فهرست مطالب

هوش محاسباتی در مهندسی برق - سال نهم شماره 3 (پاییز 1397)

فصلنامه هوش محاسباتی در مهندسی برق
سال نهم شماره 3 (پاییز 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/09/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدرضا سلطانپور *، پوریا اوطادالعجم، سید زین العابدین موسوی صفحات 1-17
    در این مقاله، کنترل کننده مد لغزشی فازی تطبیقی مبتنی بر رویتگری، برای کنترل موقعیت سیستم گیمبال دو محوری در حضور دینامیک موتورهای DC ارائه می شود. برای اینکار در ابتدا برای دسترسی به اطلاعات موقعیت و سرعت مفاصل سیستم گیمبال، رویتگر مدلغزشی با پیچش فوق العاده ای طراحی می شود. سپس به دلیل حضور عدم قطعیت های ساختاری و غیرساختاری موجود در معادلات دینامیکی سیستم گیمبال و محرکه های آن، از روش کنترل مد لغزشی برای کنترل موقعیت استفاده شده است. به دلیل حضور تابع علامت در ورودی کنترل، بروز پدیده نامطلوب لرزش در ورودی کنترل سیستم گیمبال امری اجتناب ناپذیر است؛ بنابراین در ادامه تقریبگر فازی تطبیقی ارائه می شود که بتواند کران عدم قطعیت های موجود را تقریب بزند و باعث حذف پدیده لرزش در ورودی کنترل و کاهش دامنه آن شود. اثبات ریاضی نشان می دهد سیستم حلقه بسته با کنترل پیشنهادی و در حضور عدم قطعیت های موجود، دارای پایداری مجانبی سراسری است. در ادامه برای بررسی عملکرد کنترل پیشنهادی، شبیه سازی هایی در سه مرحله روی سیستم گیمبال دو محوری پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی ها، عملکرد مطلوب رویتگر و کنترل کننده را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: سیستم گیمبال، عدم قطعیت، کنترل مدلغزشی، تقریبگر فازی تطبیقی، کنترل مدلغزشی فازی تطبیقی، رویتگر مدلغزشی با پیچش فوق العاده
  • فرید هاشمی، محمد محمدی *، مهدی الله بخشی صفحات 19-30
    در این مقاله طرح کنترلی بهنگام به منظور کنترل واحدهای تولید پراکنده مبتنی بر اینورتر ریزشبکه پس از وقوع وضعیت جزیره ای ارائه شده است. با توجه به اینکه ریزشبکه، ساختار کاملا غیرخطی دارد و دینامیک آن همواره در حال تغییر است، کنترل کننده های خطی با ضرایب ثابت و غیرمنعطف نمی توانند پاسخ مناسب خود را در گستره وسیعی از نقاط کار حفظ کنند؛ از این رو در این مقاله کنترل کننده ولتاژ غیرخطی ارائه شده است که ضرایب آن به صورت بهنگام مبتنی بر منطق فازی تنظیم می شوند. در راستای بهبود عملکرد کنترل کننده بهنگام پیشنهادی، پارامترهای سیستم فازی آن با الگوریتم بهینه سازی تکامل تفاضلی به صورت خارج از خط طی شرایط کاری مختلف ریزشبکه تعیین شده اند. در طرح کنترل پیشنهادی، با توجه به مزایای کنترل کننده های تناسبی - رزونانسی در فضای قاب ایستا () برای کنترل ولتاژ و جریان واحدهای تولید پراکنده ریزشبکه استفاده شده است. قابلیت و کارآمدی طرح کنترلی پیشنهادی طی سناریوهای مختلف کاری ریزشبکه در نرم افزار MATLAB/Simulink ارزیابی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند تغییر ضرایب کنترلی به صورت بهنگام و متناسب با شرایط عملکرد به دستیابی پاسخ بهینه و مطلوب ولتاژ حین وقوع وضعیت جزیره ای و نیز در تغییرات بار در ریزشبکه جزیره ای منجر می شود.
    کلیدواژگان: ریزشبکه، تولید پراکنده، کنترل کننده تناسبی رزونانسی، منطق فازی، بهینه سازی تکامل تفاضلی
  • فرشاد جمشیدی زوارکی، احمد رضایی جوردهی* ، علی شاه حسینی صفحات 31-40
    مدل سازی و تخمین پارامتر های مدل مداری سلول ها و ماژول های فتوولتائیک (PV) یکی از چالش های مهم در زمینه انرژی خورشیدی است. امروزه با توسعه و گسترش کاربرد الگوریتم های بهینه سازی، مسئله تخمین پارامتر ماژول فتوولتائیک را می توان به مسئله بهینه سازی تبدیل کرد. مدل دو دیودی پر کاربردترین مدل سلول ها و ماژول های فتوولتاییک است. در این مقاله با استفاده از الگوریتم بهینه سازی شاه مورچه (ALO) تمامی پارامتر های مدل دو دیودی سلول ها و ماژول های فتوولتائیک محاسبه شده اند. این الگوریتم، مبتنی بر جمعیت است که با توجه به ویژگی هایش قدرت همگرایی سریع را دارد و نتایج دقیقی را به دست می آورد. همچنین برای بررسی درستی نتایج به دست آمده، نتایج حاصل از الگوریتم ALO با نتایج الگوریتم های جستجوی گرانشی (GSA) ، جستجوی هارمونیک (HS) ، جستجوی الگو (PS) در سلول فتوولتائیک RTC France و ماژول فتوولتائیک Photowatt-PWP 201 مقایسه شده اند. با توجه به نتایج شبیه سازی مشاهده می شود مقدار خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) مربوط به الگوریتم ALO از هر سه الگوریتم دیگر کمتر است و درنتیجه، دقت بیشتری در تخمین پارامتر سلول/ماژول PV ارائه می کند.
    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی شاه مورچه، تخمین پارامتر، سیستم فتوولتائیک، مدل دو دیودی
  • محمود رضا شاکرمی *، محمود جورابیان، احسان افضلان صفحات 41-60
    با نفوذ زیاد منابع توان بادی متصل به شبکه، قابلیت عبور از خطا در توربین های بادی با DFIG شدیدا نیاز است تا از افت ولتاژ شدید در نقطه اتصال DFIG و در نتیجه، صدمه به آن جلوگیری کنند. در این مقاله، روش کنترلی مود لغزشی انتگرالی (ISMC) برای کنترل مبدل های سمت روتور (RSC) و سمت شبکه (GSC) توربین های بادی مبتنی بر DFIG برای عبور از شرایط خطا پیشنهاد شده است. همچنین کنترل کننده پیشنهادی علاوه بر مبدل های DFIG برای مبدل سری سمت شبکه (SGSC) به صورت جداگانه، طراحی و نتایج را با روش PI مقایسه کرده است. در روش پیشنهادی، مسئله چترینگ روش های مرسوم مود لغزشی برطرف شده است. نتایج شبیه سازی، توانایی روش پیشنهادی را در کنترل موثر توربین های بادی مبتنی بر DFIG در شرایط مختلف کمبود ولتاژهای متقارن و نامتقارن اثبات کرده اند. رویکرد پیشنهادی، توانایی حفظ جریان ها و ولتاژهای DFIG را در بازه های درخور قبول دارد و در نتیجه از صدمه به مبدل ها در طی شرایط مختلف خطا جلوگیری می کند.
    کلیدواژگان: کنترل مود لغزشی انتگرالی، توربین بادی، کمبود ولتاژ
  • شیوا اسدی، وهاب نکوکار * صفحات 61-76
    سامانه خودکار کنترل سطح غلظت گلوکز خون، پانکراس مصنوعی نام دارد که پژوهشگران در سال های اخیر به طراحی و پیاده سازی آن توجه کرده اند. کنترل حلقه بسته غلظت گلوکز خون با موانع و مشکلاتی همراه است؛ ازجمله مقابله با افت ناگهانی قند خون و اغتشاشاتی مانند اثر هیدروکربنات وعده های غذایی، ورزش و تغییرات فیزیولوژیک ناشی از فشارهای عصبی یا استرس روی سطح غلظت گلوکز خون. همچنین، چالش هایی همچون تطابق کنترل کننده با تغییرات روزبه روز بیمار و فرد به فرد وجود دارد. در این مقاله، روش کنترل نوین مد لغزشی انتگرالی فازی تطبیقی برای تنظیم سطح غلظت گلوکز خون ارائه می شود. روش پیشنهادی با شبیه سازی نه بیمار مجازی ارزیابی می شود. در شبیه سازی ها با تکیه بر ارتقای مدل بیمار مجازی علاوه بر مقابله هم زمان با اثر هیدروکربنات و ورزش بر غلظت گلوکز، تغییرات فرد به فرد نیز مطالعه می شود. برای هرکدام از زیرسامانه های پمپ انسولین و حسگر پیوسته گلوکز یک مدل دینامیکی در نظر گرفته می شود. نتایج شبیه سازی و مقایسه آنها با نتایج به دست آمده از روش کنترل PID، پیش بین و مد لغزشی مرتبه کسری تطبیقی، کارآیی مناسب روش پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: پانکراس مصنوعی، تخمین زننده فازی تطبیقی، کنترل غلظت گلوکز خون، کنترل مد لغزشی انتگرالی
  • مهسا صداقت، علیرضا سیادتان، بهمن طاهری * صفحات 77-90
    در این مقاله روشی به منظور ردیابی حداکثر توان در صفحات خورشیدی همراه با طراحی سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه، شامل مدل سازی سلول های فتوولتائیک، طراحی مبدل DC-DC چوک و کنترل کننده مد لغزشی ارائه شده است. شبیه سازی ها نشان می دهند وجود سیم پیچ هایی در ساختار ورودی - خروجی مبدل چوک که موجب می شود نیازی به فیلتر ورودی در این مبدل نباشد، هزینه ساخت مداری سیستم و حجم مداری آن را کاهش می دهد؛ بنابراین استفاده از مبدل چوک برای ردیابی نقطه توان حداکثری نسبت به سایر روش ها دارای برتری زیادی است. ردیابی نقطه توان ماکزیمم در این مقاله براساس الگوریتم آشوب و مشاهده در سیستم فتوولتائیکی متصل به شبکه و کنترل حلقه بسته مد لغزشی اجرا شده است. استفاده از روش مد لغزشی با توجه به ماهیت غیرخطی سیستم پایداری مبدل را در حوزه وسیعی از تغییرات تابش، بار و… حفظ می کند. در روش مد لغزشی ارائه شده، فقط ولتاژ ورودی و جریان فیلتر خازنی به عنوان فیدبک، استفاده و طراحی بدون دخالت مدل مبدل تکمیل شده است. کارایی سیستم فتوولتائیک طرح شده با استفاده از نرم افزار MATLAB/Simulink ارزیابی شده است.
    کلیدواژگان: کنترل مد لغزشی، سیستم های فتوولتائیک، مبدل DC-DC، مبدل ?uk، نقطه توان ماکزیمم، الگوریتم P&O
|
  • Mohammad reza Soltanpour*, Pooria Otadolajam, Seyyed Zeinolabedin Moosavi Pages 1-17
    In this paper, an adaptive fuzzy sliding mode control based on observer is presented to control the position of the two-axis gimbal system in the presence of the dynamics of DC motors. At first, a super twisting sliding mode observer is designed to access the position and speed information of joints of the gimbal system. Then, due to the presence of structured and unstructured uncertainties in the dynamical equations of the gimbal system and its actuators, a sliding mode control for position control is used. Due to the presence of the sign function in the control input, the occurrence of undesirable chattering phenomenon in the control input is inevitable. Therefore, in the following, an adaptive fuzzy approximator is designed, which eliminates the chattering phenomenon in the control input and reduces its amplitude. The mathematical proof shows that the closed loop system with the proposed control and in the presence of the existing uncertainties has a global asymptotic stability. In order to investigate the proposed control performance, three-stage simulations were implemented on a two-axis gimbal system. The results of the simulations show the desired performance of the observer and the proposed control.
    Keywords: Gimbal System, Uncertainty, Sliding Mode Control, Adaptive Fuzzy Approximator, Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control, Super Twisting Sliding Mode Observer
  • Farid Hashemi, Mohammad Mohammadi *, Mahdi Alah bakhshi Pages 19-30
    In this paper, online controller scheme is proposed for voltage control of inverter-based distributed generations in islanded microgrid (MG). The MG has a completely nonlinear structure and its dynamics is constantly changing. As a result, linear controllers with constant and non-flexible coefficients are unable to provide a proper performance over a wide range of operating conditions. In response to this challenge, the present paper addresses an optimal online and nonlinear controller based on fuzzy logic. To improve the performance of the proposed controller, the differential evolution optimization algorithm is used to optimal tune its coefficient for the different MG operating scenarios. The goal of the proposed scheme is to control the voltage of the islanded MG at the standard level with the least transient state after the island's occurrence, as well as during load changes in island MG. In the proposed control scheme, proportional-resonant controller is used due to the advantages in order to voltage and current control of distributed generation units in the static frame space. The simulation results indicate the changing of the voltage controller coefficients, resulting in a better transient response, the elimination of the steady-state error and less harmonic distortion.
    Keywords: Microgrid, Distributed Generation, Proportional-resonant Controllers, Fuzzy Logic, Differential Evolution Optimization
  • Farshad Jamshidi Zavaraki, Ahmad Rezaee Jordehi *, Ali Shahhoseini Pages 31-40
    Estimating parameters of the circuit model of photovoltaic (PV) cells and modules is one of the most important challenges in solar energy. Today, with the development and proliferation of the application of optimization algorithms, the problem of estimating the parameter of the photovoltaic module can be converted into an optimization problem. In this paper, using the Ant Lion Optimizer (ALO) algorithm, all parameters of the two-diode model of the photovoltaic system are determined. This algorithm is a population-based algorithm that has a fast convergence speed and obtains reliable results. Also, to verify the accuracy of the results, the results of the ALO algorithm were compared with the results of the Gravitational Search Algorithm (GSA), Harmony Search (HS), Pattern Search (PS) and experimental points for the RTC France photovoltaic cell and the photovoltaic module Photowatt-PWP 201. As per the simulation results, the root mean square error (RMSE) given by ALO algorithm is lower than that of other three algorithms, which signifies the more precision provided by ALO in estimating the PV cell / module parameters.
    Keywords: Ant Lion Optimizer (ALO) Algorithm, Parameter Estimation, PV System, Double Diode Model
  • Mahmood Reza Shakarami *, Mahmood Joorabian, Ehsan Afzalan Pages 41-60
    With the high penetration of the grid-connected wind power sources, the FRT capability is significantly required for the DFIG wind turbine to mitigate the system instability. For the FRT problem, because the DFIG is very vulnerable to the grid faults, it may not be able to ride through. These faults may result in a large voltage dip at the connection point of the DFIG. Subsequently, the voltage dip will cause the over current in the stator and rotor windings which may be damaged. In this paper, applications of integral sliding mode control (ISMC) will be investigated for the fault ride -through (FRT) enhancement of the doubly-fed induction generator wind power system. In ISMC will be studied for rotor-side converter (RSC) and stator-side converter (SSC) and series grid side converter (SGSC) control. In ISMC approach, supplementary control generated by the complete models is achieved for FRT enhancement. Since the proposed methods are based on the general non-linear system theory, the FRT capability can indeed improve even under severe fault conditions. Performance comparisons among several existing FRT enhanced control will also be examined to show the effectiveness of these PI control schemes.
    Keywords: Integral Sliding Mode Control (ISMC), Wind Turbine, Voltage Sag
  • Shiva Asadi, Vahab Nekoukar * Pages 61-76
    The automatic control system of the blood glucose level is known as an artificial pancreas, whose design and implementation has been researched in recent years. The closed-loop control of the blood glucose concentration deals with some challenges such as sudden decreasing of the blood glucose level, the effects of the hydrocarbon intake of meals, physical exercise and physiological changes due to nervous pressure or stress on the blood glucose level. There are also challenges like day-to-day and patient-to-patient variations. In this paper, a novel adaptive fuzzy integral sliding mode control is presented for the regulation of the blood glucose level. The proposed method is evaluated by simulating nine virtual patients. In the simulations, based on the presented virtual patient model, not only the controller performance in dealing with the effects of the hydrocarbon consuming and physical exercises on the glucose concentration is studied, but also the effects of patient-to-patient variations are investigated simultaneously. For each subsystem of the insulin pump and continuous glucose sensor, a dynamic model is considered. The simulation results and a comparison with the results of the PID control, model predictive control, and adaptive fractional sliding mode control show the efficiency of the proposed method.
    Keywords: Artificial Pancreas, Adaptive Fuzzy Estimator, Control of Blood Glucose Level, Integral Sliding Mode Control
  • Mahsa Sedaghat, Alireza Siadatan, Bahman Taheri * Pages 77-90
    In this paper, a method for tracking maximum power in solar panels with the design of a networked photovoltaic system, including photovoltaic cell modeling, DC-DC choke converter design and sliding mode controller is presented. Simulations show that due to the existence of wires in the structure of the input / output structure of the chokes converter, its use to track maximum power points is superior to other methods. The maximum power point tracking has been implemented based on the chaos and observation algorithm in the photovoltaic system connected to the network and the control of the slip mode ring packet. The use of the sliding mode, according to the nonlinear nature of the system, can preserve the stability of the converter in a wide range of radiation, load and variations. In the presented slip mode, only the input voltage and capacitive filter flow are used as feedback and the design without the intervention of the converter model is completed. The efficiency of the proposed photovoltaic system has been evaluated using MATLAB / Simulink software.
    Keywords: Sliding Mode Control, P&O algorithm, photovoltaic, Cuk