Math. Biosci. Eng., vol. 20, no. 5, pp. 8856–8874, 2023, doi: 10.3934/mbe.2023389.
• S. Mirjalili, A. H. Gandomi, S. Z. Mirjalili, S. Saremi, H. Faris, and S. M. Mirjalili, “Salp Swarm Algorithm: A bio-inspired optimizer for engineering design problems,” Adv. Eng. Softw., vol. 114, pp. 163–191, Dec. 2017, doi: 10.1016/j.advengsoft.2017.07.002.
• T. Yurdusever and Y. Danayiyen, “Karınca Kolonisi Optimizasyon Algoritması ile Bir AVR Sistemi için Optimum PID Denetleyici Tasarımı,” 1st Int. Conf. Front. Acad. Res., no. February, pp. 108–113, 2023, [Online]. Available: https://www.icfarconf.com/
• S. Yıldız, B. Yildirim, and M. T. Özdemir, “Enhancing load frequency control and cybersecurity in renewable energy microgrids: A fuel cell-based solution with non-integer control under cyber-attack,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 75, no. February, pp. 438–449, Jul. 2024, doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.02.145.