فهرست مطالب

نشریه سامانه های غیرخطی در مهندسی برق
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 14، پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/06
  • تعداد عناوین: 7
|
  • امین عسگری، حسین ابراهیم نژاد* صفحات 4-18

    چهره نقش مهمی در برقراری ارتباط بصری ایفا می کند. با نگاه به چهره، انسان می تواند به طور خودکار بسیاری از پیام های غیر کلامی، مانند هویت، قصد و احساسات انسان را استخراج کند. در بینایی کامپیوتر، برای استخراج خودکار اطلاعات چهره، مکان یابی نقاط کلیدی چهره معمولا یک مرحله کلیدی است و بسیاری از روش های تحلیل چهره بر روی آشکارسازی دقیق این نقاط برجسته ساخته می شوند. مکان یابی و تنظیم نقاط راهنمای چهره در تصاویر با انسداد یک کار بسیار مهم و چالش برانگیز در بسیاری از کارهای بینایی و پردازش تصویر می باشد. در این تحقیق، روش جامع برای مقداردهی اولیه نقاط راهنمای چهره از طریق آموزش ویژگی های باینری محلی (LBP) و هیستوگرام گرادیان جهت دار (HOG) و یک روش آشکارسازی نقاط راهنمای چهره با استفاده از رگرسیون حالت آبشاری قوی نقاط راهنما که به صورت ویژگی های تفاوت پیکسل نقاط راهنما مشخص می شود، معرفی شده است. ابتدا از طریق آنالیز همبستگی هیستوگرام الگوی های باینری محلی (LBP) و سپس با استفاده از هیستوگرام گرادیان جهت دار، ویژگی های چهره های آموزشی بدست می آید. با استفاده از این ویژگی های تصاویر آموزشی، نقاط راهنمای بهینه برای تصویر تست تخمین زده می شود. در مرحله تست با توجه به مقدار دهی اولیه تصویر، از انتخاب ویژگی مناسب برای تصویر استفاده می گردد تا سرعت انجام فرآیند بیشتر شود. یعنی تعداد مراحل با توجه به انتخاب ویژگی بهتر برای هر تصویر کمتر شود. سپس برای تنظیم چهره، از رگرسیون حالت آبشاری قوی استفاده می شود و یک اصل محلی برای یادگیری ویژگی های نقاط راهنما به کار گرفته می شود. اصل محلی کمک می کند تا مجموعه ای از ویژگی های باینری بسیار متمایز کننده برای نقاط راهنمای چهره به صورت مستقل یاد گرفته شود. ویژگی های باینری محلی بدست آمده برای یادگیری مشترک رگرسیون حالت آبشاری برای خروجی نهایی مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که مقداردهی اولیه مورد استفاده در این کار دقت ارزیابی را در رگرسیون حالت آبشاری بیشتر کرده است و به نتایج بهتری نسبت به مقداردهی اولیه تصادفی دست یافته است.

    کلیدواژگان: نقاط راهنمای چهره، تنظیم چهره، مقدار دهی اولیه، ویژگی تفاوت پیکسل، رگرسیون حالت آبشاری قوی
  • جواد مولائی، اکبر شرقی*، رضا آقایی طوق صفحات 19-37

    در این مقاله، ورودی کنترلی بر پایه ی کنترل مدلغزشی ترمینال، برای ربات چهار چرخ با چرخ های مکانوم برای حرکت در یک مسیر از پیش تعیین شده و همگرایی به آن در یک زمان ثابت ارایه شده است. ابتدا با توجه به ساختار ربات مدل دینامیکی ربات ارایه می گردد، این مدل از یک معادله ی غیرخطی درجه دو تبعیت می کند. برپایه ی روش کنترل مدلغزشی ترمینال، یک سطح لغزشی غیرخطی که تابعی از بردار خطای وضعیت می باشد تعریف شده و سپس ورودی کنترلی برپایه ی این سطح لغزشی طراحی صورت گرفته است. با استفاده از قضیه لیاپانوف اثبات شده است که با بکار بردن این ورودی کنترلی، ربات به مسیر از پیش تعیین شده در یک زمان ثابت همگرا می گردد. زمان همگرایی به صورت تابعی از ثابت های تعریف شده در ورودی کنترلی است. در نهایت شبیه سازی برپایه ی ورودی کنترلی ارایه شده و نتایج حاصل نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: کنترل مدلغزشی ترمینال، ربات چهارچرخ، چرخ مکانوم، سطح لغزشی، پایداری زمان ثابت
  • عباس کریمی نیا*، حسن زرآبادی پوز صفحات 38-62

    در این مقاله، مسیله پایدارسازی و همزمانسازی سیستمهای آشوبناک لورنز و چوآ در حضور عدم قطعیت به کمک استراتژی کنترل مد لغزشی مرتبه کسری مبتنی بر قوانین تطبیق غیرخطی موردبررسی قرار می گیرد. سیستم های لورنز و چوآ معرف مدل های دینامیکی مرتبه سوم هستند که به ازای پارامترهایی معین از رفتاری آشوبناک برخوردار هستند. قانون کنترل پیشنهادی از دو بخش کنترل مد لغزشی و قانون کنترل تطبیقی تشکیل شده است. ابتدا با فرض اینکه اطلاعات لحظه ای بخش غیرخطی دینامیک سیستم آشوبناک در دسترس نیست، از معادله رگرسور خطی شامل یک بخش نامعلوم استفاده می شود. به کمک تیوری پایداری لیاپانوف و بر اساس اصول حساب مرتبه کسری، قانون تطبیقی برای تخمین لحظه ای بخش نامعلوم توسعه می یابد. بعلاوه، با تعریف سطوح لغزش بر حسب سیگنال های خطا و تحقق شرط دسترسی نمایی برای تضمین پایداری حلقه بسته، قانون کنترل مد لغزشی شامل دو بخش کنترل معادل و کلیدزنی استخراج می شود. در نهایت، قانون کنترل نهایی با تلفیق قوانین کنترل مد لغزشی و تطبیقی استخراج می شود. ویژگی مهم رویکرد پیشنهادی قابلیت مواجهه با عدم قطعیت های غیرانطباق یافته و اثرات غیرخطی دینامیک سیستم های آشوبناک و هدایت متغیرهای حالت به سمت سطح لغزش به ازای شرایط اولیه دلخواه است. عملکرد الگوریتم پیشنهادی با تحقق مسیله پایدارسازی برای سیستم آشوبناک لورنز و همزمان سازی دو سیستم آشوبناک لورنز و چن ارزیابی و تحلیل می شود.

    کلیدواژگان: کنترل مد لغزشی مرتبه کسری، قانون تطبیق غیرخطی، سیستم اشوبناک لورنز، سیستم آشوبناک لورنز، عدم قطعیت
  • جواد مصطفایی*، حسین نوروزی، حسن کشاورز زیارانی، منصور همتی صفحات 63-80

    در این مقاله، یک کنترل کننده تطبیقی بر اساس تابع مانع برای سیستم های غیرخطی مرتبه بالا با در نظر گرفتن نامعینی ها طراحی شده است. بر این اساس در این مقاله از یک کنترل کننده مود لغزشی استفاده شده است که می تواند همزمان همگرایی مجانبی ایجاد کرده و با اغتشاشات مقابله کند. اشکالات اصلی کنترل کننده مود لغزشی را می توان همگرایی مجانبی، پدیده چترینگ، اشباع محرک، تخمین بهره کنترلی ​​و عدم مقابله با عدم قطعیت های متغیر با زمان در نظر گرفت. در این مقاله از کنترل کننده مود لغزشی برای مقابله با پدیده همگرایی مجانبی و چترینگ و از تابع مانع برای غلبه بر عدم قطعیت های متغیر با زمان استفاده شده است. از مزایای روش پیشنهادی می توان به حذف پدیده چترینگ، همگرایی در زمان محدود، سازگاری با عدم قطعیت های متغیر با زمان، عدم استفاده از تخمین و عدم نیاز به اطلاعات در مورد حد بالای اغتشاشات اشاره کرد. تجزیه و تحلیل پایداری نشان می دهد که در کنترل کننده پیشنهادی، خطاهای ردیابی به ناحیه همگرایی در محدوده صفر نزدیک شده و همگرایی سریع تری را ارایه می کند. در نهایت، برای اثبات کارایی کنترل کننده، بر اساس تیوری همزمان سازی آشوبی، کنترل کننده پیشنهادی را بر روی یک سیستم فوق آشوبی جدید 5 بعدی اعمال می کنیم. نتایج نشان می دهد که کنترل کننده پیشنهادی، علی رغم اغتشاشات اعمال شده به سیستم، همگرایی در زمان محدود را فراهم و پدیده چترینگ را حذف می کند.

    کلیدواژگان: کنترل کننده مودلغزشی زمان محدود تطبیقی تابع مانع، پدیده چترینگ، سیستم فوق آشوبی جدید، همزمان سازی فوق آشوبی، همگرایی زمان محدود
  • وحیدرضا جعفری نیا*، محسن احمدنیا، احمد حاجی پور صفحات 81-97

    در این مقاله یک روش کنترل پیش بین مدل تطبیقی جدید بر مبنای توابع لاگر برای مساله کنترل فرکانس-بار یک سیستم قدرت چند-ناحیه ای ارایه شده است که در آن، تخمین مدل داخلی سیستم قدرت با استفاده از روش حداقل مربعات بازگشتی بطور آنلاین بروزرسانی می شود. استفاده از مدل داخلی تطبیقی دارای کاهش مرتبه در ساختار کنترل پیش بین مدل، نوآوری این پژوهش است. در سیستم مورد مطالعه، کنترل هر ناحیه بطور مستقل طراحی شده است بطوریکه پایداری سیستم حلقه بسته کل تضمین شود. به منظور تایید کارایی طرح پیشنهادی، شبیه سازی های عددی برای یک سیستم قدرت سه-ناحیه ای انجام شد و نتایج آن با نتایج حاصل از کنترل پیش بین مدل (MPC) مرسوم و کنترل تناسبی-انتگرالی-مشتقی (PID) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد که طرح پیشنهادی نسبت به کنترل های PID و MPC در دفع اغتشاش بار پله ای (با توجه به پارامترهای نامی و پارامترهای دارای عدم قطعیت) بهتر عمل می کند و با این وجود، به لطف استفاده از مدل دارای کاهش مرتبه و توابع لاگر، بار محاسباتی را نسبت به MPC مرسوم بطور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: کنترل پیش بین مدل، روش حداقل مربعات، کنترل فرکانس-بار، شناسایی مدل داخلی
  • مینا قهستانی*، احمدرضا ولی، مهدی سیاهی صفحات 98-116

    فن آوری تعلیق الکترومغناطیسی به دلیل مزایایی از قبیل عدم تماس و کاهش اصطکاک در سال های اخیر توسعه یافته است. البته تضمین کارایی در این سامانه ها نیازمند کنترل دقیق موقعیت جسم معلق است. از این رو سیستم تعلیق الکترومغناطیسی به عنوان یک فرآیند، مد نظر مهندسین کنترل قرار گرفته است. دینامیک حاکم بر سیستم های تعلیق الکترومغناطیسی غیرخطی بوده و همچنین شامل نامعینی هایی در مدل و عدم قطعیت پارامتری از جمله وزن جسم معلق می باشد. در سالهای اخیر کنترل زمان محدود برای سیستم های غیرخطی پیشنهاد شده که علاوه بر تضمین همگرایی خطا در مدت زمان محدود، مقاومت بیشتری در مقابل نامعینی های احتمالی دارد. از این رو در این مقاله از یک روش ترکیبی غیرخطی زمان محدود به منظور پایدارسازی سیستم تعلیق الکترومغناطیسی استفاده شده است. اثبات پایداری زمان محدود روش پیشنهادی مشابه با روش پسگام با استفاده از تیوری لیاپانوف انجام شده با این تفاوت که در هر گام طراحی از شرط پایداری زمان محدود استفاده گردیده است. در روش پیشنهادی رابطه ای برای محاسبه زمان همگرایی خطا وابسته به شرایط اولیه حالت ها و بهره های کنترل کننده ارایه گردیده است. کنترل کننده طراحی شده در این مقاله با روش های غیرخطی فیدبک خطی ساز، گام به عقب و مد لغزشی مقایسه گردیده و نشان داده شده است که روش پیشنهادی به ازای تلاش کنترلی کمتر قادر است در مدت زمان کوتاه تری خطای ردیابی را همگرا کند

    کلیدواژگان: کنترل غیرخطی، همگرایی زمان محدود، سیستم تعلیق الکترومغناطیسی
  • سجاد باقری*، فاطمه صفری، نسیم شهبازی صفحات 117-137

    این مقاله، به بررسی و عملکرد حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتورهای قدرت در حضور انواع خطا های داخلی، خطاهای خارجی و خطاهای فرامرزی 1 در حضور اشباع ترانسفورماتورهای جریان که از نوآوری اصلی این تحقیق بشمار می رود، پرداخته است. تشخیص و طبقه بندی خطاهای فرامرزی از سایر پیشامدها، از مهمترین چالش هایی است که امروزه مهندسان حفاظت با آن روبرو هستند. لذا در این تحقیق، از تبدیل موجک گسسته حداکثر همپوشانی 2 به منظور تشخیص و طبقه بندی دقیق این پیشامدها براساس استخراج شاخص های ضرایب انرژی ویژگی های برتر در سطوح مختلف انرژی استفاده شده است. ابتدا، خطاهای فرامرزی، خطاهای داخلی و خارجی و همچنین پدیده جریان هجومی بر روی سیستم مورد مطالعه در محیط نرم افزار EMTP شبیه سازی و جریان دیفرانسیل در پیشامدهای مختلف نمونه برداری شده است. سپس، شاخص های میانگین مجموع ضرایب انرژی هر سطح توسط تبدیل موجک گسسته حداکثر همپوشانی توسط نرم افزار MATLAB محاسبه شده و براساس مقادیر شاخص ها، تمایز و کلاسه بندی پیشامدها صورت می گیرد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها تایید می کند که الگوریتم حفاظتی پیشنهادی قابلیت تشخیص و طبقه بندی خطاهای فرامرزی از دیگر پیشامدها را در شرایط مختلف کاری ترانسفورماتورها داشته و سبب بهبود عملکرد حفاظت دیفرانسیل و افزایش قابلیت اطمینان سیستم قدرت خواهد شد.

    کلیدواژگان: حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتورها، خطاهای فرامرزی، خطاهای داخلی، خطاهای خارجی، جریان هجومی، تبدیل موجک گسسته حداکثر همپوشانی
|
  • Amin Asghari, Ebrahimnezhad Hossein* Pages 4-18

    Face plays an important role in visual communication. By looking at the face, it can be automatically extracted many non-verbal messages, such as identity, intention, and emotion. In computer vision, localization of the key points of the face is usually a key step for automatic extraction of face information, and many facial analysis techniques are built on the precise recognition of these embossed. Facial landmark detection and alignment in images with occlusion is a very important and challenging task in many visual and image processing tasks. In this paper, a comprehensive method for initialization and alignment of facial landmark through training of local binary features (LBP) and histogram orientated gradient (HOG) and a facial landmark detection method using robust cascade pose regression, which are specified as pixel difference features of landmarks, is introduced. At first, by analyzing the correlation of the local binary pattern histogram (LBP) and then by using histogram orientated gradient, the features of the training images are obtained. For the test image using these features the instructional images are estimated as optimal guide points. In the test stage, according to initialization of the image, the selection of the appropriate feature for the image is used to speed up the process, which means the number of steps to be chosen for each image is better. A strong cascade mode regression is then used to adjust the face, and a local principle is applied to learn the features of the guide points. The local principle helps to learn a set of highly distinctive binary features for the face guide points independently; these local binary features are used to jointly learn the cascade mode regression for the final output. The results show that the initialization used in this work has increased the accuracy of the estimation in the cascade state regression and has obtained better results than the random initialization.

    Keywords: Facial Landmark, Face Alignment, Initialization, Pixel difference feature, Robust Cascade Pose Regression
  • Javad Mowlaee, Akbar Sharghi*, Reza Aghaei Togh Pages 19-37

    In this paper, a control input based on terminal sliding mode control is provided for a mobile robot with four Mecanum wheels to move in a predetermined path and convergence into the path in a fixed-time. First, according to the robot structure, a dynamic model of the robot is presented. The dynamic model follows a nonlinear second-order equation. Based on terminal sliding mode control, a nonlinear sliding surface which is a function of position error vector is defined and then the control input is designed based on this sliding surface. Using the Lyapunov theorem, it has been proven that, using this control input, the robot converges to the predetermined path at a fixed time. The convergence time is a function of the constants defined in the control input. Finally, the simulation is presented based on the control input and the results are shown.

    Keywords: Terminal sliding mode control, four wheels robot, Mecanum wheels, sliding surface, fixed-time stability
  • Abbas Kariminia*, Hassan Zarabadipour Pages 38-62

    In this paper, the problem of stabilization and synchronization of Lorenz and Chua chaotic in the presence of uncertainty using fractional order sliding mode control strategy based on nonlinear adaptation law has been investigated. Lorenz and Chua systems denote third order dynamics models which are chaotic for certain parameters. The proposed control law is composed of two prats sliding mode control and adaptive control law. Firstly, by supposing that instantaneous information of nonlinear part of chaotic system is not available, a linear regressor equation including an unknown section has been used. Using Lyapunov stability theorem and based on fractional calculus, adaptation law is developed to instantaneous estimation of unknown part. Moreover, by defining based on error signals and realizing exponential reaching law for insuring closed-loop stability, the sliding mode control law including equivalent and switching control has been derived. Eventually, the final control law has been derived by synthesizing sliding mode control and adaptive laws. The important aspect of the proposed approach is ability to encounter unstructured uncertainties and nonlinear effects of chaotic systems dynamic and guiding the state variables into sliding surface for arbitrary initial conditions. The performance of the proposed algorithm has been evaluated by realizing the stabilization problem of chaotic Lorenz system and synchronization of chaotic Lorenz and Chua systems.

    Keywords: Fractional order sliding mode control, nonlinear adaptation law, chaotic Lorenz system, chaotic Chua system, uncertainty
  • Javad Mostafaee*, Hossein Norouzi, Hassan Keshavarz Ziarani, Mansoor Hemmati Pages 63-80

    In this paper, a new adaptive controller based on the barrier function is designed for high-order nonlinear systems with uncertainties in mind. Accordingly, this paper uses a sliding mode controller that can simultaneously create asymptotic convergence and deal with perturbations. The main problems controlling the slip mode can be considered asymptotic convergence, umbrella phenomenon, stimulus saturation, control gain estimation and failure to deal with time-varying uncertainties. In this paper, the terminal slip mode controller is used to deal with the phenomenon of asymptotic convergence and umbrella and the barrier function is used to overcome the uncertainties of time variable. The advantages of the proposed method include the elimination of the Chattering phenomenon, convergence in finite time, compatibility with time-varying uncertainties, no use of estimates and no need for information on the high limit of perturbations. Stability analysis shows that in the proposed controller, the tracking errors approach the convergence region in the zero range and provide faster convergence. Finally, to prove the efficiency of the controller, based on the chaos synchronization theory, we apply the proposed controller to a new 5D hyperchaotic system. The results show that the proposed controller, despite the disturbances applied to the system, provides rapid convergence and eliminates the umbrella phenomenon.

    Keywords: Barrier function adaptive finite-time sliding mode controller, Chattering phenomenon, New hyperchaotic system, hyperchaotic synchronization, finite-time convergence
  • Vahidreza Jafarinia*, Mohsen Ahmadnia, Ahmad Hajipoor Pages 81-97

    In this paper, a new adaptive model predictive control based on Laguerre functions is proposed for the load-frequency control problem of a multi-area power system, in which the estimation of the internal model of the power system is updated online using the recursive least squares method. The use of the adaptive reduced-order internal model in the structure of model predictive control is the innovation of this research. In the studied system, the controller of each area is designed independently so that the stability of the overall closed-loop system is guaranteed. Numerical simulations for a three-area power system are carried out to validate the effectiveness of the proposed scheme and the results were compared with those of conventional model predictive control (MPC) and proportional-integral-derivative control (PID). The simulation results show that the proposed scheme performs better than PID and MPC in rejecting step load disturbance (with respect to nominal and uncertain parameters) and nevertheless, thanks to the use of the reduced-order model and Laguerre functions, reduces the computational burden significantly compared to conventional MPC.

    Keywords: Model predictive control, least square method, load frequency control, internal model identification
  • Mina Ghahestani*, Ahmadreza Vali, Mehdi Siahi Pages 98-116

    Electromagnetic suspension technology has been developed in recent years due to advantages such as no contact and reduced friction. Of course, ensuring efficiency in these systems requires precise control of the position of the suspended object. Therefore, electromagnetic suspension is considered as a process by control engineers. The dynamics of electromagnetic suspension systems is nonlinear and also include model and parametric uncertainties such as the weight of the suspended object. In this paper, a finite time nonlinear hybrid method is used to stabilize the electromagnetic suspension system. Proof of finite time stability of the proposed method is performed using Lyapunov theory and a relation for calculating the convergence time depends on the controller gains is presented. To ensure the finite time convergence of the system state and output variables, the backstepping algorithm is used and in each step, the finite-time convergence theory is used. The controller designed in this paper is compared with the backsteping method and the superiority of the proposed method in various simulations is shown.

    Keywords: nonlinear control, finite time convergence, Electromagnetic suspension system
  • Sajad Bagheri*, Fatemeh Safari, Nassim Shahbazi Pages 117-137

    This paper investigates the performance of differential protection of power transformers in the presence of internal faults, external faults, and cross-country faults in the presence of current transformers saturation, which is one of the main innovations of this study. Today, detection and discrimination of cross-country faults from other disturbances are one of the most important challenges facing protection engineers. Therefore, in this study, maximum overlap discrete wavelet transform has been used in order to accurately detect and classify these disturbances based on the extraction of energy coefficient indices of superior features. First, the cross-country faults, internal faults and external electrical faults, and inrush current phenomenon on the system under study in the EMTP software are simulated and differential current is sampled in different disturbances. Then, the mean indices of the sum of energy coefficient each level are calculated by MODWT by MATLAB software, and based on the values of indices, discrimination and classification of events are done. The results obtained from the simulations confirm that the proposed protection algorithm can detect and classify cross-country faults from other disturbances. Also, this method will improve the differential protection performance in different operating conditions and increase the reliability of power systems.

    Keywords: Differential Protection of Transformers, Cross Country Faults, Internal Faults, External Faults, Inrush current, Maximal Overlap Discrete Wavelet Transform