فهرست مطالب

هوش محاسباتی در مهندسی برق - سال دوازدهم شماره 1 (بهار 1400)

نشریه هوش محاسباتی در مهندسی برق
سال دوازدهم شماره 1 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/18
  • تعداد عناوین: 8
|
  • بنفشه قارداش بگی، ابومسلم جان نثاری* صفحات 1-14
    پردازش سیگنال صدای قلب دارای مراحل مختلفی است. با اعمال پیش پردازش های لازم و جداسازی سیکل های صدای قلب به استخراج ویژگی های متمایز کننده از صدای قلب می پردازیم. از آنجایی که عملکرد مناسب طبقه بند تاثیر زیادی در کارایی نهایی سیستم دارد، در این پژوهش روش مناسبی جهت طبقه بندی ارایه می کنیم. یک راه متداول ساخت طبقه بندهای دقیق، استفاده از گروهی از طبقه بندها و تصمیم گیری بر مبنای خروجی هر یک از آن ها است. محققان تا کنون کارایی این روش ها را در زمینه‎ های مختلف مربوط به مسایل طبقه بندی نشان داده اند. اما در زمینه ی تشخیص ناهنجاری های قلبی مطالعات زیادی برای بررسی این نوع طبقه بندها صورت نگرفته است. در این پژوهش به آموزش تعدادی طبقه بند پایه ی خطی می پردازیم و در نهایت تصمیم گیری با توجه به خروجی هر طبقه بند پایه بر مبنای روش رای اکثریت انجام می شود. نمونه های مورد استفاده در آموزش طبقه بند های پایه به صورت تصادفی و با جایگذاری از کل نمونه های آموزشی انتخاب می شوند. روش پیشنهادی را برای 5 مجموعه داده پیاده می کنیم. همچنین به مقایسه ی روش پیشنهادی با 3 نوع طبقه بند دیگر با معیارهای حساسیت، ویژگی، نسبت شانس تشخیص، دقت و خطا می پردازیم. نتایج نشان می دهد روش پیشنهادی دارای دقت بالاتر و سرعت بیش تری در پیش بینی مشاهدات است.
    کلیدواژگان: استخراج ویژگی، آموزش گروهی طبقه بندها، بیماری های دریچه ای قلب، سوفل، سیگنال PCG، قطعه بندی
  • فرزانه شورکشتی، مهدی بانژاد*، محمدحسین تبار مرزبالی، علی اکبرزاده کلات صفحات 15-36

    در سال های اخیر با توجه به بحران های زیست محیطی و کمبود منابع فسیلی، استفاده از منابع تجدیدپذیر شایان توجه است. استفاده از منابع تجدیدپذیر در سیستم قدرت، تولید را غیرمتمرکز کرده و با توجه به طبیعت متغیر این منابع، نوسانات زیادی در شبکه اضافه شده اند. ریزشبکه های DC به عنوان شبکه قدرت کوچک، امکان استفاده و کنترل این منابع را در سمت توزیع آسان کرده اند. نفوذ زیاد منابع تجدیدپذیر مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت، اینرسی و میرایی را کاهش داده اند؛ بنابراین، سیستم های جدید به اغتشاشات حساس تر شده اند و حاشیه پایداری سیستم کاهش یافته است. در این مقاله از ریزشبکه DC متصل به شبکه AC مجهز به ماشین سنکرون مجازی به منظور مدیریت توان خودکار ریزشبکه DC و شبکه AC و تحلیل نقش اینرسی مجازی در پایداری سیگنال کوچک استفاده شده است. شبکه تحت حالت ها و اینرسی های مختلف برای تایید روش مذکور بررسی و تایید شده است. در این روش با استفاده از پاسخ مبدل منبع ولتاژ و با طراحی مناسب کنترل افتی دوگانه کنترل کننده های ولتاژ، فرکانس و توان اکتیو خروجی، پشتیبانی لازم برای تنظیم فرکانس سیستم در مواجهه با اغتشاشات فراهم می شود و پایداری شبکه در شرایط مختلف بهبود می یابد.

    کلیدواژگان: ماشین سنکرون مجازی، ریزشبکه DC، اینرسی مجازی، مبدل منبع ولتاژ، کنترل افتی دوگانه
  • علی ابراهیمی، احمد حاجی پور*، رضا روشن فکر صفحات 37-47

    در این مقاله، یک مدل ترکیبی برای افزایش دقت طبقه بند ماشین بردار پشتیبانی (SVM) برای تشخیص خطای اتصال کوتاه داخلی سیم پیچ های استاتور موتور القایی پیشنهاد می شود. روش پیشنهادی متشکل از سه مرحله است؛ ابتدا ویژگی های آماری از مجموعه داده های سالم و معیوب استخراج می شوند. دیتای به دست آمده با روش تحلیل مولفه اصلی (PCA) کاهش بعد داده می شود و سپسSVM های مختلف براساس مجموعه داده های آموزشی ساخته می شوند. برای تنظیم پارامترهای مدل SVM به منظور دستیابی به دقت تفکیک بالاتر، یک طرح بهینه سازی بر مبنای الگوریتم بهینه سازی ذرات (PSO) استفاده شده که با نظریه آشوب و مشتقات کسری بهبود داده شده است. درنهایت، یک مدل ترکیبی برای ترکیب SVMها به کمک سیستم منطق فازی نوع-2 پیاده سازی شده است. روش پیشنهادی به منظور تشخیص خطای سیم پیچی استاتور یک موتور القایی سه فاز kW 2/2، 2 قطبی و 50 هرتزی روی داده های اندازه گیری شده جریان استاتور اعمال شده است. میانگین دقت 4/98 درصدی تشخیص خطای سیم پیچی استاتور روی داده های آزمایشگاهی در شرایط مختلف بار، نشان از قابلیت و اعتبار الگوریتم پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: موتورهای القایی، خطای اتصال کوتاه داخلی سیم پیچ استاتور، منطق فازی نوع-2، ماشین بردار پشتیبان، بهینه سازی ذرات، مشتق مرتبه کسری، آشوب
  • محمدعلی عاطفت، فاطمه جهانبانی اردکانی* صفحات 48-59

    در سال های اخیر استفاده از سیستم های انرژی تجدیدپذیر رشد چشگیری داشته است که در این میان به سیستم های فتوولتاییک توجه زیادی شده است. سلول خورشیدی عنصر سازنده سیستم فتوولتاییک شناخته می شود و به علت عملکرد غیر خطی سلول و تغییرات پیوسته شرایط جوی، استفاده از ردیاب نقطه بیشینه توان برای به دست آوردن بیشینه توان در سیستم فتوولتاییک امری ضروری است؛ ازاین رو، در این مطالعه به منظور دستیابی به بیشینه توان، از الگوریتم گرده افشانی گل ها بهره گرفته شده که با الگوریتم انتخاب جامع ترکیب شده است. همچنین در ادامه، عملکرد الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های ژنتیک و گرده افشانی گل های استاندارد تحت تغییرات سریع شرایط جوی ارزیابی و مقایسه شده است. نتایج این پژوهش نشان دادند الگوریتم بهبودیافته گرده افشانی گل ها نسبت به الگوریتم ژنتیک از دقت بالاتری برخوردار است و علاوه بر آن، سرعت همگرایی بالا تری نسبت به سایر الگوریتم های به کاررفته دارد.

    کلیدواژگان: الگوریتم بهبودیافته گرده افشانی گل ها، ردیابی نقطه بیشینه توان، سرعت همگرایی، سیستم خورشیدی
  • رمضان هاونگی* صفحات 61-73

    تخمین وضعیت شارژ باتری (SOC) در باتری های لیتیوم یون نه تنها برای مدیریت بهینه انرژی، برای اطمینان از عملکرد امن و جلوگیری از شارژ و دشارژ و درنتیجه، کاهش عمر باتری اهمیت زیادی دارد. با وجود این، این پارامتر به طور مستقیم از پایانه های باتری قابل اندازه گیری نیست؛ بنابراین، نیاز به تخمین آنها وجود دارد. در این مقاله از روش حداقل مربعات بازگشتی (RLS) برای تخمین پارامترهای باتری و از فیلتر ذره ای اصلاح شده برای تخمین SOC باتری های لیتیوم یون استفاده شده است. فیلتر ذره ای استاندارد دارای مشکل پدیده تباهیدگی ذرات است که دقت تخمین را کم می کند؛ بنابراین، در فیلتر ذره ای اصلاح شده، الگوریتم تفاضل تکاملی (DE) و گام مارکوف چاین مونت کارلو (MCMC ) روی PF استاندارد اعمال می شود که باعث تخمین دقیق تر و سازگارتر از SOC می شود. برای ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، این روش با روش های کلاسیک مقایسه شده است. نتایج نشان دهنده عملکرد موثر روش پیشنهادی در مقایسه با سایر روش ها است.

    کلیدواژگان: باتری لیتیوم یون، تخمین وضعیت شارژ، فیلتر ذره ای
  • سید میثم سیدبرزگر*، علیرضا صادقی، معصومه خودسوز صفحات 75-86

    شدت میدان الکتریکی ازجمله عوامل تاثیرگذار بر تخلیه کرونا و عایق مقره های کامپوزیتی فشارقوی است. بر اساس این، لازم است به نوعی توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی در طول مقره تعدیل شود. استفاده از حلقه کرونا در سمت ولتاژ فشارقوی قابلیت بسیار زیادی در کمینه سازی شدت میدان الکتریکی دارد. در این مقاله، با توجه به موثربودن طراحی و شرایط نصب حلقه کرونا بر میزان تغییرات میدان الکتریکی، از روش های حل عددی غیر مبتنی بر گرادیان برای دستیابی به پارامترهای بهینه استفاده شد. شبیه سازی در نرم افزار مبتنی بر اجزای محدود COMSOL انجام شده است. مقایسه نتایج به دست آمده نشان داد روش های غیر مبتنی بر گرادیان دارای سرعت و همگرایی مناسب اند. پارامترهای به دست آمده از روش های بهینه سازی، قابلیت کاهش میدان الکتریکی را تا 66 درصد نسبت به حالتی که از حلقه کرونا استفاده نمی شود، دارند. به طورکلی، مطابق با نتایج به دست آمده، روش ترکیبی به کاررفته در بهینه سازی پارامترهای حلقه کرونا بسیار مفید است.

    کلیدواژگان: حلقه کرونا، روش حل عددی، روش مبتنی بر اجزای محدود، شدت میدان الکتریکی، مقره کامپوزیتی
  • امیر سیفی، محمدحسن مرادی، محمد عابدینی*، علیرضا جهانگیری صفحات 87-98

    در این مقاله، روشی برای ارزیابی تاثیر پاسخگویی بار در ریزشبکه ها ارایه شده است. چندین حالت مختلف برای درک بهتر مسیله، شبیه سازی می شوند. همچنین از الگوریتم بهینه سازی ترکیبی شامل الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری و الگوریتم بهینه سازی بویایی کوسه برای حل تابع هدف چند منظوره تحت قیود مختلف استفاده شده است. به علاوه برای بررسی عدم قطعیت در تولید منابع انرژی تجدیدپذیر از روش مونت کارلو برای تولید سناریو بهره گرفته شده است. تابع هدف مسئله در نظر گرفته شده در این تحقیق شامل تلفات شبکه، هزینه تولید، شاخص قابلیت اطمینان و پایداری ولتاژ است. روش پیشنهادی با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ترکیبی و به کمک نرم افزار Matlab روی یک سیستم 69 شینه اصلاح شده شامل توربین های بادی، نیروگاه های خورشیدی و سیستم های ذخیره ساز انرژی، پیاده سازی شده است و نتایج حاصل از آن ارایه شده اند. نتایج نشان می دهند روش معرفی شده سبب افزایش بهره وری شبکه خواهد شد.

    کلیدواژگان: انرژی، فتوولتائیک، نیروی باد، بهینه سازی ترکیبی
  • الناز خدادادی، راحیل حسینی*، مهدی مزینانی صفحات 99-122
    در این پژوهش، روش هوشمند فازی جهت تشخیص و مدیریت عدم قطعیت در ویژگی های ورودی جهت شناسایی تومور های سینه ارایه شده است. مدل های هایبریدی فازی- تکاملی به منظور افزایش کارایی سیستم و بهینه سازی نتایج استفاده شده است. هدف استفاده از مدل های مبتنی بر محاسبات نرم تشخیص نوع توده های سینه براساس تحلیل ویژگی ها در تصاویر ماموگرافی است. مدل های ترکیبی پیشنهاد شده در این پژوهش شامل فازی- مبتنی بر آموزش و یادگیری، فازی- بهینه سازی ازدحام ذرات و فازی- مبتنی بر آموزش و یادگیری است. از تحلیل منحنی مشخصه عملکرد سیستم جهت سنجش کارایی سیستم استفاده شده است. همچنین از روش اعتبار سنجی تقاطعی 10 بخشی جهت تقسیم بندی داده ها به بخش های آموزش و تست استفاده شده است. روش جدید هایبریدی فازی- مبتنی بر آموزش و یادگیری- ازدحام ذرات ارایه شده، جهت تشخیص سرطان سینه، عملکرد بالاتری نسبت به روش های موجود داشته است. با مقایسه ی عملکرد مدل های هایبریدی پیشنهادی در این پژوهش، روش هایبریدی فازی- مبتنی بر آموزش و یادگیری- ازدحام ذرات با میزان صحت96/27% از عملکرد بهینه تری نسبت به روش های پیشنهادی دیگر جهت تشخیص سرطان سینه است. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند به منظور تشخیص به موقع و ارایه ی درمان های موثر امید بخش باشد.
    کلیدواژگان: سیستم استنتاج فازی، تومور های سینه، خوش خیم، بدخیم، محاسبات نرم، الگوریتم های هایبریدی تکاملی
|
  • Banafshe Ghardashbegi, Abumoslem Jannesari * Pages 1-14
    Heart sound signal processing consists of different phases. After applying necessary preprocessing and segmenting heart sound cycles, some distinctive features of heart sound are extracted. Since the appropriate operation of the classifier has a high impact on the performance of the system, in this study we propose a proper classification algorithm. One of the commonly used methods to build accurate classifiers is to use a group of classifiers and make decision based on the outputs of these classifiers. By far, the performance of the ensemble methods has been investigated in different fields of classification problems by researchers. However, in the field of heart valve diagnosis there are almost no studies investigating these methods. In this study, we train several linear classifiers and the final decision is made according to the outputs of them based on the majority voting algorithm. The training samples of each classifier are chosen randomly with replacement from the whole training set. The proposed method is implemented for 5 datasets and also compared with 3 other methods using different criteria including sensitivity, specificity, diagnostic odds ratio, precision and error. Results show that the proposed method has higher accuracy and faster prediction time. The noise label problem and the robustness of the proposed method against this noise are also investigated. Statistical tests show that the proposed method significantly outperforms other methods.
    Keywords: Feature Extraction, Ensemble learning, Valvular heart disease, Murmur, PCG signal, Segmentation
  • Farzaneh Shourkeshti, Mehdi Banjaad *, MohammadHosein tabar Marzebali, Ali Akbarzadeh Kalat Pages 15-36

    Recently, due to environmental issues and lack of fossil resources, the widespread use of renewable resources has been considered. The use of renewable resources in the power systems leads to decentralized generation and due to the changing nature of such resources, many fluctuations have been added to the network. DC microgrids, as a small power grid, make it easy to use and control such resources in the distribution network. Excessive penetration of power electronic based renewable sources has reduced the inertia and damping making the system more sensitive to disturbances and reducing the system stability margin. This paper uses a DC microgrid structure connected to an AC network equipped with a virtual synchronous machine to manage automatically the power of the DC microgrid and AC networks and analyzing the role of virtual inertia in small signal stability. In order to verify the proposed method, the network has been studied for different operating conditions and inertias. In this method, with the use of the voltage source converter response and proper design dual droop control of the voltage, frequency and active output controllers, the necessary support for adjusting the system frequency are provided to withstand disturbances leading to enhancing stability for different conditions.

    Keywords: Virtual Synchronous Machines, DC Microgrid, Virtual Inertia, Voltage Source Converter, Dual Droop Control
  • Ali Ebrahimi, Ahmad Hajipour *, Reza Roshanfekr Pages 37-47

    In this paper, a hybrid model for increasing the precision of the support vector machine classifier is proposed to detect stator windings short circuit fault detection in induction motors. The proposed method consists of three different phases, wherein the first phase the statistical features of a healthy and defective data set are extracted.  The principal component analysis is used to reduce the dimensions of the obtained features. Then, different SVMs are constructed based on training data sets. To achieve a better result, the parameters of the SVM are determined by the fractional-order chaotic particle swarm optimization algorithm. Finally, a hybrid model for combining SVMs with type-2 Fuzzy logic is implemented. The proposed approach is then applied on measured stator current data for stator winding short circuit fault detection in a three-phase induction motor with 2.2kW, 50Hz, 6 Pole. The average accuracy of 98.4% of the detection of stator winding error on laboratory data under different load conditions indicates the performance and validity of the proposed algorithm.

    Keywords: induction motor, Stator winding short circuit fault, Type-2 fuzzy logic, Support Vector Machine, Particle Swarm Optimization, Fractional-order derivative, Chaos
  • MohammadAli Atefat, Fatemeh Jahanbani Ardakani * Pages 48-59

    In recent years, the use of renewable energy systems has grown significantly, among which photovoltaic systems have received much attention. Solar cells are known as the building blocks of a photovoltaic system. Because of the nonlinear nature of solar cells and the continuous changes in atmospheric conditions, maximum power point tracking (MPPT) is essential to extract the maximum power of a photovoltaic system. In this study, in order to achieve the maximum power, it was proposed to apply flower pollination algorithm (FPA) combined with a comprehensive selection algorithm, named as improved FPA. In addition, to evaluate the proposed algorithm, its performance was compared with genetic algorithm (GA) and standard FPA under rapid changes in atmospheric conditions. The calculated results showed that the improved FPA has a better accuracy than GA; moreover it has a higher convergence rate as compared with other applied algorithms.

    Keywords: Improved Flowers Pollination Algorithm, Convergence Rate, Solar System, maximum power point tracking
  • Ramazan Havangi * Pages 61-73

    Estimating the status of battery charge (SOC) in lithium-ion batteries is important not only for optimum energy management but also for ensuring safe operation and preventing charge and discharge and thus reducing battery life. However, this parameter cannot be directly measured from the battery terminals. Therefore, SOC needs to be estimated. In this paper, the recursive least squares method (RLS) is used to estimate the battery parameters and the modified particle filter is used to estimate the SOC of lithium-ion batteries. The standard particle filter has the problem of particle degeneracy phenomenon, which reduces estimation accuracy. Therefore, in modified particle filter, the difference evolutionary algorithm and the Markov chain Monte Carlo) MCMC (method are applied to the standard PF, that makes the estimation of SOC more accurate and consistent.  In order to evaluate the performance of the proposed method, this method is compared with the classical methods. The results show the effective performance of the proposed method compared to other methods.

    Keywords: Lithium-ion Battery, State of Charge Estimation, Particle Filter
  • Seyyed Meysam Seyyed Barzegar *, Alireza Sadeghi, Masume Khodsuz Pages 75-86

    Electric field intensity is one of the factors affecting the corona discharge and insulation of high voltage composite insulators. Accordingly, it is necessary to adjust the potential distribution and electric field along the insulator. Using the corona ring on the high voltage side has a great potential to minimize the intensity of the electric field. Since the design and installation conditions of the corona ring can change the electric field, in this paper, Derivative- Free Solvers (DFS) based numerical solution methods are used to obtain optimal parameters. Three-dimensional finite element method (FEM) in COMSOL software is employed to simulate and compute the electric field. Comparison of the results has shown that Derivative-Free Solvers have acceptable speed and good convergence. The parameters obtained from the optimization methods can reduce the electric field by up to %66. According to the results, FEM-DFS hybridization technique could be very helpful in optimization of corona ring design.

    Keywords: Corona Ring, Numerical Solution Method, Finite Element Method, Electric Field Intensity, Composite Insulator
  • Amir Seifi, MohamadHasan Moradi, Mohamad Abedini *, Alireza Jahangiri Pages 87-98

    In this paper, a method for evaluating the impact of load response on microgrids is presented. Several different modes have been stimulated to better understand the problem. A hybrid optimization algorithm including gray wolf optimization algorithm and shark olfactory optimization algorithm to optimize the multi-purpose objective function under limited conditions and constraints. In addition, to determine the uncertainty in the production of renewable energy sources, the Monte Carlo method has been used to produce the scenario. The parameters considered in this method include technical parameters such as network losses, generation cost, and reliability index and voltage deviation. The proposed method is implemented using a hybrid optimization algorithm using MATLAB software on a modified 69-bus system, including wind turbines, solar power plants and energy storage systems. The results show that the proposed method will increase network productivity.

    Keywords: energy, photovoltaic, Wind Force, Hybrid Optimization
  • Elnaz Khodadadi, Rahil Hosseini *, Mahdi Mazinani Pages 99-122
    In this study a hybrid fuzzy intelligent method for management of uncertainty sources in characterization of breast tumors in mammography images has been proposed . Moreover, A hybrid fuzzy evolutionary model has been applied for optimizing and boosting efficiency of the system. Applying soft computing models attempt at analysis of the mammography images based on their features . For this Fuzzy-TBO,, Fuzzy-PSO-TLBO models have been proposed and investigated. The performance evaluation was conducted using the Receiver Operator Characterization (ROC) analysis in terms of accuracy and area under the ROC curve. In order to evaluate the results, a 10-fold cross validation technique was conducted. The obtained results reveal an accuracy of 96.27% for the determining different types of masses based on the tumors’ features according to the images. The presented model competes and outperforms other proposed models in previous studies. The outcome of this study may be hopeful for the means of apropos diagnosis and representing effective treatments.
    Keywords: Fuzzy Inference System, Breast Tumors, TBLO, Particle Swarm Optimization