فهرست مطالب

سامانه های غیر خطی در مهندسی برق - سال دهم شماره 1 (پیاپی 17، بهار و تابستان 1402)

نشریه سامانه های غیرخطی در مهندسی برق
سال دهم شماره 1 (پیاپی 17، بهار و تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید سجاد موسی پور*، سید شهاب الدین سید صاحبی صفحات 4-32

    در این مقاله به کنترل آرایش بر پایه ساختار مجازی برای سیستم ربات موبایل غیرهولونومیک با دو مدل معادله سینماتیکی معین و نامعین پرداخته می شود. در ابتدا معادلات آرایش مدل معین محاسبه شده و سپس اثبات می شود که می توان با استفاده از تیوری کنترل مدلغزشی برای هر دو موبایل ربات در حال حرکت، یک شکل هندسی ایجاد کرده و آن حالت را حفظ کرد. در ادامه پس از محاسبه معادلات آرایش مدل نامعین، یک کنترل کننده مدلغزشی طراحی می شود که قادر است مدل نامعین را با شرط داشتن محدوده نامعینی معادله سینماتیک، کنترل کند. برای هر طراحی، با استفاده از تیوری پایداری لیاپانوف پایداری سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. در پایان، به منظور مقایسه عملکرد کنترل کننده های طراحی شده، یک کنترل کننده بازگشت به عقب از قبل طراحی شده معرفی می شود و نتایج در قالب شبیه سازی ارایه خواهد شد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد موثر کنترل کننده های طراحی شده می باشد.

    کلیدواژگان: سیستم چند عامله، آرایش، ساختار مجازی، منابع تولید پراکنده، روبات سیار غیر هولونومیک، کنترل مد لغزشی
  • سیمین حسین زاده، رمضان هاونگی* صفحات 33-59

    از خصوصیات سیستم های فیزیکی وجود اغتشاش و عدم قطعیت است که می تواند موجب کاهش کارایی و یا نا پایداری در سیستم های صنعتی گردد. بازوی رباتیک نیز یکی از سیستم های پرکاربرد در صنعت است که به شدت تحت تاثیر اغتشاش های گوناگون قرار می گیرد. ایجاد فرایند کنترلی مناسب جهت حذف اغتشاش یکی ازملزومات استفاده از این سیستم ها می باشد. از طرفی، بازوی رباتیک سیستمی به شدت غیرخطی دارد، بنابراین برای تخمین اغتشاشات ورودی به آن، نیاز به استفاده از تخمین گری است که برای سیستم های غیرخطی نیز کارا باشد. در این مقاله از رویتگر اغتشاش غیرخطی[1] برای تخمین اغتشاش ثابت و اغتشاش نوسانی موجود در بازوی ربات استفاده شده است. از طرفی، کنترل کننده های عادی توانایی مقابله با اغتشاشات متفاوت را نداشته و نیاز به کنترل کننده ی دیگری که دربرابر اغتشاشات و عدم قطعیت ها مقاوم باشد احساس می شود. لذا این مقاله ساختار کنترل کننده نظارتی را برای پایداری و حذف اغتشاش پیشنهاد می دهد. کنترل نظارتی شامل دو سطح است که سطح اول برای شرایط بدون اغتشاش طراحی شده است و سطح دوم در هنگام شناسایی اغتشاش و یا شرایط غیرعادی وارد عمل می گردد. در این مقاله، سطح اول کنترلی از PD[2] جهت پایدارسازی در حال عادی استفاده می نماید، لیکن ازآنجاکه PD به تنهایی توانایی مقابله با اغتشاش ها و عدم قطعیت ها را ندارد، ساختار کنترل کننده نظارتی [3] وارد عمل شده و برای پایداری و حذف اغتشاش از کنترل کننده مد لغزشی SMC))[4] بهره خواهد برد. در واقع روش پیشنهادی، برپایه ی اغتشاش های پیش بینی شده تصمیم می گیرد که از کدام سطح کنترلی استفاده نماید و سیگنال کنترلی مناسب را برای پایداری مجانبی سیستم تولید کند. به علاوه،در  این مقاله اثبات می شودکه کنترل مد لغزشی ساده توانایی مقابله با اغشاش ناسازگار [5] ربات را نداشته و برای پایدارسازی از کنترل مد لغزشی نوین (NSMC)[6]  استفاده می شود. برای ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی  در چندین حالت شبیه سازی انجام شده است که نتایج عددی مزیت و کارایی کنترل کننده جدید پیشنهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: بازوی رباتیک، کنترل کننده PD، اغتشاش نوسانی، رویتگر اغتشاش، کنترل کننده مد لغزشی، کنترل کننده نظارتی
  • حامد ریاضتی سرشت*، کریم محمدی صفحات 60-83

    مسیله کمبود نمونه های آموزش یکی از چالش های اصلی در به کارگیری شبکه های عصبی کانولوشنال عمیق [1] برای طبقه بندی اصوات محیطی [2] است. یکی از رویکرد های مورد توجه برای مواجه با چالش مذکور، انتقال یادگیری [3] است که در آن مدلی از پیش آموزش دیده به روی دادگانی با ابعاد بزرگ [4]، به کابرد هدف با اعمال تنظیمات جزیی [5] تطبیق داده می شود. در این پژوهش، ما نشان می دهیم که در هر لایه همه نورون/کرنل ها تاثیر یکسانی در تشخیص نمونه های کلاس های مختلف ندارند، بلکه به ازای هر کلاس زیرگروهی خاص نقش اصلی و حیاتی را در طبقه بندی بازی می کند. از این رو و با توجه به وجود شباهت های زیاد بین برخی ازکلاس های مبدا و هدف، پیشنهاد می کنیم که تمرکز تنظیمات جزیی در هر لایه تنها معطوف به زیرگروهی از نورون/کرنل ها شود که به شدت نیازمند تغییرات هستند و مسیول اصلی خطا در طبقه بندی نمونه های ورودی هستند، و باقی دست نخورده رها شوند. برای شناسایی زیرگروه های مذکور، یک مسیله یادگیری تو در تو طرح می کنیم و یک رویکرد تکاملی موثر برای حل آن پیشنهاد می کنیم. ارزیابی روش پیشنهادی بیانگر بهبود مطلق به اندازه 1.9% و 2.3% در دقت طبقه بندی [6] به ترتیب به روی دادگان های ESC-50 و DCASE-17 نسبت به روش مرسوم انتقال یادگیری است؛ بهبودی که بدون اضافه کردن داده جدید و تنها با بهره برداری موثرتر از دانش موجود در شبکه از پیش آموزش دیده بدست آمده است. همچنین، افزایش زمان آموزش به ازای روش تکاملی پیشنهادی کم و در حدود یک سوم زمان لازم برای آموزش شبکه از ابتدا [7]  برآورد شده است.

    کلیدواژگان: یادگیری عمیق، شبکه های عصبی کانولوشنال، انتقال یادگیری، الگوریتم ژنتیک، طبقه بندی اصوات محیطی
  • ولی الله غفاری*، حسن محمدخانی صفحات 84-97

    معمولا وجود محدودیت در سیگنال شتاب جانبی، اثرات نامطلوبی بر پایداری و عملکرد حلقه هدایت خواهد داشت. به منظور بهبود پاسخ گذرای سیستم در حضور ورودی مقید، فیدبک غیرخطی ترکیبی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در این روش، قانون هدایت علاوه بر قسمت خطی مرسوم دارای یک عبارت غیرخطی اضافی می باشد. در نتیجه مشخصات کیفی پاسخ گذرای سیستم با کمک آن تغییر داده می شود. بخش غیرخطی تابعی از نرخ زاویه خط دید بوده به گونه ای که در مبدا و در بینهایت بی اثر گردد. همچنین در محدوده خاصی از نرخ زاویه خط دید، آن عبارت اضافی بر پاسخ گذرای سیستم متاثر می باشد. در این مقاله، برای بخش خطی قانون هدایت، هدایت تناسبی انتخاب شده است. از این رو، با استفاده از ایده فیدبک غیرخطی ترکیبی، یک الگوریتم هدایت برای مساله ردیابی هدف ارایه می گردد. با هدایت پیشنهادی، پایداری سیستم هدایت با نظریه پایداری لیاپانف به صورت تحلیلی اثبات می گردد. سپس رویکرد مطرح شده در یک مثال عددی شبیه سازی شده و نتایج آن با روش هدایت موجود مقایسه خواهد شد. در حضور قید در ورودی شتاب، همان گونه مورد انتظار است هدایت پیشنهادی در قیاس با سایر رویه های مشابه، با تضمین پایداری حلقه، عملکرد و پاسخ گذرای حلقه هدایت را به طور چشم گیری بهبود می دهد.

    کلیدواژگان: قانون هدایت، فیدبک غیرخطی ترکیبی، زاویه خط دید
  • سهیل رنجبر* صفحات 98-116

    در این مقاله، یک روش جدید جهت آشکارسازی ناپایداری گذرای ناحیه گسترده ولتاژی سیستم قدرت به کمک تیوری بیزین ارایه می شود. الگوریتم پیشنهادی روشی موثر برای طبقه بندی داده های دینامیک شیکه بوده به نحوی که برای طبقه بندی داده ها از یک سری جفت داده ها به عنوان پارامترهای ورودی-خروجی برای الگوریتم بیزین استفاده می شود. برای این منظور، با توجه به مفهوم مشاهده پذیری، سیگنال های سراسری با بالاترین نرخ دقت مشخص می شوند و به عنوان سیگنال های کاندید ورودی به رله پیشنهادی بیزین مورد ارزیابی و تست قرار می گیرند. همچنین برای آموزش رله بیزین پیشنهادی، با استفاده از تکنیک انتخاب ویژگی در محیط برون خط، ویژگی هایی با قابلیت تخمین رفتارهای دینامیکی ژنراتورهای سنکرون شناسایی شده و به عنوان ورودی به رله انتخاب می شوند. برای استخراج نتایج از یک شبکه آزمایشی استاندارد 39 باسه IEEE استفاده شده و خطاها در شرایط مختلف به شبکه اعمال و پارامترهای پیشنهادی در دو زمان قبل از خطا و بعد از خطا نمونه برداری می شوند. نتایج به دست آمده نشان دهنده توانایی روش به کار رفته در یافتن تابع هدف و تشخیص یک وضعیت ناپایداری ناحیه گسترده ولتاژی است.

    کلیدواژگان: ناپایداری گذرای ولتاژی، آشکارسازی، داده کاوی، تئوری بیزین
  • فرهاد امیری، محمدحسن مرادی* صفحات 117-146

    مسیله کنترل فرکانس در سیستم قدرت اهمیت فراوانی دارد. حضور توربین بادی در سیستم قدرت، کنترل فرکانس را با چالشهایی روبرو می کند. به منظور بهبود کنترل فرکانس سیستم قدرت در حضور توربین بادی، در این مقاله، یک روش کنترلی جدید طراحی شده است. در این روش به کنترل هماهنگ سیستم کنترل فرکانس-بار و ذخیره ساز ابررسانا با استفاده از کنترل کننده آبشاری PD-FOPID پرداخته شده است. عضو PD در این نوع کنترل کننده به تغییرات فرکانس سیستم قدرت سریعتر پاسخ می دهد و همچنین عضو FOPID در برابر عدم قطعیت پارامترهای سیستم و اغتشاشات وارد بر آن عملکرد مطلوبی را دارا می باشد. در این مقاله به حل مشکل الگوریتم جستجوی جغد پرداخته شده است. با توجه به اینکه الگوریتم جستجوی جغد ممکن است در بهینه محلی گیر کند. در این مقاله راه حل هایی به منظور حل این مشکل الگوریتم جستجوی جغد ارایه شده است که الگوریتم جستجوی جغد توسعه یافته نامیده شده است و به منظور بهبود عملکرد کنترل کننده PD-FOPID از الگوریتم جستجوی جغد توسعه یافته برای تنظیم بهینه پارامترهای آن استفاده شده است. روش کنترلی پیشنهادی با چندین روش از جمله: کنترل هماهنگ سیستم کنترل فرکانس-بار و ذخیره ساز ابررسانا با استفاده از کنترل کننده مقاوم، کنترل هماهنگ سیستم کنترل فرکانس-بار و ذخیره ساز ابررسانا با استفاده از کنترل کننده  PID بهینه شده با الگوریتم ازدحام پروانه، سیستم کنترل فرکانس-بار با استفاده از کنترل کننده  PID بهینه شده با الگوریتم ازدحام پروانه با در نظر گرفتن ذخیره ساز ابررسانا و بدون در نظر گرفتن ذخیره ساز ابررسانا درچهار سناریو مقایسه شده است و نتایج نشان دهنده برتری عملکرد روش پیشنهادی در برابر سایر روش های ذکر شده است. روش پیشنهادی در برابر اغتشاشات بار، اغتشاشات ناشی از توربین بادی و نیز عدم قطعیت مربوط به پارامترهای سیستم مقاوم است.

    کلیدواژگان: ذخیره ساز ابر رسانا، کنترل کننده آبشاری، توربین بادی، الگوریتم جستجوی جغد توسعه یافته
|
  • Seyyed Sajjad Moosapour*, Seyed Shahab Aldin Seyed Sahebi Pages 4-32

    In this paper, formation control based on the virtual structure for the non-holonomic mobile robot system with two models of certain and uncertain kinematic equations is discussed. First, the formation equations of a certain model are calculated and then it is proved that it is possible to create a geometric shape and maintain that state by using the sliding model control theory for any two moving mobile robots. Then, after deriving the formation equations of the uncertain model, a sliding model controller is designed that is able to control the uncertain model provided that the uncertainty range of the kinematic equation is present. For each design, the stability of the system is guaranteed using the Lyapunov stability theorem. Finally, in order to compare the performance of the designed controllers, a pre-designed back-stepping controller is introduced and the results will be presented in the form of simulations. The simulation results show the effective performance of the designed controllers.

    Keywords: Multiagent system, Formation, Virtual Structure, Nonholonomic Mobile Robots, Sliding mode control
  • Simin Hosseinzadeh, Ramazan Havangi* Pages 33-59

    Disturbance and uncertaities exist in industrial systems and greatly affect the performance and stability of these systems. The robotic manipulator is one the most widely used devices in the industry that is highly affected by various disturbances. Hence establishing a proper control algorithm to estimate and eliminate disturbances seems crucial. Since the robotic manipulator is a highly nonlinear system, we need to design a nonlinear disturbance observer. In this thesis a nonlinear disturbance observer is proposed to estimate the constant and oscillatory disturbances in the studied system. On the other hand, since proportional-derivative controllers (PD) are widely used in industrial systems, so in this thesis, a suitable proportional derivative controller will be designed. This controller is not capable of dealing with disturbances and uncertainties, so a new supervisory controller structure has been proposed to estimate disturbances and stabilize the system. The core of proposed controller uses a new sliding model controller. Finally, some comparisions with PD and super twisting sliding mode controllers have been performed in several cases and the numerical results show the advantages of the proposed controller.

    Keywords: Robotic Manipulator, Nonlinear Disturbance Observer, Sliding Mode Control, Supervisory Control
  • Hamed Riazati Seresht*, Karim Mohammadi Pages 60-83

    Insufficient training data is one of the main challenges of utilizing deep Convolutional Neural Networks (CNNs) for Environmental Sound Classification (ESC). As a promising solution, Transfer Learning (TL) has addressed this issue by adapting a network pre-trained on a large-scale dataset to the target task. In this paper, we demonstrate that not all neurons/kernels of every layer in CNN networks are equally utilized to process the inputs of different classes, but there is a specific subgroups of neurons/kernels in every layer that play the key role in classification of every output class. Based on this observation and due to similarities that exist between feature spaces of some source and target classes, we propose to concentrate the fine-tuning process only on those neurons/kernels that do need changes and have the greatest impact on misclassifying target data. To identify these neurons/kernels, we pose a nested optimization problem for which we propose an effective evolutionary approach as solution.  Compared to the conventional fine-tuning approach, our proposed method achieves absolute improvements of about 1.9% and 2.3% in accuracy on ESC-50 and DCASE-17, respectively; remarkable improvements produced not by adding augmented data but with a more efficient utilization of knowledge stored in the pre-trained network. It is noteworthy that the computation time overhead of the proposed evolutionary method is rather small (about one third of the time required to train the model from scratch.

    Keywords: Deep learning, Convolutional Neural Networks, Transfer Learning, Genetic Algorithm, Environmental sound classification
  • Valiollah Ghaffari*, Hasan Mohammadkhan Pages 84-97

    Usually, constrained lateral acceleration would have undesirable effects on the stability and performance of a guidance system. The composite nonlinear feedback (CNF) can be effectively used to improve the transient response of the closed-loop system in the presence of the constrained input. In this way, guidance law consists of an extra nonlinear term besides the conventional linear one. As a result, such a term adjusts the qualitative characteristics of the transient response. Meanwhile, the nonlinear term is a function of the rate of line-of-sight (LOS) angle which is not activated at origin and infinity. Thus it would be effective only in a specified region. In this paper, proportional navigation is employed for the linear term of the CNF-based guidance law. Therefore, a guidance algorithm is developed for tracking problems using the CNF idea. Applying the proposed guidance method, the closed-loop stability is analytically proved via the well-known Lyapunov stability theory. The suggested approach is simulated in a numerical example. Then the results are compared with an existing technique. As expected, guaranteeing closed-loop stability, in contrast to a similar method, the addressing scheme considerably improves the performance and transient response of the guidance system in the presence of lateral acceleration limitations.

    Keywords: Guidance law, composite nonlinear feedback, line-of-sight
  • SOHEIL RANJBAR* Pages 98-116

    This paper presents a new online scheme of estimating power system transient voltage instability of interconnected synchronous generators using intelligent Bayesian theory based on wide area signals from WAMS data. For this purpose, by using online measurement of the system oscillatory signals gathered from WAMS technology and developing them as a series of input-output pairs data, the system dynamic category (stable/unstable) are achieved and used for Bayesian training. The proposed scheme is an online non-model-based technique with the ability of estimating binary decisions among the power system dynamic signals. In the case of evaluating effectiveness of the developed algorithm, by using an IEEE 39 test system, different fault events with the potential of transient voltage instabilities are investigated. In this case, considering two sampling data at pre-fault and post-fault occurrence moments, the system dynamic statues are estimated. Results present ability of the proposed scheme for fast and secure estimations of the system transient voltage instability.

    Keywords: Transient Voltage Instability, Estimation, Data Mining, Bayesian Theory
  • Farhad Amiri, MohammadHassan Moradi* Pages 117-146

    The issue of frequency control is very important in the power system. The presence of wind turbine in the power system makes frequency control challenging. In order to improve the frequency control of the power system in the presence of wind turbine, in this paper, a new control method is designed. In this method, the coordinated control of load-frequency control (LFC) system and superconducting magnetic energy storage (SMES) has been discussed using PD-FOPID cascade controller. The PD member in this type of controller responds to the frequency changes of the power system faster and also the FOPID member has a favorable performance against the uncertainty of the system parameters and disturbances. In this paper, the problem of owl search algorithm is solved. Considering that the owl search algorithm may get stuck in the local optimum. In this paper, solutions are presented to solve this problem of the owl search algorithm, which is called the developed owl search algorithm, and in order to improve the performance of the PD-FOPID controller, the developed owl search algorithm is used to optimally adjust its parameters. . The proposed control method with several methods including: Load frequency control (LFC) and superconducting magnetic energy storage (SMES) based on the robust controller, LFC and SMES based on the MSA-PID controller, LFC based on the MSA-PID controller with SMES and LFC based on the MSA-PID controller without SMES has been compared in four scenarios and the results show the superiority of the proposed method over the other mentioned methods. Is. The proposed method is resistant to load disturbances, disturbances caused by wind turbines, and uncertainty related to system parameters.

    Keywords: Superconducting magnetic energy storage, Cascaded controller, Wind turbine, Developed owl search algorithm