فهرست مطالب

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال هفدهم شماره 3 (پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/07/12
  • تعداد عناوین: 14
|
  • حمیدرضا احمدزاده، شهرام آقایی*، مسعود شفیعی صفحات 1-10

    در این مقاله،  یک راهبرد کنترلی جدید برای ردیابی بدون افست سیستم های تاخیردار زمانی دارای محدودیت ورودی و حالت با به کارگیری رویکرد مدیریت ورودی مرجع ارایه می شود. راهبرد ارایه شده شامل دو حلقه ی کنترلی داخلی و نظارتی است.  ابتدا، مدل افزوده شده ی متناظر با سیستم گسسته-زمان تاخیردار پیشنهاد شده و ضمن استخراج شرایط کنترل پذیری مدل افزوده شده، شرایط لازم و کافی برای ردیابی بدون افست در سیستم های دارای تاخیر زمانی بیان می شود. در ادامه، بر اساس مدل افزوده شده و با صرف نظر کردن از محدودیت های موجود، کنترل کننده ای مناسب به منظور تشکیل حلقه ی داخلی پیشنهاد می شود. کنترل کننده ی پیشنهادی به نحوی تعیین می شود که نخست، تضمین کننده ی ردیابی بدون افست ورودی های مرجع مجاز سیستم باشد و دوم، مدل حلقه بسته ی حاصل شرایط لازم برای به کارگیری گاورنر مرجع را دارا باشد. حلقه ی کنترل نظارتی با افزودن بلوک گاورنر مرجع به سیستم حلقه بسته (حلقه داخلی) تشکیل می شود. گاورنر مرجع یا همان بخش نظارتی مدیریت کننده ورودی مرجع  مبتنی بر ساختار سیستم حلقه بسته و محدودیت های موجود، با به کارگیری مجموعه ی حداکثری مجاز خروجی محاسبه شده، به نحوی به مدیریت ورودی مرجع می پردازد که ارضای محدودیت ها در فرآیند کنترلی برای سیستم تاخیردار، به صورت فعال تضمین شود. در انتها، برای ارزیابی عملکرد، نتایج شبیه سازی راهبرد پیشنهادی بر روی یک سیستم نمونه تاخیردار ارایه می شود.

    کلیدواژگان: سیستم تاخیردار خطی، گاورنر ورودی مرجع، تعقیب بدون افست، محدودیت های ورودی و حالت
  • راضیه فرازکیش* صفحات 11-16

    نانورباتیک، به عنوان یکی از مهم ترین شاخه های فناوری نانو شامل طراحی، کنترل و برنامه نویسی ربات ها در مقیاس نانو می باشد. با کاربردی شدن بیونانوربات ها (نانوربات های زیستی)، دنیای علم پزشکی دگرگون خواهد شد. با به کارگیری این اجزای زیستی، نانوداروها می توانند وارد بدن شده و بخش های آسیب دیده را شناسایی و یا درمان کنند. علاوه برآن، همان طورکه می دانیم اشکالات و خطاها همه جا وجود داشته و می توانند روی سیستم ها تاثیر گذاشته و نتایج و اثرات نامطلوبی را درپی داشته باشند؛ بنابراین، نیازمند سیستم هایی هستیم که بتوانند این اشکال ها را تحمل کرده و هم چنان به عملکرد صحیح خود ادامه دهند؛ به چنین سیستم هایی، سیستم های تحمل پذیر اشکال می گویند. در این مقاله، به بررسی مشخصات تحمل پذیری اشکال در سیستم های بیونانورباتیک پرداخته و راه کارهایی برای برطرف کردن این اشکال ها با استفاده از مفهوم افزونگی و مدل سازی قابلیت اطمینان با روش مارکوف ارایه می نماییم. در نهایت نیز برای اولین بار نانوربات های زیستی قابل اطمینانی با روش افزونگی سه پیمانه ای ارایه می شود که در مقایسه با ساختارهای موجود استحکام بیشتری داشته و در مقابله با اشکال ها و خطاها تحمل پذیری اشکال بیشتری دارند.

    کلیدواژگان: نانوربات زیستی، ادوات نانو، مدل سازی قابلیت اطمینان، تحمل پذیری اشکال
  • مژده حیدری، وحید میگلی، ابوالحسن رزمی نیا* صفحات 17-23

    روش لیاپانوف یک روش موثر در اثبات پایداری نقاط تعادل سیستمهای دینامیکی است. یکی از کاربردهای تحلیل لیاپانوف، تخمین ناحیه جذب است. در حالت کلی، بسته به فرم تابع لیاپانوف انتخابی، بخشی از ناحیه جذب تخمین زده میشود که لزوما بهترین تخمین نیست. در این مقاله، با ارایه یک الگوریتم تولید توابع کاندید لیاپانوف، به صورت دنباله ای، روشی پیشنهاد میگردد که از طریق آن، در هر گام رو به جلو، تخمین ناحیه جذب، نسبت به مرحله قبل، بهبود مییابد. ایده اساسی تولید اعضای دنباله مزبور، ترکیب خطی تابع کاندید لیاپانوف با مشتق آن، جهت ساختن یک تابع لیاپانوف جدید است. متناظر با هر تابع کاندید لیاپانوف، یک ناحیه جذب حاصل میشود که در فرایند تولید توابع جدید، هر ناحیه جذب تخمین زده شده، زیرمجموعه تخمین بعدی است. در پایان برای نشان دادن توانایی نتایج نظری به دست آمده، چند مثال عددی شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: سیستمهای غیرخطی، دنباله توابع لیاپانوف، پایداری مجانبی، بهبود ناحیه جذب
  • امین نوری*، الناز کلهر، محمدعلی صدرنیا، سارا صبوری راد صفحات 25-37

    سرطان پوست یکی از خطرناک ترین سرطان هایی است که همه ساله افراد زیادی به آن مبتلا می شوند. به همین دلیل تشخیص و درمان سریع این سرطان بسیار برای پزشکان حایز اهمیت می باشد، در چند دهه اخیر برای بهبود تشخیص و درمان این بیماری استفاده از روش های هوشمند بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی در این مقاله، تعیین مقدار بهینه دارو برای از بین بردن سلول های سرطانی می باشد به گونه ای که از تاثیر سوء دارو بر روی سلول های سالم جلوگیری شود. از الگوریتم یادگیری Q  بدین منظور استفاده شده است. برای انتخاب اعمال، از سیاست استدلال مبتنی بر مورد با نام اختصاری CBR که یک نوع سیاست اکتشافی شتاب داده شده می باشد، استفاده گشته است که باعث افزایش سرعت یادگیری و کاهش زمان،  برای رسیدن به سیاست بهینه می شود. مورد دیگری که در این مقاله لحاظ شده است، تاثیر نیمه عمر دارو برای بدست آوردن اثر دارو در هر لحظه در بدن بیمار می باشد. برای اینکه  عملکرد روش یادگیری تقویتی در کنترل سلول های سرطانی و تعیین میزان بهینه دوز دارو  بهتر نشان داده شود، این روش با  یکی از روش های کنترل بهینه به نام روش همیلتونین و روش تزریق دوز داروی ثابت مقایسه شده است. در نهایت نشان داده شده است مجموع دوز داروی تزریقی به بیمار با استفاده از روش یادگیری تقویتی در مقایسه با حالتی که از روش کنترل بهینه و دوز داروی ثابت برای تمام زمان ها استفاده شده است، بسیار کاهش پیدا کرده است و در ضمن جمعیت سلول های سرطانی نیز کنترل شده است. با اعمال نویز و عدم قطعیت در پارامترهای سیستم و شرایط اولیه باز هم روش انتخابی قادر به کنترل سلول های سرطانی می باشد.

    کلیدواژگان: سرطان ملانوما، الگوریتم یادگیری Q، سیاست استدلال مبتی بر مورد، اثرات سوء دارو، نیمه عمر دارو، کنترل بهینه
  • علی فضلی، محمدحسین کاظمی* صفحات 39-50

    این مقاله یک استراتژی جدید گشتاور محاسبه شده [i]  را برای کنترل بازوی رباتیک با بکار‏گیری مدل‏سازی خطی پارامتر متغیر ([ii] LPV) چندوجهی [iii]  ارایه می‏نماید. نمایش مدل LPV ربات به وسیله‏ شناسایی دینامیک ربات در نقاط کار مختلف، حول مسیری دلخواه که تمامی محدوده حرکتی مفصل‏ها را پوشش می‏دهد صورت می‏پذیرد. شناسایی مدل‏ها با استفاده از الگوریتم کمترین مربعات [iv]  خطاها انجام می‏شود. با بهره ‏گیری از نگاشت مجموعه پارامتر [v]  مبتنی بر آنالیز مولفه‏ های اصلی ([vi] PCA) ، یک مدل LPV چندوجهی کاهش یافته حاصل می‏شود که پیچیدگی پیاده‏سازی را کاهش می‏دهد. در کنترل گشتاور محاسبه شده‏ معمول، ضروریست که مدل دینامیکی ربات شناخته شده باشد در حالی که در روش ارایه شده یک تخمین از گشتاور موردنیاز بر مبنای مدل‏سازی LPV محاسبه می‏شود. ماتریس بهره‏ کنترل از حل مجموعه ‏ای از نامساوی‏ های ماتریسی خطی ([vii] LMI) که مقدار مشتق زمانی تابع لیاپانوف را به میزان کمینه‏ موردنیاز می‏رساند، به دست می‏آید به طوریکه شرایط کافی برای تضمین پایداری مجانبی [viii]  سیستم LPV حلقه بسته در برابر خطای تخمین گشتاور برقرار گردد. طرح ارایه شده به کنترل تعقیب مسیر مرجع بازوی ربات شش درجه آزادی PUMA560 اعمال شده است.

    کلیدواژگان: کنترل گشتاور محاسبه شده، مدل سازی LPV چندوجهی، LMI، سیستم های غیرخطی، روبات بازو
  • ارشیا بادی، احمدرضا ولی*، وحید بهنام گل صفحات 51-62

    در این مقاله یک اتوپایلوت جدید با استفاده از روش مد لغزشی مرتبه دوم تطبیقی پسگام طراحی شده است. اتوپایلوت طراحی شده در برابر نامعینی ها و عدم قطعیت ها عملکرد مناسبی دارد، همچنین تضمین همگرایی زمان محدود، کاهش اثر نوسانات ناخواسته، افزایش دقت کنترل و عدم نیاز به مشتق متغیر لغزش از ویژگی های دیگر این روش کنترلی است. یکی از ویژگی های این روش، بهره های تطبیقی آن بوده که بدون داشتن اطلاعات از نامعینی ها و عدم قطعیت ها قابل پیاده سازی است. اتوپایلوت طراحی شده شامل دو بخش داخلی و خارجی بوده که برای هر بخش با روشی یکسان طراحی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد سیگنال مرجع در اتوپایلوت طراحی شده با روش مد لغزشی مرتبه دوم تطبیقی پسگام نسبت به روش پسگام استاندارد، مد لغزشی مرتبه اول و مد لغزشی مرتبه اول تطبیقی پسگام سریع تر و مقاوم تر ردیابی می شود.

    کلیدواژگان: اتوپایلوت، کانال فراز، تئوری مد لغزشی مرتبه دوم، پسگام، تطبیقی
  • محمد اصلانی*، محمدسعدی مسگری صفحات 63-78

    سامانه های چند عامله به عنوان شاخه ای از هوش مصنوعی در سال های اخیر به عنوان یک نگرش برای مطالعه، بررسی و تحلیل پدیده هایی که دارای خصوصیاتی همچون توزیع یافتگی، پیچیدگی، پایین به بالا بودن و پویایی هستند در زمینه های مختلف از جمله ترافیک، حمل و نقل، اقتصاد، محیط زیست و مواردی از این دست به طور گسترده بکار گرفته شده اند. چالش اصلی در سامانه های چند عامله بدست آوردن رفتار مناسب برای تک تک عامل ها برای رسیدن به رفتار سطح بالای بهینه برای کل سامانه است. یادگیری تقویتی به عنوان رویکردی مناسب که به صورت خودکار و تدریجی می تواند رفتار بهینه را برای تمام عامل ها در تعامل با محیط بدست آورد،برای حل این چالش مناسب است. در یادگیری تقویتی عامل ها در طول زمان از طریق تعامل با محیط یاد میگیرند که در شرایط (حالات) مختلف چه اعمالی را انجام دهند که منجر به دریافت بیشترین سود شود. روش های رایج یادگیری تقویتی در مسایل دنیای واقعی که دارای تعداد حالات محیط بسیار بالا یا بی نهایت هستند عملکرد مناسبی ندارند زیرا این روش ها مقداری مجزا را برای ارزش هر زوج حالت-عمل در حافظه اختصاص می دهند وعامل برای بدست آوردن مقدار دقیق ارزش هر زوج حالت-عمل نیاز دارد که به دفعات ارزش آنها را مشاهده نماید. نوآوری تحقیق حاضر،حل چالش فوق از طریق یادگیری تقویتی پیوسته در مسایل مکانی با فضای حالت-عمل بزرگ و پیوسته است. در رویکرد یادگیری تقویتی پیوسته از مفهوم تعمیم برای تخمین ارزش حالت-عمل استفاده می شود. در این روش عامل نیازی به تجربه اندوزی مستقیم در تمام حالات محیط را ندارد و ارزش یک حالت با شباهت سنجی از ارزش سایر حالات مشابه، تخمین زده می شود. این روش ها برای شباهت سنجی نیاز به کد گذاری حالات محیط دارند که در این تحقیق ناحیه بندی فضا که دارای حجم محاسباتی پایینی است مورد استفاده قرار گرفت. در این تحقیق کنترل ترافیک (به طور خاص مدیریت چراغ های راهنمایی) که دارای پویایی و پیچیدگی بالایی است به عنوان مورد مطالعاتی مطلوب انتخاب شد.

    کلیدواژگان: سامانه های چند عامله، یادگیری تقویتی پیوسته، ناحیه بندی فضا و کنترل ترافیک
  • حمید رادمنش*، امین رادمنش صفحات 79-91

    همان طور که می دانیم تغییرات ناگهانی در علایم حیاتی خلبانان امری بسیار مرسوم و درنتیجه سرعت و شتاب بالای هواپیما است و همچنین وجود وظیفه ای بسیار پیچیده ازجمله کنترل هواپیما، ردگیری هدف و...  وجود یک هلمت هوشمند جهت کمک به خلبان در جهت نشان دادن علایم حیاتی، اطلاعات رادار و هواپیما و همچنین اطلاعات مربوط به تقارن جهت هواپیما و سر به سریع ترین نوع ممکن، امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین هلمت هوشمند خلبان  با نصب حس گرهای موردنیاز علاوه برقرار دادن خلبانان در جریان آخرین فعالیت های فیزیکی بدن خود و کمک به انجام سریع تر ماموریت ها با نمایش این اطلاعات بر روی هلمت ،می توانند اقدامات پیشگیرانه را به هنگام بروز این موارد انجام دهند.  این سیستم می تواند علاوه بر نمایش  اطلاعات پرواز ، زاویه سر و اطلاعات علایم حیاتی خلبان مانند ضربان قلب ، فشارخون، میزان اکسیژن محلول در خون  و دمای بدن  بر روی هاد هلمت ، قابلیت ذخیره این اطلاعات بر روی سیستم پردازشگر مرکزی خود نیز دارد.

    کلیدواژگان: هلمت، هوشمند، علائم حیاتی، ابزار دقیق، دینامیک سل
  • محمد مهدی علامه*، مرتضی فتحی پور صفحات 93-99

    در طراحی ژیروسکوپ موج آکوستیکی توده ای BAW عموما لازم است که فرکانس تطبیق مدهای حسگری و تحریک بیشینه انتخاب گردند. چنین انتخابی فاکتورکیفیت ژیروسکوپ را بهبود می بخشد. دراین مقاله تاثیر شکل سوراخ هایی را که در مرحله رها سازی جرم آزمون ژیروسکوپ BAW ایجاد می شوند بر فرکانس تطبیق مدهای حسگری و تحریک بررسی می کنیم. ژیروسکوپ از نوع حلقه بسته فرض شده است که بر بستر SOI ساخته می شود. بویژه دو وضعیت برای سوراخ های مخروطی شکل مورد مطالعه قرار گرفته است. اگر یال هر سوراخ با بستر، زاویه داخلی منفرجه بسازد، اختلاف فرکانس بین مدی کمتر و اگر زاویه  داخلی حاده بسازد اختلاف فرکانس بین مدی بیشتر می شود.

    کلیدواژگان: تطبیق فرکانس، جرم آزمون، ژیروسکوپ موج آکوستیکی توده ای BAW، سوراخکاری
  • همایون عریضی*، محمدجواد سیاه کاری صفحات 101-107

    این مقاله به بررسی و تحلیل و طراحی تزویجگر (پیوننده) نامتقارن چندبخشی با امپدانس های پایان دهی متفاوت می پردازد. ساختار یک پیوننده خط کوپل شده مورد تحلیل و بررسی قرارگرفته است. در ابتدا ماتریس امپدانس آن استخراج شده است. در ادامه ماتریس انتقال به دست آمده، سپس ماتریس انتقال یک پیوننده جهتی نامتقارن چندبخشی بر اساس مشخصات آن، استخراج شده است. درنهایت ماتریس انتقال کلی تزویجگر (پیوننده) به ماتریس امپدانس آن تبدیل شده، و سپس ماتریس پراکندگی آن استخراج شده است. از روش حد اقل مربعات کاهش یافته به منظور طراحی تزویجگر (پیوننده) جهتی نامتقارن استفاده شده است. تابع خطا، که خود تابعی از ابعاد فیزیکی ساختار می باشد، بر اساس پارامترهای پراکندگی پیوننده جهتی نامتقارن تشکیل شده است. ابعاد فیزیکی ساختار (طول و  پهنای خطوط و فاصله ی میان آن ها) با کمینه سازی تابع خطا به وسیله کد نوشته شده در نرم افزار MATLAB و استفاده از الگوریتم ژنتیک (GA) و الگوریتم گرادیان مزدوج (CGM) به دست می آید، سپس نرم افزار تحلیل تمام موج HFSS به منظور نهایی کردن ساختار بهینه تزویجگر (پیوننده) جهتی نامتقارن مورداستفاده قرارگرفته است. درنهایت یک مثال از تزویجگر (پیوننده) جهتی نامتقارن بر روی زیرلایه Rogers 4003 طراحی و ساخته شده، که نتایج اندازه گیری آن با نتایج شبیه سازی تطابق دارد .ضریب تزویج (پیوند) این ساختار 6 dB می باشد و در بازه فرکانسی 5.2 - 6.2 GHz با امپدانس های پایان دهی 50، 50، 75 و 100 اهم  طراحی شده است.

    کلیدواژگان: پیوننده، پیوننده جهتی، پیوننده جهتی نامتقارن، پیوننده چندبخشی جهتی نامتقارن، تطبیق امپدانس
  • حسام فلاح قویدل، سید محمد موسوی گزافرودی*، روزبه اسد صفحات 109-118

    در این مقاله یک مدل دینامیکی برای سیستم موتورهای بدون جاروبک جریان مستقیم ارایه شده است، که با استفاده از کنترل کننده فازی تطبیفی مقاوم مبتنی بر رویگر کنترل می شود. روش کنترلی پیشنهادی از مدل دقیق گشتاور استفاده می کند که بسیار موثرتر از روش های مرسوم است. طرح پیشنهادی بسیار ساده، دقیق و مقاوم می باشد و بوسیله آن می توان گشتاور، نیروی پیشران و سرعت پروانه موتور را کنترل نمود. بر اساس الگوریتم فازی تطبیقی، در این مقاله یک تخمینگر مبتنی بر رویتگر بکارگیری شده است که از یک تابع فیدبک خطا بعنوان ورودی سیستم فازی استفاده می کند تا بطور تطبیقی اثر اغتشاش خارجی و همچنین عدم قطعیت های ناشناس را جبران کند. گرچه در این طرح پیشنهادی عدم قطعیت ها محدود فرض می شوند، اما نیاز به شناخت این محدودیت ها نمی باشد. بوسیله یک کنترل مقاوم H∞ خطای ماندگار به سمت یک مسیر مطلوب کاهش می یابد و همچنین تاثیر خطا های مربوط به تقریب سیستم فازی و رویتگر را تقلیل دهد. این روش پایداری سیستم حلقه بسته را بر اساس شرایط اکیدا حقیقی مثبت و تیوری لیاپانوف تضمین می کند. نهایتا در نتایج شبیه سازی، برای نشان دادن تاثیر و کارایی تکنیک پیشنهادی، سیستم یک تراستر موتور بدون جاروبک مورد بحث قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: دینامیک موتور بدون جاروبک، کنترل گشتاور، کنترل نیروی پیشران، فازی تطبیقی مقاوم، رویتگر
  • سمیرا مودتی* صفحات 119-128

    بیماری های قلبی یکی از شایع ترین عوامل مرگ و میر در محدوده های سنی مختلف می باشد و تعیین دقیق نوع آریتمی براساس پردازش سیگنال های قلبی می تواند در کنار دانش پزشکی به تصمیم گیری درست در مورد وضعیت بیمار منتهی گردد. در این زمینه تشخیص نوع آریتمی و انتخاب شیوه درمانی مناسب بر اساس آن می تواند به یک مسئله چالش برانگیز تبدیل گردد زیرا امکان بروز خطا در این تصمیم گیری توسط پزشک وجود دارد. به منظور بررسی دقیق جزییات سیگنال قلبی ثبت شده از بیمار، بکارگیری تکنیک های پردازش و تحلیل سیگنال می تواند اهمیت بسیاری داشته باشد. در این مقاله، تشخیص نوع آریتمی به کمک ترکیب ویژگی های مورفولوژیکی و ضرایب تبدیل بسته موجک صورت می گیرد. به منظور کاهش بعد این دسته ویژگی ها از الگوریتم تحلیل مولفه های اساسی تنک ساختار یافته استفاده می شود. سپس از این بردار ویژگی به منظور یادگیری مدل های بازنمایی کننده ساختار داده مربوط به هر نوع آریتمی قلبی به کمک الگوریتم فاکتورگیری ماتریس غیرمنفی تنک استفاده می گردد. دسته بندی داده ها در این روش براساس مقدار انرژی ضرایب تنک حاصل از بازنمایی داده صورت می گیرد. نتایج روش پیشنهادی با نتایج حاصل از سایر روش های مطرح در این حوزه و نیز سایر طبقه بندهای مبتنی بر شبکه عصبی و ماشین بردار پشتیبان مقایسه شده است. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها نشان می دهد که روش پیشنهادی مبتنی بر ویژگی های ترکیبی معرفی شده و مدل های آموزش دیده قادر به دسته بندی انواع آریتمی قلبی با دقت بالا خواهد بود.

    کلیدواژگان: آریتمی قلبی، ویژگی مورفولوژیکی، تبدیل بسته موجک، تجزیه مولفه های اساسی تنک ساختار یافته، الگوریتم فاکتورگیری ماتریس غیرمنفی تنک
  • وصال حکمی*، فرناز نیک نیا صفحات 129-140

    افزایش دما در پردازنده های چندهسته ای سبب افزایش توان مصرفی و کاهش طول عمر مفید پردازنده می شود. بهینه سازی انتساب کارها به هسته ها، راهکاری کارآمد برای مدیریت حرارتی این نوع پردازنده ها است. چالش اصلی در مساله انتساب برخط، عدم قطعیت هایی است که محیط عملیاتی چندهسته ای با آنها روبرو می باشد که شامل: ورود تصادفی کارها به سیستم، جفت شدن تصادفی کارها با یکدیگر و تغییرات پروفایل دمایی تراشه در زمان می شود. در این مقاله، راهکاری برای انتساب برخط کارها به هسته ها ارایه شده است که در آن برای لحاظ سیستماتیک عوامل تصادفی، مسئله ی انتساب در قالب یک فرآیند تصمیم سازی مارکوف زمان-پیوسته مدل سازی می شود. برای محاسبه سیاست بهینه انتساب کارها،  الگوریتمی مبتنی بر یادگیری تقویتی زمان-پیوسته پیشنهاد شده است که می تواند بی نیاز از دانش از پیش در خصوص مدل احتمالاتی سیستم، تنها از طریق دریافت بازخوردهای واقعی در زمان اجرا، انتساب بر خط بهینه را تعیین نماید. همچنین، جهت تضمین کارکرد در ابعاد بالای مولفه های وضعیت سیستم (تعداد زیاد حسگر های دمایی و صف نامتناهی)، از تکنیک تقریب تابع برای رفع معضل بعدیت استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که راهکار پیشنهادی به اندازه ی 6 درجه ی سانتی گراد میانگین دمای بیشینه ی سیستم و به میزان 66 میلی ثانیه زمان سرویس کارها را کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: پردازنده های چندهسته ای، انتساب برخط کارها، مدیریت گرمایی و یادگیری تقویتی
  • علی جباری*، فردریک دوباس صفحات 141-151

    ماشین های بدون جاروبک آهنربای دایم آهنربای داخلی برای کاربری در سیستم های سرعت بالا مورد توجه هستند. ارایه یک مدل تحلیلی دقیق برای تعیین مشخصات عملکرد این ماشین ها از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از چالش های طراحی ماشین های آهنربای دایم، پیش بینی پدیده گشتاور ضربانی ناشی از وجود گشتاور دندانه ای و ریپل گشتاور می باشد. در این مقاله، یک مدل تحلیلی دو بعدی دقیق برای محاسبه پتانسیل برداری مغناطیسی در ماشین های بدون جاروبک آهنربای دایم نوع داخلی با در نظر گرفتن تاثیر شیارهای استاتور، جهت مغناطیسی آهنرباهای دایم، ترکیب سیم پیچی و شیارهای کمکی ارایه شده است. روش تحلیلی پیشنهادی مبتنی بر حل معادلات لاپلاس و پواسون به کمک روش زیر ناحیه می باشد. در روش ارایه شده، برای دستیابی به مدل تحلیلی ساده تر، با اعمال تغییر متغیر، سیستم مختصات قطبی به کارتزین تبدیل می شود. در اینصورت در عبارت های ریاضی پتانسیل برداری مغناطیسی به جای بهره گیری از توابع نمایی از توابع هایپربولیک استفاده شده است. برای اعتبارسنجی دقت مدل پیشنهادی، عملکرد یک نمونه موتور بدون جاروبک آهنربای دایم داخلی با توان 1 کیلووات با سرعت نامی 6000 دور بر دقیقه به روش تحلیلی، عددی و تجربی بررسی می شود. مقایسه نتایج عملکرد این موتور نشان از همخوانی نتایج تحلیلی، عددی و تجربی دارد.

    کلیدواژگان: ماشین اسپوک تایپ، مدلسازی تحلیلی، روش زیرناحیه، روش تحلیل اجزای محدود، اعتبارسنجی تجربی
|
  • Hamidreza Ahmadzadeh, Shahram Aghaei*, Masoud Shafiee Pages 1-10

    In this paper, a novel offset-free control strategy is proposed for delayed discrete-time linear systems with constraint in control input and state. The proposed strategy is based on the reference input management approach and consists of two control loop: inner and supervisory loop control. At first, an augmented delay-free model is introduced and its controllability is investigated. Then, necessary and sufficient conditions for offset-free control of delayed systems are expressed. According to the augmented model and regardless the constraints presence, a suitable tracking controller is designed to form inner loop. The proposed tracking controller is determined in such a way that the resulted closed-loop model to be applicable to compute the so-called maximal output admissible set (MOAS) as the core of reference governor (RG) strategy. Finally, the supervisory loop is formed by reference governor (RG) block to manage the manipulated reference input for guaranteeing the constraint satisfaction. At the end, a numerical example illustrated to show the efficiency of the proposed strategy.

    Keywords: Time-delay Systems, Reference Input Governor, Offset-free Control, Input, State Constraints
  • Razieh Farazkish* Pages 11-16

    This study focuses on the state of the art in the field of bio-nanorobotics by describing various molecular level systems and associated design issues. Bio-nano robots are controllable machines at the nano meter or molecular scale that are composed of nano-scale components. With the modern scientific capabilities, it has become possible to attempt the creation of bio-nanorobotic devices and interface them with the macro world for control. There are countless such machines that exist in nature and there is an opportunity to build more of them by mimicking nature. Even if the field of nanorobotics is fundamentally different than that of macro robots due to the differences in scale and material, there are many similarities in design and control techniques that eventually could be projected and applied. A roadmap towards the progression of this field is proposed and some design concept and philosophies are illustrated. There are many applications for bio-nanorobotic systems and its biggest impact would be in the area of medicine. Also, this study utilizes the bio-nanorobots characteristics to design fault-tolerant systems and reliability modeling that are more powerful in terms of implementing robust digital function.

    Keywords: Bio-nano robots, nano devices, reliability modeling, fault tolerance
  • Mojdeh Heydari, Vahid Meigoli, Abolhassan Razminia* Pages 17-23

    Lyapunov method is an effective method to prove the stability of the equilibrium points of dynamical systems. One of the applications of the Lyapunov analysis, is estimation of the region of attraction. In general, based on the selected Lyapunov function, a portion of the region of attraction is estimated that may not be the best. In this paper, via proposing an algorithm for generating Lyapunov candidate functions in a series from, a method is developed by which, in each step ahead, a modified estimation of the region of attraction is presented. The main idea of generation of the mentioned entries, is constructing a new Lyapunov function using a linear combination of the current Lyapunov function with its derivative. According to each candidate Lyapunov function, a region of attraction is constructed so that in the generation process of the new functions, every estimated region of attraction is subset of the next estimation. Finally, to show the effectiveness of the obtained results, some numerical examples are simulated.

    Keywords: Nonlinear systems, Lyapunov function series, asymptotic stability, improvement of region of attraction
  • Amin Noori*, Elnaz Kalhor, MohammadAli Sadrnia, Sara Saboori Rad Pages 25-37

    Melanoma is one of the most dangerous types of cancers and every year, many people suffer from this cancer. Hence, quick diagnosis and treatment are significantly important for the physicians. In the recent decade, intelligent methods have attracted considerable attention for diagnosing and treating the melanoma. The main objective of this paper is determining the optimal dosage of the drug for the elimination of the cancer cells while preventing from the side effect of the drug on the normal cells. To this aim, the Q-learning algorithm is employed. In order to select the actions, a Case-Based Reasoning (CBR) policy is used, which is an accelerated heuristic policy. The considered policy has increased the learning speed and reduced the overall time, to reach the optimal policy. The half-life effect of the drug is also considered to obtain the side effect of the drug on the patientchr('39')s body, at each time step. In order to demonstrate Q-learning algorithm performance in cancer cells control and optimal dosage determination purposes, Q-learning is compared with two methods, including fix dosage injection method and Hamiltonian method, which is one of the most important optimal control methods. Finally, it is revealed that the total injected dosage by using Reinforcement Learning method (Q-learning) is significantly reduced within the whole period of time in comparison with employing the optimal control and a fixed dosage injection cases. The number of cancer cells is controlled, as well. It should be noted that by applying the noise and uncertainty to the system parameters and the initial conditions, the proposed method can successfully control the cancer cells.

    Keywords: melanoma cancer, Q-learning algorithm, case based reasoning, side effect of the drug, half-life of drug, optimal control
  • Ali Fazli, MohammadHosein Kazemi* Pages 39-50

    This paper proposes a new computed torque strategy to control the robotic manipulators using polytopic linear parameter varying (LPV) modeling method. An LPV representation of the robot is generated by identification of its dynamic in different workspace points about an arbitrary full-path trajectory. Identification of the models is done by using the least square of errors  algorithm. By utilization of parameter set mapping based on parameter component analysis (PCA) a reduced polytopic LPV model is obtained that reduces the complexity of the implementation. In the conventional computed torque control, it is necessary to know the dynamical model of the robot while in the proposed method an estimation of the required torque is computed based on the obtained LPV model. The control gain matrix is derived by solving a set of linear matrix inequalities (LMIs) that takes the time derivative of the Lyapunov function to the sufficiently small value. Sufficient conditions are provided to ensure the asymptotic stability of the closed loop LPV system against the torque estimation error. The proposed scheme is applied to trajectory tracking control of a six degree of freedom (DOF) PUMA 560 robot manipulator.

    Keywords: Computed torque control, Polytopic LPV modeling, LMI, Nonlinear systems, Robot Manipulator
  • Arshia Badi, Ahmadreza Vali*, Vahid Behnamgol Pages 51-62

    In this paper, a new autopilot  is designed using backstepping adaptive second-order sliding mode.Autopilot designed is a good result  against uncertainty and perturbations. It also ensures convergence limited time, Reduce chattering, increased control accuracy and the need to derive the sliding surface of the other features of this method of control. One feature of this method is that comparative gains that have poor information uncertainty and uncertainty is implemented. Autopilot designed both the exterior and interior have been included for each section, Designed for each section in a similar way. The simulation results show that the reference signal on autopilot designed with adaptive backstepping second-order- sliding mode using super Twisting  algorithm compared to backstepping, sliding mode first order, adaptive backstepping first-order sliding mode tracking is faster and stronger.

    Keywords: Autopilot, pitch channel, the theory of second-order sliding mode, backstepping, adaptive
  • MohammadSaadi Mesgari Pages 63-78

    The Multi-agent systems has shown their usefulness as an efficient approach for modeling, analyzing as well as implementing complex, dynamic and distributed applications such as robotic teams, distributed control, resource management, traffic control, land use planning, crisis management, forest fire control and to name but a few. The main challenge in multi-agent systems is to find the suitable behavior for each agent that maximize the average utility rate of the whole system. Moreover, it is sometimes necessary that they learn new behaviors online, such that the performance of the whole system gradually improves. Thus, a learning mechanism is necessary so that agents gradually find the global optimal solution on their own. In this context, reinforcement learning as a promising approach for training agents could be useful such that the agent never sees examples of correct behavior but instead receives positive or negative rewards for the actions it tries. Thus, it allows agent to automatically determine the ideal behavior within a specific context, in order to maximize its performance. Each time the agent performs an action in its environment, a trainer may provide a reward to indicate the desirability of the resulting state and the agent tries to learn a control policy which is a mapping from states to actions that maximizes the expected sum of the received rewards. Continuous reinforcement learning algorithms which use generalization, the ability of a system to perform accurately on unseen data, perform properly in real-world problems. In practical point of view, there is a natural metric on the state space such that close states exhibit similar behavior so that the agents are able to deal with states never exactly experienced before and they can learn efficiently by generalizing from previously (similar, close) experienced states. The success of continuous reinforcement learning algorithms on real-world problems hinges on effective function approximator which maps states to values via a parameterized function. Among the many function approximator schemes proposed, tile coding which forms a piecewise-constant approximation of the value function and strikes an empirical balance between representational power and computational cost is applied in this research. The focus of this paper is to combine multi-agent systems with continuous state reinforcement learning by using tile coding. The proposed approached was validated using traffic signal control, in which traffic lights located at intersections can be seen as autonomous agents that learn while interacting with the environment. There are some challenging issues in traffic signal control such as high number of agents, nonstationarity of the multi-agent learning problem, the curse of dimensionality and continuity in state space which makes it as a suitable testbed. The reinforcement learning controller is benchmarked against optimized pretimed control. The results indicate that reinforcement learning agent achieves 21% less stop time compared to optimized pretimed control.

    Keywords: Single-phase asynchronous motor, SPIM, Rotor field oriented control, Speed estimation, Extended Kalman filter, EKF, On-line rotor resistance estimation
  • Hamid Radmanesh*, Amin Radmanesh Pages 79-91

    In last decade a lot of algorithms and novelties has been developed to reduce work’s stresses on pilots and increase safety of flight. The major records from aviation technology is design and implementation Helmets, cost efficiently and reliably. In this case we developed a domestic Helmet to monitor pilot’s vital function with advanced electrical instrumentation, fusion the radar’s data and angle of pilot’s head with PC-Stick and new mechanism for high-speed serial

    Keywords: Helmet, Intelligent, Vital sign, Instrumentation, Dynamixel
  • MohammadMehdi Allameh*, Morteza Fathipour Pages 93-99

    For the balk acoustic wave (BAW) gyroscopes it is desired to maximize the matching frequency of the drive and the sense modes, since this improves the quality factor of the device. In this paper, the effect of perforation shape formed during the fabrication release steps of a BAW gyroscope upon its sense / drive mode matching frequency is examined.The Gyroscope is assumed to be a closed loop built employing SOI technology. In particular, we have considered the effects of two categories of perforation shapes. If the proof mass holes are cone-shaped with interior obtuse angle, mismatch frequency between modes becomes smaller but if cones are made with interior acute angle, mismatch frequency increases.

    Keywords: Frequency matching, Proof mass, BAW gyroscope, Perforating
  • Homayoon Oraizi*, MohammadJavad Siahkari Pages 101-107

    This paper presents the analysis and design of an asymmetrical directional coupler (ADC) with arbitrary source and load impedances. The microstrip-coupled-line structure is analyzed and its impedance matrix is first obtained. Its transmission matrix is then determined. The transmission matrix of multi-section ADC is then obtained using its properties. Finally, the total transmission matrix is converted to the impedance matrix and then its scattering matrix is derived. The method of least squares (MLS) is applied for the design of ADC. An error function is constructed based on the scattering parameters of ADC, which is a function of its geometrical dimensions. The minimization of the error function determines its dimensions (namely widths and lengths of line sections and their spacings) by writing a software in MATLAB using the Genetic Algorithm (GA) and Conjugate Gradient Algorithm (CGM). The HFSS Full Wave Software is applied to finalize the optimum design of the ADC configuration. An example of the ADC is designed, fabricated (on the substrate ROGERS 4003) and measured as the proof of concept. Its coupling coefficient is 6 dB, frequency band is 5.2-6.2 GHz, terminal impedances are 50, 50, 75 and 100 Ohms.

    Keywords: Coupler, Directional Coupler, Asymmetric Directional Coupler, Multi-Section Asymmetrical Directional Coupler, Impedance Matching
  • Hesam Fallah Ghavidel, S. Mohammad Mousavi Gazafroudi*, Roozbeh Asad Pages 109-118

    In this paper, a new dynamical model is suggested for the Brush-Less DC (BLDC) thruster motors, by an observer-based robust adaptive fuzzy controller. The proposed control method utilizes an accurate thrust model which is more efficient than the other approach. The suggested scheme is very simple, accurate and robust, so that, a control method of thrust, torque, and speed of BLDC motors is available. Based on the adaptive fuzzy algorithm an observer-based estimator is presented that applies feedback error function as the input of the fuzzy system to estimate and adaptively compensate the external disturbance and unknown uncertainties of the system under control. Although the proposed controller scheme requires the uncertainties to be bounded, it does not require these bounds to be known. An H∞ robust controller is employed to attenuate the residual error to the desired level and recompense both the fuzzy approximation errors and observer errors. The proposed method guarantees the stability of the closed-loop system based on the Strictly Positive Real (SPR) condition and Lyapunov theory. Finally, in simulation studies, to demonstrate the usefulness and effectiveness of the proposed technique, a BLDC motor system is employed.

    Keywords: BLDC Dynamics, Thrust, Voltage Control, Robust Adaptive Fuzzy, Observer
  • Samira Mavaddati* Pages 119-128

    Classification of ECG arrhythmia along with medical knowledge can lead to proper decision-making on the patientchr('39')s condition. Also, classification of arrhythmia types is one of the challenging issues due to the need for detailed analysis of the extracted feature from ECG signal. Therefore, addressing this field using signal processing techniques can be very important. In this paper, various types of morphological features are used to determine the type of ECG arrhythmia. Sparse structured principal component analysis and sparse non-negative matrix factorization algorithms are used to learn the over-complete models based on the characteristics of each data category. Also, the wavelet packet transform coefficients are calculated in different decomposition level to learn over-complete dictionaries. The results of this categorization are compared with the results of the classification based on the neural network, support vector machine another methods presented in this processing field. The simulation results show that the proposed method based on the selected combinational features and learning the over-complete dictionaries can be able to classify the types of ECG arrhythmia precisely.

    Keywords: ECG arrhythmia classification, Morphological features, Wavelet packet transform, Sparse structured principal component analysis, sparse non-negative matrix factorization
  • Vesal Hakami*, Farnaz Niknia Pages 129-140

    Increase in chip temperature causes more power consumption in multi core processors and decreases the CPU lifetime. The optimization of online task assignment to processing cores is an efficient approach to control chip-wide temperature distribution. However, task assignment faces some uncertainties in the system (including: stochastic task arrival, random task pairings, and time-varying thermal profile variations). In this paper, an online task to core assignment approach is presented which uses Semi-Markov Decision Process to prevent performance reduction and considers randomness and uncertainties in system. As the transitional properties are not accessible and due to high dimension of system state components, the proposed approach uses function approximation to approximate action values in any system state. The simulation results show 6 centigrade decrease in system average peak temperature and 66 milliseconds decreases in task service time.

    Keywords: Multi-core Processors, Online Task Assignment, Thermal Management, Reinforcement Learning
  • Ali Jabbari*, Frédéric Dubas Pages 141-151

    An exact 2D analytical method for magnetic field and electromagnetic torque calculation in high speed spoke type interior permanent magnet Machines considering slotting effects, magnetization orientation and winding layout has been proposed in this paper. The analytical method is based on the resolution of Laplace and Poisson equations as well as Maxwell equation in polar coordinate by using sub-domain method and applying hyperbolic functions. The proposed method is applied on the performance computation of a prototype spoke type permanent magnet machine, i.e., a 3-phase 18S-8P motor. The analytical results are validated through FEA method and experimental tests.

    Keywords: Spoke type motor, Analytical modeling, Sub-domain method, FEM, Experimental validation