فهرست مطالب
نشریه سامانه های غیرخطی در مهندسی برق
سال ششم شماره 2 (پیاپی 10، پاییز و زمستان 1398)
- تاریخ انتشار: 1399/09/05
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 4-15
در این مقاله، یک سنسور بیولوژیکی حساس به جرم با قابلیت ساخت به کمک تکنولوژی میکروالکترومکانیکی با کاربرد در محیط مایع و با قابلیت به کارگیری در قطعات "آزمایشگاه روی یک تراشه"، برای کاربردهای پزشکی ارایه شده است. سنسور بیولوژیکی پیشنهادی از تزویج الکترومکانیکی المان های نوسانگر مکانیکی هارمونیک به کمک فنرهای هارمونیک مناسب، به عنوان یک آرایه نوسانگر مکانیکی طراحی شده است. انتشار موج مکانیکی در راستای این آرایه به کمک روش الکترواستاتیکی با استفاده از یک مولد و یک سنسور بر پایه خازن های انگشتی انجام می گیرد. ویژگی های مهم این طرح هزینه ساخت کم، اتلاف کم در تداخل با محیط مایع، حساسیت بالا و سطح موثر جذب بزرگ سنسور بیولوژیکی پیشنهادی است. ارزیابی ویژگی ها و عملکرد سنسور بیولوژیکی پیشنهادی از جمله حساسیت سنسور به کوچکترین میزان جرم جذب شده و امکان اندازه گیری تغییرات خازنی در خروجی آن، و اثرات میرایی موج انتشاری در تداخل با محیط مایع به کمک نرم افزار Comsol مدل سازی شده است، که بررسی نتایج، گویای حساسیت جرمی بالا توام با امکان سنجش خروجی این سنسور بیولوژیکی با ادوات الکترونیکی موجود شده است.
کلیدواژگان: سنسور بیولوژیکی کاربردی در محیط مایع، میکروسنسور، آرایه نوسانگر مکانیکی -
صفحات 16-31
در این مقاله مدار جدیدی به منظور پیکربندی تقویت کننده توان برای فرستنده های مدولاسیون کلیدزنی روشن-خاموش بازگشتی به صفر (RZ-OOK) پیشنهادشده است. تقویت کننده توان پیشنهادشده به صورت یک ساختار چند-حالته با نرخ ارسال داده و سطح توان خروجی تنظیم پذیر عمل می کند. فرآیند تنظیم پذیری نرخ ارسال داده به وسیله تنظیم دوره کار داده ورودی و ایجاد داده ورودی-RZ توسط یک مدار ساده محقق می شود که منجر به ایجاد یک رابطه خطی بین نرخ ارسال داده و توان مصرفی می شود. این بدان معنی است که هر سطح دلخواه از توان خروجی می تواند با توجه به میزان بودجه انرژی با مصرف توان متفاوتی انتقال یابد. از داده-RZ برای تنظیم سطح توان خروجی نیز استفاده می شود. تقویت کننده توان در فرکانس MHZ922، ولتاژ تغذیه V8/1 و با نرخ ارسال داده Mb/s3/0 تا Mb/s3 کار می کند و سطح توان خروجی dBm23- تا dBm0 را ارسال می کند. در طول بازه تنظیم نرخ ارسال داده و در سطح توان خروجی dBm0، توان مصرفی تقویت کننده توان در رنج mW099/0تا mW99/0 تغییر می کند. همچنین، تقویت کننده توان در طول بازه تنظیم سطح توان خروجی و با نرخ ارسال داده Mb/s3، مصرف توانی در رنج mW07/0 تا mW99/0 دارد.
کلیدواژگان: طراحی مداری کارآمد جهت تنظیم نرخ ارسال داده در تقویت کننده های توان برای کاربردهای پزشکی بی سیم -
صفحات 32-50
ساختارهای گیت مشترک همواره به سبب مقاومت ورودی کمی که از خود نشان می دهند، به عنوان طبقه اول در تقویت کننده های امپدانس انتقالی استفاده می گردند. این ساختار معمولا به تنهایی به عنوان یک تقویت کننده امپدانس انتقالی پاسخ گو نمیباشد و با ساختار های دیگر از جمله توپولوژی های تفاضلی به همراه مقاومتها و خازن های منفی ترکیب می شود. این مقاله به بررسی اضافه کردن یک شبکه فعال فیدبک بر روی ساختار گیت مشترک می پردازد. همواره از شبکه فیدبک به عنوان کاهش دهنده مقاومت ورودی یاد شده است اما در این مقاله نشان داده شده است که این طبقه فیدبک فعال که مساحت کمی هم بر روی تراشه اشغال می کند، نه تنها مقاومت ورودی را بیش از پیش کاهش می دهد، بلکه می توان از آن یک رفتار سلفی استخراج کرد تا با ایجاد رزونانس با خازن نسبتا بزرگ آشکارساز در ورودی به پهنای باندهای بالاتر رسید. معادلات ریاضی برای محاسبه این رفتار سلفی در این مقاله ارایه شده است، و رفتار و وجود این سلف نیز در شبیه سازی های صورت گرفته، نشان داده شده است. نهایتا نشان داده شده که می توان از همین تک طبقه با فیدبک فعال به تنهایی پاسخ مناسبی به عنوان یک تقویت کننده امپدانس انتقالی پرسرعت و کم توان برای کار در گیرنده های مجتمع نوری دریافت کرد.ساختارهای گیت مشترک همواره به سبب مقاومت ورودی کمی که از خود نشان می دهند، به عنوان طبقه اول در تقویت کننده های امپدانس انتقالی استفاده می گردند. این ساختار معمولا به تنهایی به عنوان یک تقویت کننده امپدانس انتقالی پاسخ گو نمیباشد و با ساختار های دیگر از جمله توپولوژی های تفاضلی به همراه مقاومتها و خازن های منفی ترکیب می شود. این مقاله به بررسی اضافه کردن یک شبکه فعال فیدبک بر روی ساختار گیت مشترک می پردازد. همواره از شبکه فیدبک به عنوان کاهش دهنده مقاومت ورودی یاد شده است اما در این مقاله نشان داده شده است که این طبقه فیدبک فعال که مساحت کمی هم بر روی تراشه اشغال می کند، نه تنها مقاومت ورودی را بیش از پیش کاهش می دهد، بلکه می توان از آن یک رفتار سلفی استخراج کرد تا با ایجاد رزونانس با خازن نسبتا بزرگ آشکارساز در ورودی به پهنای باندهای بالاتر رسید. معادلات ریاضی برای محاسبه این رفتار سلفی در این مقاله ارایه شده است، و رفتار و وجود این سلف نیز در شبیه سازی های صورت گرفته، نشان داده شده است. نهایتا نشان داده شده که می توان از همین تک طبقه با فیدبک فعال به تنهایی پاسخ مناسبی به عنوان یک تقویت کننده امپدانس انتقالی پرسرعت و کم مصرف برای کار در گیرنده های مجتمع نوری دریافت کرد.
کلیدواژگان: تقویت کننده امپدانس انتقالی، گیرنده مخابرات نوری، فیدبک فعال، کم مصرف، پهن باند -
صفحات 51-73
سینماتیک مستقیم ربات موازی به دلیل منتج شدن به یک سیستم معادلات غیر خطی، همواره به عنوان یک چالش در زمینه ربات های موازی محسوب می گردد. در این مقاله، به تحلیل مسیلهی سینماتیک مستقیم ربات های موازی صفحه ای در فضای کاری آنها بر پایه روشی مبتنی بر شبکه عصبی پرداخته شده است. به منظور افزایش دقت در این روش، فضای کاری ربات موازی توسط طبقه بند و با استفاده از شیوه همپوشانی مرزی به تعدادی زیر فضای کوچک تر تقسیم می گردد. پس از تخمین زیر فضای مربوطه، از دو شبکه عصبی مجزا در هر زیر فضا، برای تعیین موقعیت و جهت گیری سکوی متحرک ربات موازی استفاده می گردد. این روش بر روی ربات موازی صفحه ای 3-PRR پیاده سازی و نتایج حاصل از آن با نتایج بدست آمده از روش های شبکه های عصبی MLP، ویونت، GMDH، دو گانه و مجزا مقایسه شده است. برای بررسی کارایی روش پیشنهادی، شبیه سازی مسیر حرکت دایره ای با استفاده از این روش انجام گرفته و عملکرد آن با پنج روش مذکور مقایسه شده است. نتایج حاصل از پیاده سازی این روش و مقایسه با دیگر روش های مرسوم نشان می دهد که روش پیشنهادی، مسئله سینماتیک مستقیم ربات موازی صفحه ای را با دقت مناسب تحلیل می کند.
کلیدواژگان: مسئله سینماتیک مستقیم، ربات موازی صفحه ای، طبقه بند، شبکه عصبی مصنوعی -
صفحات 74-90
در این مقاله، کنترل پیش بین مقاوم برای یک سیستم غیرخطی دارای عدم قطعیت و محدودیت سیگنال ورودی طراحی شده است. برای این منظور، ابتدا یک سیستم دینامیکی با وجود عدم قطعیتهای همزمان جمع شونده و چند وجهی در نظر گرفته میشود. برای طراحی کنترل پیشبین، رفتار دینامیکی سیستم با استفاده از یک مدل نامی پیش بینی میشود؛ سپس، در لحظات معلومی از زمان، سینگال ورودی به گونه ای تعیین میشود که یک تابع هزینه معلوم کمینه شود. برای بهینه شدن تابع هزینه، در لحظات معینی از زمان، یک قانون کنترل به فرم فیدبک حالت انتخاب میشود. در نتیجه، مساله طراحی کنترل پیشبین مقاوم به انتخاب مناسب بهره فیدبک منجر میشود. در نهایت، مساله طراحی کنترل پیشبین به یک مساله کمینه سازی با وجود قیدهای نامساوی ماتریسی خطی تبدیل میشود. با حل عددی این مساله، میتوان بهره قانون کنترل فیدبک حالت را تعیین نمود. روش کنترل بدست آمده در یک سیستم مرتبه دوم دارای عدم قطعیت و محدودیت ورودی شبیه سازی و عملکرد آن با کنترل کننده های دیگر مقایسه میشود. نتایج شبیه سازی انجام شده، اثربخش بودن قانون کنترل پیشنهادی را در مقایسه با روش های موجود نشان میدهد.
کلیدواژگان: کنترل پیش بین مقاوم، نامساوی ماتریسی خطی، سیستم های دارای عدم قطعیت، سیستم های غیرخطی، محدودیت در ورودی کنترل -
صفحات 91-104
در این مقاله، آنتن یکسوساز پهن باند بدون استفاده از مدارتطبیق ارایه شده است. علاوه بر پهنای باند عریض، الگوی تشعشعی همه جهته، راندمان تبدیل توان فرکانس رادیوی (RF) به dc حداکثر، قابلیت برداشت حداقل سطح توان و طراحی ساده، این ساختار را به گزینه ای مناسب برای کاربرد برداشت کننده انرژی فرکانس رادیویی تبدیل کرده است. برای برداشت انرژی با راندمان حداکثر، شبکه تطبیق حذف و از ساختار آنتن برای تطبیق با یکسوساز استفاده شده است. با توجه به حداقل سطح توان ورودی، از دو ساختار مختلف آنتن یکسوساز با مشخصه متفاوت نسبت به سطح توان ورودی استفاده شده است. مدل پیشنهادی، در محدوده 71/1 تا 5/2 گیگاهرتز راندمان مناسبی داشته و حداکثر راندمان آنتن های یکسوساز افزاینده ولتاژ و تک دیود به ترتیب در سطوح توان ورودی dBm0 و dBm5- رخ داده و برابر با 74 و 68 درصد است. راندمان 42 و 44 درصدی برای هر دو ساختار با بررسی حالت چند حاملی به ترتیب در حالت 2 و 3 حاملی، حاصل شده است.
کلیدواژگان: آنتن یکسوساز، راندمان تبدیل توان، فرکانس رادیویی، الگوی تشعشعی همه جهته، پهن باند، چند حاملی
-
Pages 4-15
In this paper, a fluidic biosensor with possibility to fabricate by Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology is proposed for biomedical mass detection and lab-on-chip applications. This is designed by electromechanical coupling of harmonic micromechanical resonators with harmonic springers as a mechanical resonator array. It can disperse mechanical wave along the array by electrostatic method using interdigitate capacitors as actuators and sensors. It has some vital advantages like: low cost fabrication method, low fluidic interference damping effect, and high sensitivity with large absorbent area. In order to estimate the sensitivity of the proposed biosensor against the mass perturbation, the measurability of capacitance changes and fluidic interference damping effect, the stimulated analysis is conducted by COMSOL. It results, a suitable sensitivity and possibility to measure the biosensor outputs by available electronic instrumentations.
Keywords: Fluidic Biosensor, Micro Sensor, Mechanical Resonator Array -
Pages 16-31
This paper presents a new circuit to configure power amplifier (PA) for return-to-zero on-off-keying (RZ-OOK) transmitters. The proposed PA works as a multimode structure with configurable data rate and output power. The programmable data rate function is achieved by duty cycle adjustment of input data and producing input RZ-data by a simple circuit, which leads to a linear scale of data rate with power consumption. This implies that any desired level of output power can be transmitted with different power consumption according to the power budget. The RZ-data is also utilized to perform the output power reconfiguration. The PA represents data rate of 0.3Mb/s to 3Mb/s and it can deliver output power level from -23dBm to 0dBm. During data rate adjustment, power consumption varies from 0.099mW to 0.99mW when the output power is 0dBm. Also, PA consumes 0.07mW to 0.99mW at the output power tuning range with a data rate of 3Mb/s.
Keywords: Power Amplifier, PA, Configurable, RZ-OOK Modulation, Data Rate, Low Power Consumption -
Pages 32-50
Common Gate (CG) topologies are commonly used as the first stage in Transimpedance Amplifiers (TIA), due to their low input resistance. But, this structure is not solely used as a TIA and comes with other topologies such as differential amplifiers or negative resistances and capacitances. This paper deals with analyzing the effect of adding an active feedback network to a common gate topology. Generally, the feedback network is used to reduce the input resistance of the CGs topology, but in this paper it is shown that an active feedback network, which occupies a small area, not only reduces further the input resistance of CG topologies, but also forms an active inductive behavior, which can be used to resonate with the large parasitic capacitance of the photodiode and hence obtain a wide bandwidth. Mathematical analysis is done in this paper to prove the existence of this active inductor, which is also proved in the simulations. Finally, it is shown that this stage alongside its active feedback can be used as a high-speed and low-power transimpedance amplifier for optical communication applications.
Keywords: Transimpedance amplifier, optical communication receiver, Active feedback, Low power, Wide bandwidth -
Pages 51-73
The forward kinematic problem of parallel robots is always considered as a challenge in the field of parallel robots due to the obtained nonlinear system of equations. In this paper, the forward kinematic problem of planar parallel robots in their workspace is investigated using a neural network based approach. In order to increase the accuracy of this method, the workspace of the parallel robot is divided into a number of smaller subspaces using the classifier and the boundary overlap method. After estimating the corresponding subspace, two separate neural networks are used in each subspace to determine the position and orientation of the moving platform. This approach is implemented on a 3-PRR planar parallel robot and its results are compared with the results obtained from the MLP, WaveNet, GMDH, Dual and Independent neural networks. Moreover, in order to evaluate the efficiency of the proposed method, a circular motion path is simulated using this approach and its performance is compared with the five mentioned methods. The results obtained from the implementation of this approach and comparison with the conventional methods indicates that the proposed method analyzes the forward kinematic problem of planar parallel robot with proper accuracy.
Keywords: Forward kinematic problem, Planar parallel robot, Classifier, Artificial neural network -
Pages 74-90
In this paper, a robust model predictive control (MPC) algorithm is designed for nonlinear uncertain systems in presence of the control input constraint. To achieve this goal, first, the additive and polytopic uncertainties are formulated in the nonlinear uncertain system. Then, the control policy is chosen as a state feedback control law in order to minimize a given cost function at each known sample-time. Finally, the robust MPC problem is transformed into another optimization problem subject to some linear matrix inequality (LMI) constraints. The controller gains are determined via the online solution of the proposed minimization problem in real-time. The suggested method is simulated for a second order nonlinear uncertain system. The closed-loop performance is compared to other control techniques. The simulation results show the effectiveness of the proposed algorithm compared to some existing control methods.
Keywords: Robust model predictive control (RMPC), linear matrix inequality (LMI), uncertain systems, nonlinear systems, constrained control input -
Pages 91-104
In this paper, a wideband rectenna without using matching networks is presented. In addition of wide bandwidth, the omnidirectional radiation pattern, maximum radio frequency to dc conversion efficiency, harvesting capability of the minimum input power level, easy fabrication process cause this antenna be a good choice for radio frequency energy harvesting applications. Matching network has been eliminated and the antenna structure has been used to match with rectifier for energy harvesting with maximum efficiency. Based on the minimum input power level, two different structures have been suggested as the rectenna. The suggestive model meets proper efficiency within the frequency band of 1.71-2.5GHz and harvests the input power levels of 0dBm and -5dBm by implementing the two proposed structures with the maximum efficiencies of 74 and 68%, respectively. The multi-tone state has been also investigated which indicated the maximum obtained efficiencies of about 42 and 44% for the 2- and 3-tone modes, respectively.
Keywords: wideband rectenna, power conversion efficiency, radio frequency, omnidirectional radiation pattern, multi-tone
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.