فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال بیست و چهارم شماره 4 (پیاپی 82، زمستان 1402)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال بیست و چهارم شماره 4 (پیاپی 82، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/27
  • تعداد عناوین: 8
|
  • علی میرزایی، نوید تقی زادگان کلانتری*، سجاد نجفی روادانق صفحات 215-228

    امروزه با رشد تقاضای خودروهای الکتریکی هیبریدی در ریزشبکه ها، تامین برق، مسائل زیست محیطی و زمان بندی مجدد از جمله چالش های ریزشبکه هاست که باید حل و راه حل های مناسبی ارائه شود. برای غلبه بر این چالش ها، این مقاله یک مدل بهینه سازی چندهدفه جدید را معرفی می کند که در هدف اول، هزینه کل بهره برداری ریزشبکه را به حداقل می رساند و در هدف دوم با کاهش مقدار انرژی تامین نشده، مقدار شاخص قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد. به دلیل این دو هدف، الگوریتم بهینه سازی مرغ دریایی چندهدفه تکاملی برای یافتن بهترین راه حل های محلی مورد استفاده قرار می گیرد. در این راستا خودروهای الکتریکی هیبریدی و برنامه های پاسخ به تقاضا برای هموارسازی قیمت های گرهی توزیع و کاهش میزان انتشار دی اکسید کربن استفاده می شود. شبکه توزیع 69باسه برای ارزیابی کارایی روش پیشنهادی استفاده گردیده است.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، خودروی الکتریکی، الگوریتم بهینه سازی مرغ دریایی چندهدفه تکاملی، انرژی تجدیدپذیر، قیمت های گرهی توزیع، برنامه پاسخگویی بار
  • اشکان ضرغامی، مهدی سیاهی*، فریدون نوشیروان راحت آباد صفحات 229-242

    در این مقاله، جبران سازی عفونت HIV با استفاده از کنترل مد لغزشی مبتنی بر داده در تلفیق با شبکه عصبی بازگشتی تصویر مورد توجه قرار گرفته است. اهداف اصلی تعیین قوانین کنترلی به گونه ای است که نیازی به معادلات ریاضی عفونت HIV نباشد و محدودیت فیزیکی محرک نیز برآورده شود. این کار با توسعه مبانی کنترل تطبیقی مستقل از مدل صورت می گیرد که در آن از خطی سازی دینامیکی محلی مبتنی بر تخمین مشتق شبه جزئی برای توصیف رابطه بین ورودی و خروجی استفاده می شود. برای تعیین قانون کنترل، نخست یک شاخص عملکرد مبتنی بر تحقق شرط دسترسی نمایی زمان گسسته تعریف می شود. با تبدیل این شاخص به یک مسئله برنامه ریزی مرتبه دوی مقید، دینامیک شبکه عصبی بازگشتی تصویر بر اساس نظریه تصویر استخراج می شود. به کمک معادله خروجی بهینه سازی، دینامیک حلقه بسته به صورت صریح تعیین می گردد و تحلیل پایداری حلقه بسته به کمک رویکرد مقدار تکین مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی در قیاس با یکی از جدیدترین رویکردهای کنترلی، نشان دهنده کیفیت بالای الگوریتم در هدایت دینامیک عفونت HIV به نقطه تعادل سالم در حضور عدم قطعیت مدل و اغتشاشات خارجی است.

    کلیدواژگان: کنترل مد لغزشی مبتنی بر داده، شبکه عصبی بازگشتی تصویر، رویکرد مقدار تکین، عفونت HIV
  • محمدباقر سپهکار، ابوالفضل حلوایی نیاسر * صفحات 243-254

    در کنترل درایو موتورهای سنکرون آهن ربای دائم (PMSM)، سیستم کنترل باید برای کار در شرایط مختلف و در مواجهه با تغییرات پارامترهای موتور و اغتشاشات ناشناخته خارجی طراحی شود. برای ارتقای عملکرد درایو این موتور، در این مقاله روشی تحت عنوان کنترل پیش بین مستقل از مدل جریان و سرعت (MFPCSC) پیشنهاد شده است. این روش فقط از ورودی و خروجی سیستم استفاده می کند، پارامترهای موتور را در کنترل درایو دخیل نمی کند و نسبت به تغییرات پارامترهای موتور مقاوم است. در حالی که روش های مرسوم کنترل پیش بین مستقل از مدل، نیازمند تنظیم چندین پارامتر کنترلی هستند، در این مقاله برای بهبود عملکرد سیستم درایو این موتور و مقاوم نمودن آن به تغییرات پارامترها و اغتشاشات خارجی، روش کنترل پیش بین مستقل از مدل ارائه شده بر اساس رویتگر غیرخطی اغتشاش (NDO) طراحی می شود. این روش می تواند با دقت و پایداری بیشتری، اغتشاشات سیستم را تخمین بزند و حجم محاسبات آن کم است. نتایج شبیه سازی و آزمایش عملی روش پیشنهادی MFPCSC با ترکیب با رویتگر NDO نشان می دهد که روش کنترلی پیشنهادی، دارای مقاومت بالا به تغییرات پارامترها، پاسخ گذرای مطلوب، ریپل خروجی کوچک و مشخصه های گذرای بهبودیافته است و می تواند اغتشاشات سیستم را به صورت دقیق و پایدار تخمین بزند.

    کلیدواژگان: موتور سنکرون آهن ربای دائم، کنترل پیش بین مستقل از مدل، رویتگر غیرخطی اغتشاش، کنترل پیش بین جریان و سرعت
  • حمیدرضا فتوحی فیروزآباد، سید مهدی حسینی اندارگلی *، حسین قانعی یخدان، جمشید ابویی صفحات 255-267

    در سال های اخیر، رادارهای آرایه فازی چندورودی- چندخروجی به شدت مورد توجه محققان قرار گرفته است. در واقع در این رادارها می توان مزایای رادارهای آرایه فازی و رادارهای چندورودی- چندخروجی را با هم ترکیب کرد. در اینجا فرض می شود که زیرآرایه ها دارای بهره چندگانگی فرکانسی بوده و از بهره همدوسی کامل برخوردارند. ابتدا در این مقاله به موضوع طراحی آشکارساز بهینه برای رادارهای آرایه فازی چندورودی- چندخروجی بر پایه فرض شناخت ضریب انعکاس هدف در حضور کلاتر ناهمگن پرداخته می شود. در ادامه بر پایه آشکارساز های استخراج شده، احتمال آشکارسازی و احتمال هشدار کاذب محاسبه شده و به شکل فرمول بسته بر حسب پارامترهای رادار و محیط ارائه می گردد. سپس مساله تخصیص توان به سیگنال های متعامد برای بیشینه کردن احتمال آشکارسازی فرمول بندی می شود. نهایتا موضوع بهره چندگانگی فرکانسی مورد تجزیه و تحلیل ریاضی قرار گرفته و کرانی برای بهره چندگانگی ارائه می گردد. شبیه سازی های عددی نشان می دهند که آشکارسازهای بهینه استخراج شده، یک فیلتر توام فضایی- زمانی خواهد بود که به طور موثری باعث تضعیف کلاتر در رادارهای آرایه فازی چند ورودی- چند خروجی می گردد. همچنین نشان می دهند که الگوریتم های تخصیص توان باعث بهبود عملکرد آشکارسازی اهداف در مقایسه با الگوریتم های معیار می گردد.

    کلیدواژگان: رادارهای چندورودی- چندخروجی آرایه فازی، آشکارساز بهینه، کلاتر ناهمگن، تخصیص توان
  • محمدرضا بنائی *، سجاد قابلی ثانی صفحات 268-276

    در این مقاله، یک مبدل کاهنده مبتنی بر مبدل های باک و باک-بوست با استفاده از روش کاهش تلفات پیشنهاد شده است. در پیاده سازی مبدل پیشنهادی، از خازن های غیر الکترولیتی استفاده شده که منجر به افزایش طول عمر و کاهش وزن و حجم مدار شده است. در این مقاله، مبدل پیشنهادی با سایر مبدل های کاهنده مورد مقایسه قرار گرفته است. به منظور افزایش بازدهی مبدل نسبت به ساختارهای دیگر، از روشی مبتنی بر تعیین چرخه های کاری به منظور کاهش تلفات مبدل استفاده شده است که منجر به افزایش بازدهی خروجی مبدل شده است. همچنین به منظور نمایش تغییرات بازدهی با استفاده از روش پیشنهادی نسبت به روش متداول، بازدهی مبدل توسط محاسبات تئوری تحت شرایط واقعی محاسبه شده و خروجی نتایج تلفات مقایسه شده است. علاوه بر این، مبدل پیشنهادی از مزیت زمین مشترک با منبع ورودی برخوردار بوده و دارای بهره کاهندگی مناسب می باشد. درنهایت، این مبدل به صورت برد چاپی پیاده سازی شده و تحت توان خروجی 100 وات مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: مبدل کاهنده، مبدل دو کلیده، روش کنترلی، کاهش تلفات
  • مصطفی یزدانی، خسرو خاندانی * صفحات 277-285

    در این مقاله، نحوه طراحی و پیاده سازییک کنترل کننده PID جهت پایدارسازییک سامانه روتور دوقلوییک درجه آزادی ارائه می گردد. با بهره گیری از الگوریتم آموزش و یادگیری (TLBO)، ضرایب کنترل کننده PID به صورت بهینه تنظیم می شوند و سپس این کنترل کننده بر روی سامانه روتور دوقلویی که در آزمایشگاه کنترل دانشگاه اراک ساخته شده است، پیاده سازی می گردد. هدف از کنترل سامانه روتور دوقلو، پایدارسازی سامانه در حالت صفر درجه افقی است. مدل سازی سامانه غیرخطی روتور دوقلو در فضای حالت انجام می شود و از مدل به دست آمده جهت تنظیم بهینه ضرایب کنترل کننده PID با روش آموزش و یادگیری استفاده می شود. نتایج به دست آمده با روش آموزش و یادگیری با چند روش فرا ابتکاری دیگر شامل الگوریتم ازدحام ذرات، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم رقابت استعماری و الگوریتم تکامل تفاضلی مقایسه می گردد.با استفاده از همه روش ها، سامانه با اندکی خطا به پایداری قابل قبولی رسیده است. با وجود این با بهینه سازی توسط الگوریتم آموزش و یادگیری، پایدارسازی و عملکرد سریع تر سامانه کنترل در مقایسه با روش های فراابتکاری دیگر قابل مشاهده است. مزیت عمده استفاده از روش آموزش و یادگیری، عدم وجود پارامترهای کنترلی است که استفاده از آن را راحت می کند. نتایج پیاده سازی آزمایشگاهی نیز اثربخشی و کارایی نتایج به دست آمده از شبیه سازی را تایید می کنند.

    کلیدواژگان: الگوریتم آموزش و یادگیری، PID، روتور دوقلو
  • سهیل رنجبر صفحات 286-294

    در این مقاله، طرح حفاظتی هوشمند به منظور پیش بینی برخط ناپایداری گذرای ناحیه گسترده در سیستم های قدرت بر اساس تئوری درخت تصمیم معرفی می شود. برای این منظور با بررسی نوسان توان شبکه و شرایط معادلات دینامیک ژنراتور سنکرون در دو حالت پایدار و شرایط خروج از همگامی، شاخص های برخط مبتنی بر واحدهای اندازه گیری فازوری معرفی و تحت شرایط متفاوت بهره برداری و توپولوژیکی شبکه در زمان های وقوع خطا و برطرف شدن خطا به منظور عملکرد سریع طرح پیشنهادی اندازه گیری می شوند. در ادامه، شاخص های پیشنهادی به صورت جفت داده ورودی- خروجی برای آموزش درخت تصمیم در محیط برون خط مورد استفاده قرار می گیرند. نمونه های آموزشی شامل یک سری اندازه گیری ها تحت خطاهای متفاوت شامل نوع و مکان خطا هستند. توانایی حفاظتی طرح پیشنهادی بر روی یک شبکه 39باسه با پتانسیل ناپایداری گذرای ناحیه گسترده ژنراتورهای سنکرون، پیاده سازی و عملکرد درخت تصمیم تحت سناریوهای از پیش آموزش داده نشده صحت سنجی می شود. نتایج شبیه سازی نشان دهنده توانایی طرح پیشنهادی درخت تصمیم در زمینه پیش بینی صحیح خروج از همگامی ناحیه گسترده سیستم قدرت تحت طیف وسیعی از شرایط دینامبک شبکه است.

    کلیدواژگان: پایداری گذرا، خروج از همگامی، آشکارسازی، درخت تصمیم
  • ابراهیم فرجی گنبری، موسی یوسفی*، خلیل منفردی صفحات 295-301

    با توجه به بزرگ شدن داده های پردازشی، سیستم های پردازشی باید طوری طراحی شوند که فضای کمتری را اشغال کنند. بزرگ شدن سیستم های پردازشی، باعث رشد اندازه داده ها شده و از طرفی مشکلات کوچک سازی ترانزیستورهای اثر میدانی فلز عایق نیمه هادی طراحان مدارات پردازشی را با مشکلات عدیده ای مواجه کرده است. ایده جایگزینی مدارهای پردازشی باینری با مدارهای پردازشی چندسطحی باعث کاهش اتصالات بین سیستم ها و فضای مصرفی می شود. چون پیاده سازی مدارهای پردازشی چندسطحی با تکنولوژی ترانزیستورهای اثر میدانی فلز عایق نیمه هادی، بسیار پیچیده و مشکل آفرین است، جایگزین مناسب برای ترانزیستور اثر میدانی فلز عایق نیمه هادی، فناوری ترانزیستورهای نانولوله کربنی است که مزایای بسیاری همانند امکان ساخت ترانزیستور با ولتاژ آستانه متفاوت دارد و چالش های طراحی را در پیاده سازی سیستم های چندسطحی کاهش می دهد. این مقاله، ساختار سطح ترانزیستوری مقایسه کننده های چهارسطحی تک رقمی و چندرقمیو مدارهای سطح ترانزیستوری به همراه تکنیک های مداری را ارائه می کند. نتایج شبیه سازی نیز نشان می دهند که مقدار تاخیر انتشار و توان مصرفی در مقایسه کننده تک رقمی چهار سطحی به ترتیب 3/17 پیکوثانیه و 59/4 میکرووات و شاخص PDPاین مقایسه کننده 2/79 آتوژول است. همه نتایج شبیه سازی مقایسه کننده های چهارسطحی در این مقاله با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی و تکنولوژی 32 نانومتر در نرم افزار HSPICEبه دست آمده است.

    کلیدواژگان: ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی، منطق سه سطحی، منطق چهارسطحی، مقایسه کننده
|
  • ali mirzaei, NAVID TAGHIZADEGAN KALANTARI *, Sajad Najafi Ravadanegh Pages 215-228

    Today, with the growing demand for hybrid electric vehicles in microgrids, electricity supply, environmental issues, and rescheduling are among the challenges of microgrids that must be solved and suitable solutions provided. To overcome these challenges, this paper introduces a new multi-objective optimization model, which in the first objective, minimizes the total operation cost of the microgrid, and in the second objective, improves the reliability index by reducing the amount of energy not supplied. Due to these two objectives, a multi-objective evolutionary seagull optimization algorithm is used to find the optimal global solutions. In this regard, hybrid electric vehicles and demand response programs are used to smooth out distribution nodal prices and reduce CO2 emissions. The 69-bus distribution network has been used to evaluate the efficiency of the proposed method.

    Keywords: Microgrid, electric vehicle, multi-objective evolutionary seagull optimization algorithm, renewable energy, distribution nodal prices, demand response program
  • Ashkan Zarghami, mehdi Siahi *, Fereidoun Nowshiravan Rahatabad Pages 229-242

    In the present study, drug treatment of HIV infection is investigated using a Data-Driven Sliding Mode Control (DDSMC) combined with a Projection Recurrent Neural Network (PRNN). The major objective is to establish the control law that eliminates the need for HIV infection mathematical formulae and ensures that the physical limits of the actuator are reached. This is accomplished by creating the concepts of model-free adaptive control, in which the relation between input and output is described using local dynamic linearized models based on quasi-partial derivatives. To determine the DDSMC law, a performance index is first defined based on the fulfillment of a discrete-time exponential reaching condition. By turning this index into a quadratic programming problem, the dynamics of the PRNN are extracted based on projection theory. The closed-loop system is explicitly determined using the optimizer output equation and the closed-loop stability analysis is evaluated using the singular value approach. The simulation results reveal that the proposed algorithm has robust performance in conducting the state variables of HIV infection to the healthy equilibrium point in the face of model uncertainty and external disturbances when compared to one of the newest control techniques.

    Keywords: Data-driven sliding mode control, local dynamic linearization, projection recurrent neural network, singular value approach, HIV infection
  • Mohammad Bagher SepahKar, Abolfazl Halvaei Niasar * Pages 243-254

    In the drive control of permanent magnet synchronous motors (PMSMs), the control system must be designed to work in different conditions and against of changes in motor parameters and unknown disturbances. In order to enhance the drive performance of PMSM motor, the model-predictive control independent of current and speed model (MFPCSC) is proposed in this article. This method only uses the input and output of the system and does not involve the motor parameters in the drive control, and it is robust to the changes of the motor parameters. The conventional model-independent predictive control method requires setting several control parameters. To improve the performance of the drive system of this motor and make it robust to changes in parameters and disturbances, the proposed MFPCSC method is designed based on the nonlinear disturbance observer (NDO). This observer can estimate system disturbances with more accuracy and stability, and the amount of calculations is small. The simulation and practical test results of the proposed MFPCSC method combined with the NDO show that the proposed control method has high robustness to parameter changes, favorable transient response, small output ripple, and improved transient characteristics, and can accurately and stably estimate system disturbances.

    Keywords: Permanent-magnet synchronous motor (PMSM), model-free predictive control (MFPC), nonlinear disturbance observer (NDO), model-free predictive current, speed control (MFPCSC)
  • Hamid Reza Fotoohi Firouzabad, Seyed Mehdi Hosseini Andargoli *, Hossein Ghanei Yakhdan, J. Abouei Pages 255-267

    In recent years, Phased-Multiple-Input, Multiple-Output radars (PMRs) have attracted great interest. PMR can combine the advantages of both MIMO radar and phased array radar. Here, PMR transmits orthogonal signals from all subarrays to provide both waveform frequency diversity and high coherent processing gain. In this paper dealt with detector design in the presence of heterogeneous clutter based on the unknown scattering coefficients for PMR. Then, detection probability and false-alarm probability are computed based on the derived optimum detector. At the end, the power allocation problem is investigated analytically. The numerical simulations show that obtained optimal detector is joint spatial-temporal filter, which, the clutters are effectively weakened in PMR. Furthermore, simulation results illustrate that proposed power allocation algorithm improve detection performance of PMR in comparison with PR and equal power PMR.

    Keywords: Phased-colocated MIMO radar, optimal detector design, heterogeneous clutter, power allocation
  • Mohamad Reza Banaei *, sajad gabeli sani Pages 268-276

    A step-down converter based on buck and buck-boost converters with a loss reduction technique is proposed in this paper. Utilizing non-electrolytic capacitors in the implementation of the proposed converter has resulted in an increase in circuit life and a reduction in weight and volume. This paper compares the proposed converter to other buck converters. To increase the output efficiency of the converter in comparison to other structures, a new method based on determining the working duty-cycles has been employed to reduce the losses of the converter, resulting in an increase in the converter's output efficiency. In order to demonstrate the differences in efficiency between the proposed method and the conventional method, the efficiency of the converter has been calculated using real-world conditions and the output loss results have been compared. In addition, the proposed converter has a common ground with the input source and has a suitable reduction gain. Finally, this converter has been implemented as a PCB and tested with 100 watts of output power.

    Keywords: Step-down converter, two switch converter, control method, loss reduction
  • Mostafa Yazdani, Khosro Khandani * Pages 277-285

    In this research, a new intelligent control design using Teaching-Learning-Based-Optimization (TLBO) algorithm to optimize PID controller coefficients is presented. This method has been applied on the twin rotor system which has been constructed in Control Engineering Lab at Arak University. The purpose of controlling the twin rotor system is to stabilize the system in the zero degree horizontal position. After modeling and obtaining the state space description, the PID controller is designed and implemented on the system. In this study, by reviewing meta-heuristic optimization methods such as particle swarm optimization algorithm, genetic algorithm, colonial competition algorithm and differential evolution algorithm, the optimization results were compared with the above-mentioned meta-heuristic methods. With the optimization performed by the teaching and learning algorithm, the stability and faster performance of the system compared to other meta-heuristic methods can be seen. The merit of TLBO is that it does not have control parameters, which makes it convenient to employ. The simulation results of the PID controller for a twin rotor system show the effectiveness of the proposed methods.

    Keywords: TLBO, Twin rotor system, PID
  • Soheil Ranjbar * Pages 286-294

    This paper presents a new method for Out-of-Step detection in synchronous generators based on Decision Tree theory. For distinguishing between power swing and out-of-step conditions a series of input features are introduced and used for decision tree training. For generating input training samples, a series of measurements are taken under various faults including operational and topological disturbances. The proposed method is simulated over 10 machines 39-bus IEEE test system and the simulation results are prepared as input-output pairs for decision tree induction and deduction. The merit of proposed out-of-step protection scheme lies in adaptivity and robustness of input features under different input scenarios

    Keywords: Transient instability, out-of-step, power swing, prediction, decision tree C5.0, WAMS
  • Ebrahim Farahi Gonbari, Khalil Monfaredi, m yousefi * Pages 295-301

    Due to the increase of processing data, processing systems should be designed to occupy less space. The enlargement of the processing systems has caused the growth of the data size, on the other hand, the problems of miniaturization of metal-oxide semiconductor field effect transistor MOSFET have faced many problems for the designers of processing circuits, the idea of replacing binary processing circuits with multi-valued level processing circuits. It reduces connections between systems and reduces space consumption. Because the implementation of multi-level processing circuits with MOSFET technology is very complicated and problematic, a suitable alternative for MOSFET is carbon nanotube field effect transistor (CNTFET) technology, which has many advantages such as the possibility of making transistors It has a different threshold voltage, which reduces design challenges in the implementation of multi-level systems. In this article, the structure of the transistor level of single-digit quaternary and multi-digit comparators is presented. Transistor level circuits are presented along with circuit techniques. The simulation results also show that the amount of propagation delay and power consumption in the single-digit quaternary comparator is 17.3 picoseconds and 4.59 microwatts, respectively, and the PDP index of this comparator is 79.2 aJ. All simulation results of proposed comparators in this article have been obtained using carbon nanotube field effect transistors and 32 nm technology in HSPICE software.

    Keywords: Carbon nano tube field effect transistor, ternary logic, quaternary logic, comparator