فهرست مطالب

سامانه های غیر خطی در مهندسی برق - سال ششم شماره 1 (پیاپی 9، بهار و تابستان 1398)

نشریه سامانه های غیرخطی در مهندسی برق
سال ششم شماره 1 (پیاپی 9، بهار و تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/10/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدجواد عموشاهی، موسی شمسی*، محمدحسین صداقی صفحات 4-33

    الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSOالگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) یک روش بهینه سازی فراابتکاری مبتنی بر جمعیت است که می تواند برای طیف وسیعی از مسائل به کار گرفته شود اما این الگوریتم ایراداتی هم دارد؛ مانند این که به راحتی در نقاط بهینه محلی گیر می افتد و در مراحل پایانی دچار کندی همگرایی می گردد. به منظور حل این ایرادات، تاکنون انواع الگوریتم های PSO بهبودیافته (IPSO) پیشنهاد شده است. جهت ایجاد یک تعادل بین ویژگی های پویش و بهره برداری PSO، این مقاله الگوریتم های IPSO مبتنی بر یک کلاس جدید از ضرائب یادگیری نمایی (ELF-PSO) را معرفی می نماید که از لحاظ محاسباتی کارآمد و سریع می باشند. این کلاس شامل استراتژی های ضرائب یادگیری نمایی متغیر با زمان (TELF)، ضرائب یادگیری نمایی تصادفی (RELF)، ضرائب یادگیری نمایی خود-تنظیم (SELF) و ضرائب یادگیری نمایی خطی (LELF) است. آزمایش های متعددی برای مقایسه روش های پیشنهادی با یک مجموعه از استراتژی های معروف ضرائب یادگیری ثابت، تصادفی، متغیر با زمان و تطبیقی بر روی یک سری از توابع معیار غیرخطی انجام پذیرفت. نتایج تجربی و تحلیل های آماری ثابت می کنند که الگوریتم های ELF-PSO قادرند دسته وسیعی از مسائل بهینه سازی غیرخطی دشوار را به طور کارآمدی حل کنند. همچنین نتایج آزمایش ها نشان می دهد که روش های پیشنهادی، در اغلب موارد بهتر از سایر الگوریتم ها عمل می کنند.

    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات بهبودیافته، ضرائب یادگیری تطبیقی، ضرائب یادگیری متغیر با زمان، توابع معیار غیرخطی
  • فرید تابع میاندواب*، بهزاد مظفری تازه کند صفحات 34-53

    این مقاله، مشکل مربوط به روش جفت شدن کاربران با شرایط کانال مشابه، در NOMA با سه کاربر در هر جفت را ارزیابی می کند. اختلاف کوچک در بهره کانال کاربران جفت شده، باعث ایجاد تداخل در فرآیند حذف تداخل متوالی (SIC) می شود. بروز SIC ناقص باعث کاهش ظرفیت سیستم می شود. همچنین کاربران میانی در این روش با تشکیل جفت ندادن، از مزیت های فراهم شده توسط NOMA بی بهره می مانند، از طرفی با تشکیل جفت، به دلیل نزدیکی شرایط کانال کاربران به هم، منجر به بروزSIC ناقص می شوند. در این مقاله، برای حل این مشکل، روشی برای جفت کردن کاربران پیشنهاد می شود که در آن، همه ی کاربران ازجمله کاربران میانی، قادر خواهند بود از مزیت های NOMA استفاده نمایند و مشکل بروز SIC ناقص، حداقل شود. برای ارزیابی عملکرد NOMA، ظرفیت کلی ارگودیک را در دو حالت SIC کامل و ناقص، بررسی می کنیم. در این مقاله، مفهوم SIC ناقص برای اولین بار به ازای جفت هایی که شامل سه کاربر هستند به صورت تحلیلی ارزیابی می گردد. محاسبات انجام شده به همراه شبیه سازی های صورت گرفته، نشان می دهند که در این حالت، ظرفیت سیستم دچار افت شدید می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که روش پیشنهادی، علاوه بر حداقل کردن پدیده SIC ناقص، ظرفیت کلی ارگودیک بالاتری، نسبت به دیگر روش‏ها فراهم می کند.

    کلیدواژگان: دسترسی چندگانه غیرمتعامد، جفت کردن کاربران، حذف کامل تداخل متوالی، حذف ناقص تداخل متوالی، ظرفیت کلی ارگودیک
  • علیرضا شمسی* صفحات 54-65

    در این مقاله یک مدولاتور دلتا سیگمای متعامد [i] (QDSM) پیشخور [ii] (FF) زمان پیوسته [iii] (CT) مرتبه سه انعطاف پذیر با قابلیت تغییر باند عبور ارائه شده است. فرکانس مرکزی (fc) [iv] و عرض باند عبور [v] (BW) این مدولاتور قابل تغییر بوده و با دو پارامتر جداگانه تنظیم می شوند. این پارامترها طوری محاسبه شده اند که در هر فرکانس و پهنای باندی، نرخ سیگنال به نویز [vi] (SNR) خروجی مدولاتور بهینه باشد. تغییرات در باند عبور مدولاتور با تغییر ضرایب مختلط انجام می شود و در ساختار کلی مدولاتور هیچ تغییری ایجاد نمی شود. فرکانس مرکزی این مدولاتور از صفر تا   و پهنای باند آن نیز از صفر تا    قابل تغییر است. نمونه ای از مدولاتور متعامد با روش طراحی پیشنهادی در سطح مدار طراحی شده است. مدولاتور طراحی شده، برای  پهنای باندهای 2MHz و 5MHz  با فرکانس نمونه برداری 64MHz شبیه سازی شده است. مقدار SNR بدست آمده برای این پهنای باندها بترتیب 76.42dB و 56.59dB بدست آمده وضریب شایستگی [viii] (FOM) آن بترتیب 375/0 و 46/1 (pj/conv) محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: مدولاتور دلتا سیگمای متعامد، پیوسته زمان، باند عبور قابل برنامه ریزی، مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)
  • امیررضا امیرفتحیان، حسین ابراهیم نژاد* صفحات 66-84

    تولید چهره انسان از تصویر نمونه به عنوان یکی از ملزومات کاربردهای بیومتریک با هدف شناسایی هویت اشخاص مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله، تولید چهره شامل سه مرحله اصلی است. در مرحله اول آشکارسازی خطوط معنادار و لبه های تصویر نمونه با روش غیرخطی مورفولوژی مقیاس خاکستری انجام می پذیرد. سپس نواحی مو از چهره نمونه، شناسایی می شود. مرحله نهایی ترکیب تصاویر حاصل از مراحل قبل را ارایه می کند. میزان شباهت و تطابق بین طرح چهره ساخته شده و طرح هنری، با دو روش استخراج ویژگی، واکاوی مولفه های اساسی و جداساز خطی، مقایسه شده و مدت زمان اجرای فرآیند محاسبه می شود. آزمایش ها روی جفت تصاویر پایگاه CUHK نشان می دهد که روش پیشنهادی در مقایسه با روش های پیشرفته هنری از جمله: تبدیلات ویژه، LLE و MRF ، پیچیدگی محاسباتی ندارد و چهره فرد را با کیفیت خوب و در زمان خیلی کمتری ایجاد می کند. تطابق طرح چهره خلق شده با این روش، وقتی که از تحلیل جداساز خطی برای استخراج ویژگی استفاده شود، بیشترین مقدار و برابر با 90 درصد بدست می آید. همچنین روش پیشنهادی در برابر اثرات پس زمینه و شدت روشنایی تصاویر نمونه مقاوم می باشد.

    کلیدواژگان: خلق چهره از تصویر مثال، خلق عکس چهره به طرح، نگاشت عکس چهره به طرح، موفولوژی مقیاس خاکستری، خلق چهره انسان
  • مهدی دلیر، نوشین بیگدلی* صفحات 85-103

    در این مقاله، کنترل کننده مرتبه کسری مقاوم هوشمند تطبیقی برای سیستم های مرتبه کسری آشوبناک با تاخیر در ورودی کنترلی، عدم قطعیت و اغتشاش خارجی طراحی می شود. تاخیر زمانی به دو صورت ثابت و متغیر با زمان در نظر گرفته می شود. با توجه به تغییرات نقطه کار از کنترل تطبیقی برای به روز رسانی اطلاعات لحظه ای سیستم استفاده می شود و از کنترل کننده هوشمند به منظور تخمین  عدم قطعیت ها و اغتشاشات و غیرخطینگی های سیستم با توجه به اطلاعات لحظه ای حاصل از کنترل تطبیقی مورد استفاده قرار می گیرد. کنترل مدلغزشی که پایداری مجانبی را در سیستم با وجود عدم قطعیت و اغتشاش فراهم می آورد به عنوان کنترل کننده مقاوم استفاده می شود. با استفاده از قضیه لیاپانوف و لم باربالات، پایداری مجانبی سیستم مرتبه کسری آشوبناک با تاخیر در ورودی و نامعینی و اغتشاش خارجی به وسیله کنترل کننده طراحی شده اثبات می گردد. در آخر نیز با استفاده از نتایج شبیه سازی سیستم آشوبناک اقتصادی و همچنین سیستم عرضه و تقاضای انرژی، عملکرد کنترل کننده طراحی شده مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: آشوب، تاخیر متغیر با زمان، تاخیر ورودی کنترلی، قضیه لیاپانوف، کنترل تطبیقی، کنترل مقاوم، کنترل هوشمند
  • حسین الیاسی*، سعید رحمتی صفحات 104-118

    در این مقاله یک استراتژی کنترل پیش بین برای مسئله پایدارسازی مقاوم یک کلاس از سیستم های غیرخطی گسسته معرفی شده است. در این کلاس، هر سیستم از دو بخش تشکیل شده است: 1- بخش خطی نامتغیر با زمان، 2-  انحراف اضافه شونده به شکل تابعی غیرخطی و نامعین از حالت های سیستم و متغیر با زمان. تنها اطلاعاتی که از تابع انحراف در دسترس می باشد این است که محدود به یک کران درجه دوم است و بنابراین یک مجموعه محدب از عدم قطعیت ها را تشکیل می دهد. بر مبنای تئوری پایداری در MPC خطی دوگانه، شرایط کافی برای تعیین مولفه های اصلی در مسئله بهینه سازی MPC، یعنی تابع هزینه نهایی و مجموعه قیدی نهایی،  استخراج شده اند تا با ایجاد یک سیگنال کنترل بهینه، پایداری مقاوم این کلاس از سیستم های غیرخطی را در حضور قیدهای حالت و ورودی تضمین کنند. در نهایت، کارآمدی استراتژی کنترلی مذکور در حالت حلقه بسته بر روی سیستم فرایندی CSTR به عنوان یک سیستم غیرخطی نامعین نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: پایداری مقاوم، انحراف ساختاری، سیستم غیرخطی، کنترل پیش بین مقاوم
|
  • Mohammad Javad Amoshahy, Mousa Shamsi*, Mohammad Hossein Sedaaghi Pages 4-33

    The particle swarm optimizer (PSO) is a population-based metaheuristic optimization method that can be applied to a wide range of problems but it has the drawbacks like it easily falls into local optima and suffers from slow convergence in the later stages. In order to solve these problems, improved PSO (IPSO) variants, have been proposed. To bring about a balance between the exploration and exploitation characteristics of PSO, this paper introduces computationally fast and efficient IPSO algorithms based on a novel class of exponential learning factors (ELF-PSO). This class contains time-varying exponential learning factors (TELF), random exponential learning factors (RELF), self-adjusting exponential learning factors (SELF) and linear-exponential learning factors (LELF) strategies. Experiment is performed and compared with a set of well-known constant, random, time-varying and adaptive learning factors strategies on a suite of nonlinear benchmark functions. The experimental results and statistical analysis prove that ELF-PSO algorithms are able to solve a wide range of difficult nonlinear optimization problems efficiently. Also these results show that the proposed methods outperform other algorithms in most cases.

    Keywords: Improved particle swarm optimization algorithm, Adaptive learning factors, Time-varying learning factors, Nonlinear benchmark functions
  • Farid Tabee Miandoab*, Behzad Mozaffary Tazekand Pages 34-53

    This paper evaluates the problem of user pairing scenario with similar channel conditions in NOMA with three users per pair. The small difference in the channel gain of the paired users leads to interference in the process of successive interference cancelation (SIC). The incidence of imperfect SIC reduces system capacity. Also, mid users in this scenario will be deprived of the advantages provided by the NOMA without pairing, on the other hand, by pairing,  due to the closeness of the users’ channel conditions to each other, leads to the incidence of imperfect SIC. In this paper, in order to solve this problem, we propose a scenario for users to pair, in which all users, including mid users, will be able to use the benefits of NOMA and the problem of incidence of imperfect SIC is minimized. To evaluate the performance of the NOMA, we examine the sum ergodic capacity in both perfect and imperfect SIC modes. In this paper, the concept of an imperfect SIC has calculated analytically for the first time for pairs containing three users. The calculations performed along with the simulations show that in this case, the system's capacity falls sharply. The simulation results also show that the proposed scenario, in addition to minimizing the imperfect SIC event, provides a higher sum ergodic capacity than other scenarios.

    Keywords: NOMA (non-orthogonal multiple access), user pairing, perfect SIC (successive interference cancelation), imperfect SIC (successive interference cancelation), sum ergodic capacity
  • Alireza Shamsi* Pages 54-65

    In this paper, a flexible Continuous time (CT) feedforward (FF) quadrature delta sigma modulator (QDSM) with variable bandwidth (BW) is proposed. The modulator BW and center frequency (fc) are variable which can be adjusted with two separate parameters. The modulator signal-to-noise ratio (SNR) will be optimized by these parameters at every center frequency and bandwidth. The modulator BW is changed by varies in the complex coefficients, and the structure of the modulator is no changed. The proposed modulator is usable in multi standard receivers as well as in receivers with variable frequency input signal or frequency hopping. The center frequency of this modulator is from 0 to 1/4 fs and its bandwidth can be changed from zero to 1/12 fs.An example of quadrature modulator is designed with the proposed design method at the circuit level. The modulator is simulated for 2MHz and 5MHz bandwidths with a sampling frequency of 64MHz. The SNR for these bandwidths are 76.42dB and 56.59dB, respectively. The FOM has been calculated to be 0.375 and 1.46 (pj / conv), respectively.

    Keywords: quadrature delta sigma modulator, Continuous Time, Programmable Bandwidth, Analog to Digital Converter (ADC)
  • Amirreza Amirfathiyan, Hossein Ebrahimnezhad* Pages 66-84

    Human facial generation of example image is used as a requirement for biometric applications for the purpose of identifying individuals. In this paper, face generation consists of three main steps. In the first step, detection of significant lines and edges of the example image are carried out using nonlinear grayscale morphology. Then, hair areas are identified from the face of sample. The final step combines images from previous steps. Similarity and matching between synthesized face sketch and artistic sketch are compared with two methods of extracting features, Principle Component Analysis and Linear Discriminant Analysis, and time of the process is calculated. The experiments on the pair of CUHK database images show that the proposed method compared with state of the art methods such as: Eigen transformation, LLE, and MRF, has no computational complexity and creates a person's face with good quality and much less time. Matching of synthesized face sketch of the proposed method is achieved with a maximum value of 90% when Linear Discriminant Analysis is used to extract feature. The proposed method is also resistant to background effects and brightness of example images.

    Keywords: Face Sketch Synthesis, Photo to Sketch Synthesis, Photo to Sketch Mapping, Morphological Edge-Detection, Human Facial Synthesis
  • Mehdi Dalir, Nooshin Bigdeli* Pages 85-103

    In this paper, a fractional-order robust adaptive intelligent controller (FRAIC) is designed for a class of chaotic fractional order systems with uncertainty, external disturbances and unknown time-varying input time delay. The time delay is considered both constant and time varying. Due to changes in the equilibrium point, adaptive control is used to update the system's momentary information and the intelligent controller is used to estimate the uncertainties and disturbances and non-linearities of the system according to the momentary information obtained. The sliding mode control, which provides closed loop asymptotic stability in the system despite the uncertainties and disturbances, is used as a robust controller. Using the Lyapunov theorem and Barbalat's Lemma, the asymptotic stability of a chaotic fractional order system with input delay and uncertainty as well as external disturbance is proved by designed controller. Finally, using the simulation results of financial as well as supply and demand systems, the performance of designed controller would be examined.

    Keywords: Chaos, time-varying delay, Input time delay Lyapunov method, Adaptive control, Robust control, Intelligent control
  • Hussein Eliasi*, Saeed Rahmati Pages 104-118

    This paper presents a robust model predictive control scheme for a class of discrete-time nonlinear systems subject to state and input constraints. Each subsystem is composed of a nominal LTI part and an additive uncertain non-linear time-varying function which satisfies a quadratic constraint. Using the dual-mode MPC stability theory, a sufficient condition is constructed for synthesizing the MPC’s stabilizing components; i.e. the local terminal cost function and the corresponding terminal set. The proposed control approach is applied to a CSTR. Simulation results show that the proposed robust MPC scheme is quite effective and it has a remarkable performance.

    Keywords: Robust Stability, Structural Perturbations, Nonlinear System, Robust Model Predictive Control