فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 47 (پاییز 1400)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 47 (پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سحر کریمی شهرکی، مهدی خضری* صفحات 1-11

    اختلال توجه-بیش فعالی (ADHD)، نوعی بیماری روانی توسعه عصبی است که باعث عدم توجه، اضطراب، بیش فعالی و رفتارهای تکانشگری فرد می شود. این بیماری بیشتر درکودکان دیده می شود و به طور مستقیم منجر به ناتوانی آن ها در یادگیری می شود. هدف این مطالعه، ارایه سیستمی به منظور شناسایی دقیق تر بیماران ADHD با استفاده از ویژگی های برمبنای موجک سیگنال های مغزی (EEG) است. سیگنال های EEG ثبت شده از 61 کودک ADHD(شناسایی شده بر مبنای معیار DSM-IV) و60 کودک سالم به عنوان گروه کنترل در محدوده سنی 7-12 سال برای طراحی سیستم مورد استفاده قرارگرفتند. در روش پیشنهادی، سیگنال های EEG با اعمال تبدیل موجک به زیرباندهایی تجزیه شدند؛ و برای نسخه زمانی سیگنال ها در هر زیرباند، ویژگی های زمانی و آماری محاسبه شدند. مجموعه ویژگی کاهش یافته با روش تحلیل مولفه اصلی (PCA) سپس برای آموزش واحد طبقه بندی به منظور شناسایی بیماران ADHD از افراد سالم به کار رفت. برای کسب نتایج مطلوب، انواع مختلف توابع موجک و سطوح تجزیه مورد بررسی قرارگرفتند. تابع موجک bior3.1با روش طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان (SVM) و تابع موجک rbio1.1 با روش طبقه بندی k نزدیکترین همسایه (kNN) با کسب دقت های شناسایی به ترتیب 98.33 و 99.17 درصد، بهترین عملکرد را ارایه کردند. روش طبقه بندی SVM با تابع کرنل پایه شعاعی (RBF) و روش kNN با تعداد همسایگی k=3 بهترین نتایج را کسب کردند. نتایج به دست آمده در این مطالعه، در مقایسه با نتایج گزارش شده در مطالعات قبلی حداقل 2% بهبود در دقت شناسایی بیماران ADHD را نشان دادند.

    کلیدواژگان: ADHD، ویژگی های زمانی، تبدیل موجک، طبقه بند SVM، طبقه بند kNN
  • حامد احمدیان یزدی، محمدعلی پورمینا*، افروز حق بین صفحات 13-28

    در این مقاله الگوریتم مکان یابی گره های شبکه اقتضایی براساس تبادل سیگنال های رادیویی بین گره های شبکه و به طور مستقل از سیستم موقعیت یاب جهانی  GPS ارایه می شود. در روش های مرسوم مکان یابی، مکان گره ها در یک شبکه در دو مرحله تخمین زده می شود. در مرحله ی اول هر گره مکان محلی خود و همسایگانش با استفاده از روش مقیاس بندی چند-بعدی (MDS) محاسبه و در مرحله ی دوم، مکان محلی گره ها به یک مکان سراسری واحد تبدیل می گردد. در این روش ها از مکان گره های مکان یابی به عنوان مرجع چرخش برای گره های بعدی استفاده می شود که این مکان محاسبه شده دقیق نیست. همچنین روش دیجسترا نیز روش دقیقی نبوده، خطای موجود در هر گره به گره های بعدی انتقال می یابد. بنابراین، خطای موقعیت یابی در گره های نهایی که مکان یابی می شوند، بسیار زیاد است. در الگوریتم پیشنهادی، با استفاده از الگوریتم بهینه، از مکان های تخمین زده شده در روش MDS به عنوان تخمین اولیه استفاده می شود و این خطاها به گونه ای کاهش می یابد تا کل شبکه به یک حالت پایدار برسد. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی می تواند نسبت به الگوریتم MDS مشکل انتشار خطا را حل کرده و با تحرک مجدد گره های موجود دقت و پایداری مناسبی را با کمترین افزایش سربار و بار پیچیدگی محاسباتی پایین حل می کند.

    کلیدواژگان: شبکه اقتضایی، مکان یابی مستقل از GPS، مقیاس بندی چندبعدی، دیجسترا
  • سید رضا نبوی، نفیسه اوسطی عراقی*، جواد اکبری ترکستانی صفحات 49-67

    در سال های اخیر، با گسترش کاربردهای شبکه‏ های حسگر بی‏سیم، بهره برداری از این نوع شبکه ‏ها به منظور رسیدگی بر محیط و تحلیل داده‏های جمع‏ آوری شده از محیط‏های خاص و متنوع بسیار رواج یافته است. شبکه ‏های حسگر بی‏سیم با توجه به سهولت پیکربندی و عدم نیاز به تجهیزات گران قیمت، یکی از بهترین گزینه‏ ها برای جمع ‏آوری داده‏ها از محیط هستند. انرژی گره های حسگر در شبکه ‏های حسگر بی‏سیم محدود است که با توجه به عدم وجود منبع شارژ ثابت یکی از چالش‏های اساسی است که با آن مواجه می شویم. از آن جایی که بیشترین مقدار انرژی گره ها در طی انتقال داده‏ها اتلاف می‏شود، گره ای که بیشتر از بقیه به انتقال داده ‏ها بپردازد و یا بسته‏ های داده‏ای را در فواصل طولانی انتقال دهد، انرژی آن زودتر از بقیه به اتمام می‏رسد. با اتمام انرژی یک حسگر در شبکه ممکن است در روند کار شبکه اختلال ایجاد شود. بنابراین، با توجه به توپولوژی پویا و طبیعت توزیع شده شبکه های حسگر بی سیم، طراحی پروتکل های انرژی کارآمد برای مسیریابی یکی از چالش های اصلی است. ازاین رو در این مقاله پروتکل مسیریابی آگاه از انرژی براساس الگوریتم بهینه‏ سازی ازدحام ذرات چندهدفه ارایه شده است. در رویکرد پیشنهادی تابع شایستگی الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای انتخاب گره سرخوشه بهینه براساس هدف‏های کیفیت خدمات شامل انرژی باقیمانده، کیفیت پیوند، تاخیر انتها به انتها و نرخ تحویل استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می‏دهد روش پیشنهادی با توجه به ایجاد توازن در اهداف معیارهای کیفیت خدمات، نسبت به سایر روش های موجود اتلاف انرژی کمتر و طول عمر بیشتری دارد.

    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات چندهدفه، شبکه های حسگر بی سیم، مسیریابی آگاه از انرژی
  • مینا میرزایی، جواد حسن زاده کلاشمی*، علی عبدالله زاده ضیابری، مهدی میرزایی صفحات 69-79

    در چند سال گذشته، سلول های خورشیدی مبتنی بر سولفید قلع روی مس (CZTS) به دلیل ضریب جذب و شکاف باند مناسب، کم هزینه بودن، رفتار غیر رادیواکتیو و سازگار با محیط زیست، جزو سلول های خورشیدی لایه نازک بسیار امیدوار کننده هستند. با این حال، سلول های CZTS بازدهی ضعیفی نشان می دهند و شناسایی کمبودها و ایجاد پیشرفت لازم است. در این مقاله، استفاده از پوشش های مختلف لایه های ضد بازتاب1 (ARC) در سطح بالای سلول خورشیدی پیشنهاد شده است. حداقل سازی بازتاب برای بهینه سازی ضخامت لایه های ضد بازتاب با استفاده از نرم افزار لومریکال انجام شده است. چگالی جریان اتصال کوتاه از 48/18 میلی-آمپر بر سانتیمتر مربع برای سلول های خورشیدی بدون پوشش ضد بازتاب به 76/20 میلی-آمپر بر سانتیمتر مربع برای سلول هایی که دارای پوشش لایه ضدبازتاب MgF2 هستند افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: بازده کوانتومی خارجی، پوشش لایه ضدبازتاب، سلولهای خورشیدی CZTS، FDTD
  • جواد مصطفایی، صالح مبین*، بهروز واثقی، محمد واحدی صفحات 73-91
    در این مقاله یک سیستم فوق آشوبی جدید پیچیده با رفتارهای جذاب معرفی خواهیم نمود. ما تجزیه وتحلیل های استاندارد سیستم های فوق آشوبی ازجمله نمودار دوشاخگی، نقاط تعادل، نقشه پوانکاره، بعد کاپلان-یورک و نماهای لیاپانوف را انجام خواهیم داد. از خصوصیات سیستم های فوق آشوبی می توان به پیچیدگی بالاتر، مقاومت پارامتری بیشتر و حساسیت به تغییرات بسیار کوچک در شرایط اولیه اشاره کرد. در ادامه ثابت خواهیم نمود که سیستم معرفی شده بسیار پیچیده تر از سیستم های فوق آشوبی مشابه است که می تواند برای استفاده در رمزگذاری و پنهان سازی داده ها بسیار ارزشمند باشد. در مرحله بعدی، یک کنترل کننده مودلغزشی سریع برای همزمان سازی زمان محدود سیستم فوق آشوبی معرفی خواهیم نمود و پایداری کنترل کننده جدید را ثابت خواهیم کرد. نشان خواهیم داد با اعمال اغتشاش و نامعینی به سیستم، هر دو مرحله کنترل مودلغزشی دارای ویژگی های همگرایی زمان محدود هستند. سرانجام، مقایسه ای بین کنترل کننده جدید طراحی شده با کنترل کننده مشابه ازلحاظ زمان همگرایی انجام خواهد شد. در پایان، نتایج با استفاده از نرم افزار متلب شبیه سازی و اثبات شده اند. نتایج نشان می دهد سیستم فوق آشوبی جدید با جاذب های فراوان بسیار پیچیده تر از سیستم های مشابه بوده و کنترل کننده پیشنهادی نیز پاسخ همگرایی سریع تری را نسبت به کنترل کننده مشابه، دارا است.
    کلیدواژگان: سیستم فوق آشوبی جدید، تجزیه و تحلیل آشوبی، همزمان سازی زمان محدود، کنترل مودلغزشی سریع
  • کرامت کرمی، سید محمدعلی زنجانی*، مهدی دولتشاهی صفحات 103-113

    ممریستور به عنوان عنصر اساسی حافظه های اصلی یا پنهان SRAM و DRAM، می تواند به صورت موثری زمان راه اندازی و توان مصرفی مدارها را کاهش دهد. غیر فرار بودن، چگالی بالای مدار نهایی و کاهش حاصل ضرب تاخیر در توان مصرفی PDp از حقایق قابل توجه مدارهای ممریستوری است که منجر به پیشنهاد سلول حافظه شامل چهار ترانزیستور و دو ممریستور (4T2M) در این مقاله شده است. به منظور شبیه سازی سلول حافظه پیشنهادی، طول ممریستورها 10 نانومتر و مقاومت حالت های روشن و خاموش آنها به ترتیب 250 اهم و 10 کیلو اهم انتخاب شده است. همچنین، ترانزیستورهای MOS سلول نیز توسط مدل CMOS PTM 32 نانومتر شبیه سازی شده اند. شبیه سازی در نرم افزار اچ-اسپایس و با تغذیه یک ولت و مقایسه آن با دو سلول شش ترانزیستوری متعارف (6T) و دو ترانزیستوری-دو ممریستوری (2T2M) نشان می دهد که استفاده از ممریستور سبب غیر فرار شدن سلول حافظه پیشنهادی و سلول 2T2M در زمان قطع  ولتاژ تغذیه شده است، ضمن آن که مصرف توان مدار پیشنهادی نسبت به مدار 6T و 2T2M به ترتیب 8/99 درصد و 2/57 درصد کاهش یافته و حاصل ضرب متوسط تاخیر در توان نیز به ترتیب 4/99 درصد و 7/26 درصد بهبود یافته است؛ هرچند تاخیر نوشتن این سلول و سلول  2T2Mنسبت به سلول 6T به ترتیب 400 درصد و 218 درصد افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: حافظه غیرفرار، ممریستور، سلول4T2M، حاصل ضرب تاخیر در توان
|
  • Sahar Karimi Shahraki, Mahdi Khezri * Pages 1-11

    Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurological and psychiatric disorder which causes to attention deficit, anxiety, hyperactivity and impulsive behaviors. ADHD is more common in children and directly leads to their learning disability. The aim of this study was to accurately identify ADHD patients by using wavelet-based features of brain signals (EEG). Recorded EEG signals from 61 children with ADHD (diagnosed according to the DSM-IV criteria) and 60 healthy controls in the age range of 7-12 years were used to design the system. In the proposed method by applying wavelet transform, EEG signals were decomposed into subbands; for the time version of the signals in each subband, the temporal and statistical features were calculated. The reduced feature set by principal component analysis (PCA) method was then used to train the classification unit to identify ADHD patients from healthy individuals. To obtain the desired results, different types of wavelet functions and decomposition levels were investigated. The bior3.1 wavelet function with the support vector machine (SVM) classifier and the rbio1.1 wavelet function with the k-nearest neighbor (kNN) classifier presented the best performance with the recognition accuracy of 98.33% and 99.17%, respectively. The SVM classification method with radial basis kernel function (RBF) and the kNN method with the number of nearest neighbors, k = 3 obtained the best results.The results obtained in this study compared to the results reported in previous studies showed at least a 2% improvement in the recognition accuracy of ADHD patients.

    Keywords: time domain features, wavelet transform, kNN classifier, SVM classifier, ADHD
  • Hamed Ahmadian Yazdi, MohammadAli Pourmina *, Afrooz Haghbin Pages 13-28

    In this paper, we present the new positioning algorithm of ad-hoc network nodes based on the exchange of radio signals among nodes. The proposed algorithm is independent of GPS data. In conventional positioning methods, the location of nodes in a network is estimated in two steps. In the first step, each node calculates its local location and neighbors based on the Multi-dimensional scaling (MDS) method. In the second step, the local location of the nodes transforms into a unique global location. In these methods, the location of the positioned nodes is used as a rotation reference for the next nodes though this calculated location is not accurate.  Also, the Dijkstra method is not exact either and produces errors which transmitted to the next nodes. Therefore, the positioning error is very high in the final nodes positioned. In the proposed algorithm, using the optimal algorithm, the estimated locations in the conventional method use as initial estimates, and these errors reduce so that the whole network reaches a stable state. The simulation results show that the proposed algorithm can solve the error propagation problem compared to the MDS algorithm and achieved the appropriate accuracy and stability with the least increase of overhead and low computational complexity load by mobility of the existing nodes.

    Keywords: ad-hoc network, GPS-Free localization, MDS, Dijkstra
  • Seyed Reza Nabavi, Nafiseh Osati Eraghi *, Javad Akbari Torkestani Pages 49-67

    With the spread of applications of wireless sensor networks, in recent years, the use of this type of network in order to monitor the environment and analyze data collected from specific environments in a variety of ways has become very common. Wireless sensor networks are one of the best options for collecting data from the environment due to their easy configuration and no need for expensive equipment. The energy of sensors in wireless sensor networks is limited, which is a major challenge due to the lack of a fixed charge source. Because most of the sensors' energy is wasted during data transmission, a sensor that transmits more data than others and transmits data over long distances with packets will run out of energy sooner than others. When a sensor in the network runs out of energy, the network process may be disrupted. Therefore, due to the dynamic topology and distributed nature of wireless sensor networks, designing energy efficient routing protocols is one of the main challenges. Therefore, in this article, energy-aware routing protocol based on multi-objective particle swarm optimization algorithm is presented. In the proposed approach, the fitness function of the particle swarm optimization algorithm for selecting the optimal cluster head based on quality-of-service goals including residual energy, link quality, end-to-end delay and delivery rate. The simulation results show that the proposed approach has less energy consuming and extend network lifetime due to balancing the goals of quality-of-service criteria than other approaches.

    Keywords: Multi-Objective Particle Swarm Optimization Algorithm, Wireless Sensor Networks, Energy-Aware Routing
  • Mina Mirzaei, Javas Hasanzadeh *, Ali Abdolahzadeh Ziabari, Mehdi Mirzaei Pages 69-79

    In the few past years, Solar cells based on Cu2ZnSnS4 (CZTS) are very promising thin-film solar cells due to their appropriate absorption coefficient and optical band gap, low-cost, non-radioactive and environmental friendly behavior. However, CZTS devices show poor efficiency and identifying deficiencies and making improvements is necessary. In the present study, various anti-reflection coatings at the top surface of the solar cell were proposed. Minimization of the reflectance is carried out to optimize the thickness of ARC layers using Lumerical software. The density of the short-circuit photocurrent increases from 18.4 mA.cm−2 for solar cells without an antireflection coating to 36 mA.cm−2 for those with MgF2 layer coating.

    Keywords: CZTS solar cells, anti&minus, reflective coating, external quantum efficiency, FDTD
  • Javad Mostafaee, Saleh Mobayen *, Behrouz Vaseghi, Mohammad Vahedi Pages 73-91
    This paper constructs a new complex hyper-chaotic system with attractive coexisting dynamic behaviors. We analyze the hyper-chaotic attractors, equilibrium points, Poincaré maps, Kaplan-York dimension, and Lyapunov exponent behaviors. The characteristics of hyper-chaotic systems include higher complexity, higher parametric resistance and sensitivity to very small changes in initial conditions. We prove that the introduced hyper–chaotic system is much more complex than the similar hyper-chaotic systems, that can suitable for use in encryption and secure communication. Next, the work describes a fast terminal sliding mode controller scheme for the fast synchronization and stability of the new complex hyper–chaotic system. It is shown that by applying uncertainty to the system, both steps of the sliding mode control have finite-time convergence properties. Next, a comparison will be made between a newly designed controller and a similar. Finally, using the MATLAB simulation, the results are confirmed for the new system. The results shown that the new hyper-chaotic system with many adsorbents is much more complex than similar systems, and the proposed controller has a faster convergence response than the similar controller.
    Keywords: New hyper-chaotic system, Chaotic analysis, finite-time synchronization, fast terminal sliding mode control
  • Keramat Karami, Sayed MohammadAli Zanjani *, Mehdi Dolatshahi Pages 103-113

    Memristor, as a fundamental element of SRAM and DRAM memories, can effectively reduce startup time and power consumption of the circuits. Non-volatility, high density of the final circuit, and reduction of power delay product (PDP) are some of the significant facts of memristor circuits, which has led to the suggestion of a memory cell including and four transistors and two memristors (4T2M) in this paper. In order to simulate the proposed memory cell, the length of memristors has been selected 10 nm, and their on/off state resistors have been selected 250 Ω and 10 KΩ respectively. In addition, the proposed memory cell MOS transistors are simulated by the 32 nm CMOS PTM model. Simulation in the HSPICE software with 1V supply voltage and comparison with two conventional six-transistor (6T) and two transistors-two memory (2T2M) cells show that the use of memristors has made the proposed memory cell and 2T2M cell non-volatile. Moreover, the power consumption of the proposed circuit has decreased by 99.8% and 57.2%, compared to the previous two circuits respectively, and the power average delay product has also improved by 99.4% and 26.7%, respectively; however, the writing delay of this cell and 2T2M cell increased by 400% and 218% compared to 6T cell, respectively.

    Keywords: Non-Volatile Memory, Memristor, 4T2M cell, Power Delay Product