فهرست مطالب

نشریه سامانه های غیرخطی در مهندسی برق
سال هفتم شماره 2 (پیاپی 12، پاییز و زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/05/21
  • تعداد عناوین: 8
|
  • الهام توسلی پور*، جواد پشتان صفحات 4-18

    در این مقاله روش تخمین مقاوم عیب بر مبنای طراحی رویتگر برای کلاس خاصی از سیستم های غیرخطی لیپشیتز که اغتشاش ها و عیوب موجود در آن به صورت کوپل شده با حالت های سیستم اصلی فرض می شوند، پیشنهاد شده است. در مدل سیستم مورد نظر، عیب هم در معادلات حالت و هم در معادله خروجی توسط تابع غیرخطی غیرقابل اندازه گیری و کوپل شده با متغیرهای حالت وارد شده است. همچنین اغتشاش ها و عدم قطعیت های موجود در سیستم به صورت کوپل شده با حالت های سیستم و توسط تابع غیرخطی در نظر گرفته شده اند. تا آنجا که مولفین بررسی نموده اند چنین شرایطی قبلا در مقاله های مرتبط مورد بررسی قرار نگرفته است. در روش پیشنهادی یک رویتگر لیونبرگر برای تخمین همزمان حالت ها و عیب موجود در سیستم طراحی شده است. همچنین اثر عدم قطعیت های موجود در سیستم توسط نرم  تضعیف شده است. شرایط لازم برای وجود چنین رویتگری به صورت ناتساوی ماتریسی خطی مطرح شده است. با حل ناتساوی ماتریسی خطی مذکور ثابت لیپشیتز تابع غیرخطی نیز به دست می آید. نهایتا عملکرد روش پیشنهادی بر روی یک موتور القایی سه فاز شبیه سازی شده است و نتایج به خوبی کارایی الگوریتم پیشنهاد شده را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: رویتگر لیونبرگر، ناتساوی ماتریسی خطی، سیستم های غیر خطی لیپشیتز
  • حمیدرضا کوفیگر*، مائده ملک صفحات 19-37
    در این مقاله، مساله پایدارسازی مقاوم سیستم های سوییچ شونده غیرخطی همراه با نامعینی و اغتشاش بررسی شده است. با توجه به اینکه حل مساله کنترل H∞  برای سیستم های سوییچینگ با تابع ذخیره مشترک برای همه زیرسیستم ها ممکن است وجود نداشته باشد و از طرف دیگر، برای استفاده از توابع ذخیره چندگانه باید نامعادله های مختلف همیلتون ژاکوبین حل شود، در این مقاله مساله کنترل مقاوم مبتنی بر خاصیت انفعال مدنظر قرار گرفته و در دو حالت بررسی شده است. حالت اول مربوط به زمانی است که حداقل یک زیرسیستم غیرفعال در کل فضای حالت وجود دارد و حل مساله از روش زمان سکون میانگین انجام می شود. در این حالت، با تعریف مفهوم نرخ انفعال سیستم، محدوده مجاز تغییرات زمان سکون میانگین برای وجود جواب بدست می آید. در حالت دوم که هیچ یک از زیر سیستم های سیستم سوییچ شونده غیر فعال نیستند، شرایط حل مساله کنترل H∞  سیستم سوییچینگ با استفاده از فیدبک غیر فعال ساز بدست آمده است. علاوه بر اثبات تیوری الگوریتم های طراحی، کارایی قضایای پیشنهادی برای سیستم های سوییچ شونده غیرخطی نامعین با ارایه دو مثال شبیه سازی و تحلیل عددی بررسی شده است.
    کلیدواژگان: پایدارسازی، کنترل مقاوم، سیستم های سوئیچ شونده، خاصیت اتلاف، انفعال
  • جواد علمائی*، یونس قره داغی، سجاد نجفی روادانق صفحات 38-63

    الگوریتم مقاوم به عنوان یکی از جدیدترین مدل های مقاوم سازی در زمینه بهینه سازی شبکه های توزیع بسیار بزرگ و پیچیده با درنظرگیری عدم قطعیت بوده،در این مقاله بستر لازم در قالب بررسی و انتخاب الگوی خوشه بندی مناسب برای ورود به مبحث تحلیل آن بررسی و نتیجه گیری خواهد شد.بررسی مورد مطالعاتی منتخب از شبکه استاندارد توزیع و تحلیل بهینه سازی حالت مجزا و تطبیقی منابع تولید پراکنده،درهمه موارد به غیرازحالت جزیره ای منابع تولیدپراکنده هزینه های کلی و جزیی کمتر درحالت تطبیقی را نشان داده(هزینه کلی درحالت تطبیقی 80 درصد حالت مجزاء است)؛از نتایج آن در مبحث خوشه بندی با انتخاب نقاط کاندید شامل منابع تولید پراکنده و منابع تغذیه در سطح شبکه فشارمتوسط استفاده شده است.بررسی داده های نرم افزاری در هردو حالت تک خوشه ای با تکرارهای اول تا پنجم و دهم؛یک تا پنج خوشه و ده خوشه ای در تکرار اول؛در قالب خروجی های عددی وگراف نشان گر ویژگی های برتر الگوی خوشه بندی براساس میانگین داده به علت سه ویژگی برجسته حساسیت به تمامی نقاط کاندید وزن دار،سرعت عملیات قابل قبول نسبت به الگوی خوشه بندی براساس تراکم داده و جزیره ای شدن تغذیه خوشه ها در زمان کثرت بیشتر نعداد خوشه؛ به عنوان روش منتخب برای استفاده در کدنویسی بهینه سازی مقاوم شبکه توزیع در مجاورت منابع تولید پراکنده تعیین شده است.

    کلیدواژگان: UNCERTINTY، ROBUST OPTIMIZATION، K-MEANSو K-MEDOIDS، MINIMUM SPANNING TREE
  • علی قائمی، امین صفری* صفحات 64-87

    توان بالای عبوری از خطوط انتقال و هزینه های هنگفت ناشی از بروز خطاها در این خطوط باعث توجه ویژه محققین به مسایل مربوط به حفاظت در این حوزه شده است. ضعف های موجود در روش های حفاظت سنتی و وابستگی شدید آن ها به شرایط بهره برداری سیستم اهمیت موضوع تشخیص پیش از موعد خطا و پیش بینی آن با روش های جدید را دوچندان می کند. تشخیص به موقع و صدور هشدارهای مربوط به احتمال وقوع خطا با تحلیل داده ها و اطلاعات بدست آمده از سیستم و بررسی روابط بین پارامترهای مختلف قابل انجام است. در این مقاله از روش های مبتنی بر یادگیری ماشین که با دقت مناسب و مستقل از ناحیه عملکردی سیستم توان پیش بینی وقوع خطا را دارند استفاده گردیده است. برای بررسی عملکرد مدل ها تعداد زیادی داده در شرایط بهره برداری متنوع تولید شده و به عنوان ورودی به الگوریتم های تحت بررسی داده شده است. همچنین تاثیر شرایط آب و هوایی مختلف به عنوان یکی از عوامل مهم در وقوع خطاها در خطوط انتقال در این مطالعه لحاظ شده است. به منظور افزایش جامعیت، بررسی صحت و مقایسه پذیری نتایج از سه روش KNN، SVM و درخت تصمیم در دو حالت (داده های نامتعادل و متعادل سازی شده در دسته بندی های موجود) استفاده شده و نتایج آن ارایه گردیده است. شبیه سازی ها و مدل سازی های ارایه شده در این مقاله با استفاده از نرم افزارPython  انجام گردیده اند.

    کلیدواژگان: خطا، خط انتقال، یادگیری ماشین، پیش بینی
  • سعید حقوقی اصفهانی*، حسین اکبری آشیانی صفحات 88-107

    این مطالعه مربوط به بهبود عملکرد کنترل کننده بهینه فازی تعقیبی با معیار H_infinity برای سیستمهای تاکاگی _ سوگنو می باشد. کنترل کننده فازی تعقیبی نه تنها سیستم حلقه بسته را پایدار می نماید، بلکه موجب می شود که نورم خطای تعقیب با معیار  نسبت به کلیه سیگنالهای خارجی با دامنه محدود، از مقدار مشخص داده شده ای کمتر باشد. یک کنترل کننده 6 پارامتری تعقیبی برای هر زیر سیستم محلی خطی مدل تاکاگی _ سوگنو تعریف می شود. یک رهیافت مبتنی بر نامساویهای ماتریسی خطی منجر به یافتن پارامترهای هرکنترل کننده محلی می گردد. از آنجا که هر کنترل کننده محلی دارای 6 پارامتر طراحی است، انتظار می رود که رهیافت ارایه شده در این مقاله، انعطاف پذیری بیشتر و درجه محافظه کاری کمتری را نسبت به مراجع به روز موجود، که بر مبنای 2  یا 4 پارامتر طراحی کنترلی هستند، منجر شود. علاوه بر این، در فرمول بندی این رهیافت، ازهیچ فرض محدود کننده ای که در بعضی مراجع به روز وجود دارد، استفاده نمی شود. بررسی رهیافت ارایه شده در این مقاله بر روی سیستم پاندول معکوس، و مقایسه نتایج آن با رهیافتهای دیگر، بهبود کیفیت کنترلی تعقیبی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: مدل فازی تاکاگی - سوگنو، کنترل تعقیبی با معیار H، hnfinity، کنترل بهینه، نامساویهای ماتریسی خطی، جبران کننده توزیع شده موازی
  • کاظم شکوهی مهر، محسن فرشاد*، رمضان هاونگی، ناصر مهرشاد صفحات 108-129

    با توجه به عدم کارآیی مناسب روش های مبتنی بر فیلتر کالمن برای تلفیق داده های ناوبری INS/GNSS در زمان قطع شدن سیگنال های GNSS، استفاده از تکنیک های هوش مصنوعی در معماری تلفیق مرسوم شده است. از این رو در این مقاله ضمن ارایه ی یک معماری ترکیبی موثر، از شبکه عصبی رگرسیون تعمیم یافته (GRNN) برای پیش بینی مشاهدات مورد نیاز فیلتر کالمن در شرایط قطع شدن طولانی مدت GNSS استفاده شده است. در مدل پیشنهادی، برای آموزش شبکه عصبی، سرعت ها و موقعیت های INS به عنوان ورودی ها و سرعت ها و موقعیت های GNSS به عنوان خروجی های شبکه در نظر گرفته شده اند. این رویکرد در عین کاربردی و عملیاتی بودن، سبب کاهش چشمگیر بار محاسباتی و افزایش دقت و سرعت تخمین شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که به دلیل ساختار ساده و در عین حال مقاوم معماری تلفیق پیشنهادی، و البته انتخاب شبکه عصبی کارآمد با قابلیت کشف ارتباط موثر میان ورودی ها و خروجی ها و به تبع آن اصلاح مناسب خطاهای مربوط به سرعت ها و موقعیت های INS، می توان از روش ارایه شده برای ناوبری پیوسته، خوداتکا، با قابلیت اطمینان و دقت بالا در کاربردهای زمان واقعی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: GRNN، فیلتر کالمن، ناوبری تلفیقی، قطع شدن GNSS
  • مهرداد احمدی کمرپشتی*، پیام رکنی نخی صفحات 130-159

    در این مقاله برای حفظ پایداری سیستم های قدرت و میراسازی نوسانات بین ناحیه ای، میراساز مبتنی بر توربین بادی و پایدارساز سیستم قدرت به صورت بهینه و هماهنگ ارایه شده است. طراحی بهینه و همزمان پایدارساز سیستم قدرت(PSS) نصب شده در ژنراتور و میراساز نصب شده در بخش کنترلی توربین بادی از دو سو تغذیه (DFIG)به صورت یک مساله بهینه سازی تعریف شده و شبیه سازی ها در محیط نرم افزار MATLAB انجام شده است. برای تعیین بهینه ضرایب پایدارساز و میراساز از روش فراابتکاری اجتماع سالپ (SSA) با تابع هدف حداقل کردن خطای ناشی از تغییرات فرکانس دو ناحیه استفاده شده است. در این میراساز پیشنهادی به دلیل استفاده از سیگنال های سراسری(WAMS) جهت افزایش کنترل پذیری و مشاهده پذیری بیشتر مودهای نوسانی و تاخیر زمانی ناشی از این سیگنال ها نیز در نظر گرفته شده است. علاوه بر این عدم قطعیت موجود در میزان باد و تاخیر زمانی موجود در سیگناهای سراسری به صورت احتمالی محاسبه شده است. روش پیشنهادی بر روی سیستم قدرت دو ناحیه ای شش ماشینه به همراه مزرعه بادی اعمال شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از عملکرد بهتر و پایداری سیستم قدرت  با استفاده از روش پیشنهادی می باشد.

    کلیدواژگان: نوسانات بین ناحیه ای، پایدارساز سیستم قدرت، توربین بادی از دو سو تغذیه، سیگنال های سراسری، عدم قطعیت، تاخیر زمانی
  • محمد دهقانپور فراشاه، مجید پوراحمدی*، علی میروکیلی صفحات 160-176

    در این مقاله یک ساختار تقویت کننده امپدانس انتقالی بر پایه ساختارهای RGC با پهنای باند بالا و توان تلفاتی کم برای کار در یک سیستم گیرنده مخابرات نوری، ارایه شده است. در این ساختار، با اضافه کردن ساختار کسکود به یک وارونگر، و بهره بردن از آن به عنوان طبقه تقویت کننده RGC به عنوان یک شبکه فیدبک تمام فعال، خازن غالب ورودی ساختار گیرنده را ایزوله کردیم، و بدین صورت توانستیم با مصرف توان کمتری، به پهنای باند 4/6 گیگاهرتز دست یابیم. همچنین، در این ساختار از یک سلف به صورت فعال استفاده شده است تا با ایجاد رزونانس با خازن بار، پهنای باند مدار را افزایش دهد. بهره گیری از شکل فعال سلف به جای شکل پسیو آن، کاهش مساحت اشغالی بر روی تراشه را به همراه دارد. بدین صورت به دو روش ایزوله کردن خازن غالب ورودی و کاهش اثر خازن بار، توانستیم بدون نیاز به تزریق جریان بالا  به مدار، پهنای باند آن را افزایش دهیم. نتایج شبیه سازی عملکرد مناسب مدار در نرخ بیت 10 گیگابیت بر ثانیه را به خوبی نشان می دهند. این مدار، تنها 6/1 میلی وات توان مصرف می کند که پهنای باندی برابر با 4/6 گیگاهرتز و بهره ای برابر با 40 دسی بل اهم را به ارمغان می آورد.

    کلیدواژگان: تقویت کننده امپدانس انتقالی، وارونگر کسکود شده، تقویت کننده کسکود تنظیم شده، CMOS، گیرنده مخابراتی نوری، کم توان، پهن باند
|
  • Elham Tavasolipour*, Javad Poshtan Pages 4-18

    In this paper an observer-based robust fault estimation scheme is proposed for a special class of Lipchitz nonlinear systems where the disturbances and faults are assumed to be coupled with the main system states. In the considered model of system, fault is assumed to enter both of the state and output equations as an unmeasured nonlinear function and coupled with the states. The disturbances and the uncertainties are considered as nonlinear functions coupled with the states. To the best of the authors’ knowledge these conditions have not been previously considered in related papers. In the proposed approach, a Luenberger observer is designed for the estimation of faults and states of system simultaneously. The effect of system disturbances is attenuated with the L2  norm. The necessary conditions for the existence of such observer is expressed in the form of Linear Matrix Inequality. The Lipchitz constant of the nonlinear function is obtained by solving the proposed Linear Matrix Inequality. Finally, the performance of the proposed method is simulated on a three-phase induction motor. The results indicate good performance of the proposed method.

    Keywords: Luenberger Observer, Linear Matrix Inequality, lipschitz nonlinear systems
  • Hamidreza Koofigar*, Maedeh Malek Pages 19-37
    In this paper, the problem of robust stabilization of uncertain and perturbed switched nonlinear systems has been investigated. It’s well-known that the solution of H∞ control problem may not exist for switched systems with a common storage function for all subsystems. On the other hand, by adopting multiple storage functions, different Hamilton-Jacobin inequalities need to be solved. Hence, the robust control problem is addressed here based on passivity, in two cases. First, it is assumed that there is at least one passive subsystem in the whole state space, and the problem is solved based on the average dwell time approach. In this case, by defining the concept of system passivity rate, the admissible range of average dwell time is obtained. In the second case, none of subsystems is passive and the H∞ control problem is solved by using the feedback passification. In addition to theoretical analysis of the design algorithms, the performance of the theorems for uncertain switched nonlinear systems has been investigated by providing two simulation examples and numerical analysis.
    Keywords: Stabilization, Robust Control, Switched Systems, Dissipativity, Passivity
  • Javad Olamaei*, Younes Gharedaghi, Sajjad Najafi Ravadanegh Pages 38-63

    Robust algorithm is known as the one of high potential models for strengthening in optimization of large and complex distribution networks considering uncertainty. In this research we are looking for some suitable template and appropriate clustering pattern in order to analyze the operation of distribution network. The analysis of optimization process in both individual and adaptive cases of distributed generation sources applied to some standard distribution network shows that the adaptive case of DGs determines less partial and total operation cost. except in islanded case of DGs. The results of clustering approach based on choosing the candidate points which includes DGs and feeders are used in medium voltage (MV) network level. By investigating the software data in both single cluster with first up to fifth and tenth repeatition, one to five clusters and finally ten clusters case shows the superiority of mean data besed clustering. because of having the three following properties such as being sensitive to all weighted candidate points, the speed of acceptable operation and feeding the clusters in islanded case in multiplicity of clusters, it is suitable to designate the robust optimization method using pattern random clustering.

    Keywords: UNCERTINTY, ROBUST OPTIMIZATION, K-MEANSو K-MEDOIDS, MINIMUM SPANNING TREE
  • Ali Ghaemi, Amin Safari* Pages 64-87

    The high power passing through transmission systems and the high costs due to the fault occurrence in these lines have encouraged researchers to pay special attention to protection issues in this area. The limitations and deficiencies of traditional protection methods and their strong dependencies on the system operating conditions doubles the importance of early fault detection and its prediction utilizing new techniques. Timely detection and warning issuance toward the possibility of fault occurrence can be accomplished by analyzing the data and information obtained from the system and examining the relationships between different parameters. In this paper, machine learning methods are used, which have the ability to predict the occurrence of faults with appropriate accuracy independent of the operating area of the system. To evaluate the performance of the models, a large amount of data has been generated in various operating conditions and applied as input to the algorithms under study. Also, the effects of different weather conditions as one of the important factors have been considered. For the sake of greater generality, accuracy check, and comparability of the results, three methods including KNN, SVM, and decision tree in two modes (unbalanced and balanced data in the existing classes) have been used, and the outcomes have been presented. The simulations and modeling presented in this paper have been implemented using Python and MATLAB.

    Keywords: Fault, Transmission-line, Machine-learning, prediction
  • Said H. Esfahani*, Hossein Akbari Ashiani Pages 88-107

    This paper is concerned with the problem of improvement of fuzzy H_infinity tracking controller for nonlinear systems modeled by T-S fuzzy scheme. The fuzzy tracking controller not only stabilizes the closed-loop system, but also results in the H_infinity tracking error norm to all the bounded external signals to be less than some given value. A new tracking control law is proposed for each linear local subsystem of T-S fuzzy model. A Linear Matrix Inequalities (LMIs) approach is proposed to find all the parameters of the control laws. The proposed approach results in a noticeable improved tracking performance with respect to the existing approaches. An investigation of the tracking performance of the proposed approach on the inverted pendulum system, in comparison with the other approaches, shows the improvement.

    Keywords: T-S fuzzy systems, H, infinity tracking control, Optimal control, Linear matrix inequalities, Parallel distributed compensator
  • Kazem Shokoohi-Mehr, Mohsen Farshad*, Ramazan Havangi, Nasser Mehrshad Pages 108-129

    Due to the inefficiency of Kalman filter-based methods for combining low-cost inertial navigation system data and global satellite navigation systems when satellite signals are outage, the use of artificial intelligence techniques in integrated architecture has become a common issue. Therefore, in this paper, while presenting an effective hybrid architecture, the generalized regression neural network is used to predict the required observations of the Kalman filter at the event of long-term outage of satellite signals. In the proposed model, for training the neural network, the velocities and positions of the inertial system are considered as inputs and also the velocities and positions of the global positioning system are considered as network outputs. This approach, while being practical and operational, has reduced computational time and increased the accuracy and speed of training and network estimation. The simulation results show that due to the simple yet robust structure of the proposed architecture and of course the selection of an efficient multi-input-multi-output neural network with the ability to detect the effective relationship between inputs and specified outputs and consequently correct errors related to speeds and situations, inertial navigation system can be used for real-time navigation, self-reliant, with high reliability and accuracy.

    Keywords: GRNN, Kalman filter, integrated navigation, GNSS outages
  • Mehrdad Ahmadi Kamarposhti*, Payam Rokni Nakhi Pages 130-159

    The paper presents an optimal and coordinated power oscillation damper based on a wind turbine and power system stabilizer (PSS) to maintain the power system stability and damp inter-area oscillations. The optimal and coordinated design of the PSS located at the generator site and the damper which was installed in the control section of the doubly-fed induction generator (DFIG) is defined as an optimization problem and simulations have been performed in MATLAB software environment. To determine optimal coefficients of the PSS and damper, the metaheuristic salp swarm optimization (SSA) algorithm was employed with an objective function that aimed to minimize the error caused by frequency deviations of two areas. Due to the use of wide-area measurement systems (WAMS) in the proposed damper to enhance controllability and observability of most of the oscillation modes, time delays resultant from the WAMS was also taken into account. Additionally, uncertainties of wind intermittency and time delay of WAMS were calculated probabilistically. The suggested method was applied to a six-machine two-area power system with a wind farm. The obtained simulation results highlighted and validated the superior performance and stability of the power system as a result of using the proposed method.

    Keywords: inter-area oscillations, power system stabilizer, doubly-fed induction generator, wide-area measurement system, uncertainty, time delay
  • Mohammad Dehghanpour Farashah, Majid Pourahmadi*, Ali Mirvakili Pages 160-176

    In this paper, a low power and wideband Regulated Cascode (RGC)-based Transimpedance Amplifier (TIA) is presented to be used for the short range optical receiver systems. In this structure, input dominant parasitic capacitance is isolated by adding a cascoded inverter amplifier as a fully active feedback network in the booster of an RGC amplifier. As a result, a 6.4 GHz bandwidth is obtained at a lower power consumption. In addition, for eliminating the effect of output parasitic capacitance by resonating with an inductor and widening the bandwidth, an active inductive load is implemented at the output node of the proposed TIA circuit. Therefore, considering two main points of isolation of input parasitic capacitance effect and reduction of load parasitic capacitance effect, bandwidth is increased without using a high amount of power consumption. Based on the results simulated in HSPICE using 90 nm CMOS technology, the proposed TIA can reach the data bit rate of 10Gb/s. In addition, the proposed TIA consumes only 1.6mW of power, and has the gain of 40dBΩ across the 6.4 GHz of bandwidth.

    Keywords: Transimpedance amplifier, cascoded inverter, regulated cascode amplifier, CMOS, optical receiver, low power, wide band