فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال بیست و یکم شماره 1 (پیاپی 76، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/08
  • تعداد عناوین: 8
|
  • ایوب کشوری، محمدرضا علیزاده پهلوانی، آرش دهستانی کلاگر صفحات 1-12

    در این مقاله، کنترل پیش بین مبتنی بر مدل با مجموعه متناهی (FCS-MPC) برای کنترل حلقه بسته یکسوساز AFE معرفی شده است. روش پیشنهادی به صورت زمان گسسته عمل می کند و نیاز به کنترل کننده PI خارجی ندارد. نکته جدید در الگوریتم کنترلی پیشنهادی، نحوه کنترل مراجع دینامیکی می باشد. استراتژی کنترل قادر است که مراجع مناسبی را برای توان اکتیو منبعو ولتاژ یکسوشده بر اساس ویژگی های ذاتی ساختار AFE، بدون نیاز به کنترل کننده PI به صورت فرموله ارایه دهد. در ادامه برای درک بهتر عملکرد، روش کنترل پیشنهادی با کنترل مستقیم توان به روش پیش بین مبتنی بر مدل (MPDPC) مقایسه شده است. نتایج به دست آمده با استفاده از نرم افزار Matlab/Simulink گویای این است که روش پیشنهادی، ضمن داشتن تمام قابلیت های روش MPDPC از جمله ردیابی توان اکتیو و ولتاژ DC و THD جریان پایین، با حذف کنترل کننده PI بدون تاثیر بر عملکرد از پایداری بهتر و پاسخ گذرای سریع تری برخودار می باشد.

    کلیدواژگان: کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، کنترل مستقیم توان، مراجع دینامیکی، یکسوساز، AFE
  • میترا معلم نیا، هادی شهریار شاه حسینی صفحات 13-23

    شبکه های روی تراشه،یک بستر ارتباطی کارآمد را برای برقراری ارتباط بین تعداد بالای هسته پردازشی در تراشه های مدرن امروز فراهم می کنند. با این حال کاهش ابعاد ترانزیستورها سبب شده تا مصرف توان ایستا به یکی از مسایل مهم در این شبکه ها تبدیلگردد. معمولا از روش قطع تغذیه سیستم بر روی کانال های مجازی در زمان بیکاری شان برای کاهش توان مصرفی شبکه استفاده می شود؛ اما پراکندگی بار در سطح شبکه و عدم پیوستگی دوره بیکاری در کانال های مجازی باعث روشن و خاموش شدن متوالی این منابع می شود که سربار تاخیر و توان مصرفی را به دنبال دارد. این مسیله در شبکه های روی تراشه سه بعدی نیمه متصل که تعداد اتصالات عمودی شان محدود می باشد از اهمیت بیشتری برخوردار است. در این مقاله،یک الگوریتم مسیریابی برای شبکه های سه بعدی نیمه متصل ارایه می شود که با توزیع مناسب بسته ها، پراکندگی بار را در شبکه کاهش می دهد تا یک دوره بیکاری پیوسته در کانال های مجازی ایجاد کند. به این ترتیب می توان با بیشتر خاموش نگه داشتن آنها بهترین تاثیر را از روش قطع تغذیه سیستم در مدیریت توان مصرفی گرفت. این مسیریابی با تقسیم بندی شبکه به دو منطقه شمالی و جنوبی و ایجاد محدودیت در استفاده از آسانسورهای هر منطقه، سعی دارد که بسته ها را از مسیرهایی عبور دهد که اخیرا بیشتر استفاده شده اند تا دوره بیکاری را در منابع پرمصرف موجود در مسیرهای کم تردد افزایش دهد. نتایج شبیه سازی تحت شبیه سازBooksim نشان می دهند که مسیریابی پیشنهادی در مقایسه با مسیریابی های دیگر، توانسته 18% تا 30% بهبود در توان مصرفی شبکه ایجاد کند و عملکرد شبکه را نیز از نظر تاخیر تا 32% بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: شبکه روی تراشه، مسیریابی در شبکه، مدیریت انرژی، ارزیابی کارایی
  • حسین زمانی، وحید جوهری مجد، خسرو خاندانی صفحات 24-32

    در این مقاله، مسیله اجماع زمان ثابت در سامانه های چندکارگزار تک انتگرال گیر مرتبه کسری مورد مطالعه قرار گرفته است. اثر حافظه با استفاده از انتگرال و مشتق کسری ریمان- لیوویل در دینامیک کارگزاران در نظر گرفته شده و به منظور همگرایی کارگزاران، یک پروتکل کنترل مرتبه کسری مبتنی بر سیگنال خطای بین کارگزاران همسایه ارایه گردیده است. با استفاده از قضیه پایداری لیاپانوف، یک تابع لیاپانوف معرفی شده که نشان می دهد کارگزاران طی یک زمان نشست مشخص، همگرا شده و یک حد بالا برای آن زمان نشست تعیین می گردد. مزیت حد معرفی شده برای زمان نشست، وابسته نبودن آن به شرایط اولیه کارگزاران است. نهایتا شبیه سازی هایی برای تایید روش معرفی شده ارایه گردیده است.

    کلیدواژگان: کارگزارهای تک انتگرال گیر مرتبه کسری، سیستم چندکارگزاره، اجماع، همگرایی زمان ثابت
  • محمدرضا صالحی راد، محمد ملایی امام زاده صفحات 33-41

    در این مقاله با استفاده از فیلتر اکتیو موازی، یک استراتژی جدید مدیریت انرژی در ساختار چندعاملی ارایه می شود. این استراتژی به یک ریزشبکه AC متصل به شبکه اعمال گردیده و مساله جبران سازی هارمونیکی را نیز شامل می شود. با بررسی مزایا و معایب فیلترهای اکتیو موازی و فیلترهای پسیو و همچنین کارایی آنها در ساختار چندعاملی برای ریزشبکه های قدرت، علت استفاده از فیلتر اکتیو موازی در روش پیشنهادی مشخص شده است. همچنین عملکرد این فیلترها جهت جبران سازی هارمونیک های جریان با بررسی نتایج FFT مورد مقایسه قرار گرفته است. در ریزشبکه مورد استفاده از مولد توربین بادی و مولد سلول های خورشیدی به عنوان منابع تجدیدپذیر و برای جبران تغییرات ناگهانی و برنامه ریزی نشده در توان تولیدی این دو مولد، دو پیل سوختی استفاده می شود. واحد مدیریت انرژی با توجه به توان تولیدی و توان مصرفی ریزشبکه، وضعیت فعال و غیرفعال بودن دو پیل سوختی را به نحوی مدیریت می کند که توان تبادل شده بین ریزشبکه و شبکه اصلی در بازه قابل قبولی محدود باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که روش پیشنهادی با استفاده از کنترل کننده های پیوسته محلی (در هر عامل) و کنترل کننده گسسته مرکزی (سیستم مدیریت انرژی) توانسته که عملکرد مناسبی داشته باشد و ضمن تامین توان مورد نیاز ریزشبکه، هم زمان مساله جبران سازی هارمونیک های جریان را به درستی انجام دهد.

    کلیدواژگان: جبران سازی هارمونیکی جریان، سیستم های چندعاملی، فیلتر اکتیو موازی، فیلتر پسیو SC-RC-LCL، مدیریت انرژی
  • مصطفی عیدیانی صفحات 42-50

    این مقاله ابتدا نشان می دهد که ستون فقرات شبکه انتقال آینده، حتما خطوط جریان مستقیم با ولتاژ فوق العاده بالا است و سپس معادلات خطوط جریان مستقیم را با معادلات پخش بار جریان متناوب نیوتن- رافسون- سایدل ترکیب می کند. با افزایش ابعاد معادلات پخش بار از روش های ماتریسی برای افزایش سرعت حل معادله پخش بار استفاده شده است. همچنین از آنجایی که پخش بار هولومورفیک برای انجام پخش بار، نیازی به حدس اولیه ندارد و در صورت وجود راه حل، حتما پاسخ دقیق را محاسبه می کند، از این روش برای تعیین حدس اولیه پخش بار نیوتن- رافسون- سایدل استفاده شده است. با ترکیب این روش ها در این مقاله، روش جدیدی ارایه گردیده که می تواند در شبکه های کوچک و بزرگ با دقت و سرعت مناسب، حداکثر توان انتقالی ایستا را محاسبه کند. در این مقاله از 5 شبکه 39، 118، 300 باس IEEE، 145 باس ایالت آیوا و شبکه 1153 باس شرق ایران در شبیه سازی استفاده شده است. همچنین از 4 روش پخش بار متوالی، روش تکراری کمترین باقیمانده تعمیم یافته، روش نیوتن- رافسون- سایدل کلاسیک و روش پخش بار هولومورفیک استاندارد برای مقایسه استفاده گردیده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که روش ارایه شده قابل قبول است.

    کلیدواژگان: توان انتقالی در دسترس، پخش بار هولومورفیک، پخش بار نیوتن، رافسون، سایدل، خط HVDC
  • هوشنگ جعفری، امین رمضانی، مهدی فروزان فر صفحات 51-58

    وقوع عیب در سیستم های واقعی عملا غیر قابل اجتناب بوده و می تواند باعث کاهش عملکرد و حتی واردشدن خسارت غیر قابل جبران مالی و جانی گردد. از این رو مداخله به موقع و سریع با اتخاذ تصمیم های مناسب به جهت جلوگیری از صدمات ناشی از عیب بسیار حیاتی است. همین امر استفاده از روش های کنترل تحمل پذیر عیب را برای جبران اثرات مخرب عیب در سیستم و افزایش قابلیتاطمینان و امنیت آن بسیار ضروری می نماید. در این مقاله روشی برای تخمین و کنترل وقوع عیب عملگری و حسگری به صورت هم زمان با استفاده از طراحییک تخمین گر عیب و کنترل کننده تحمل پذیر عیب به صورت یکپارچه برای سیستم های خطی متغیر با زمان ارایه گردیده است. در این روش از یک تخمین گر مبتنی بر رویتگر ورودی ناشناخته با کنترل کننده حالت و مد لغزشی به جهت اطمینان از پایداری مقاوم سیستم از طریق حل نامساوی ماتریس خطی استفاده شده است. روش ارایه شده، روییک سیستم خطی با پارامتر متغیر اعمال گردیده و نتایج شبیه سازی، موثربودن این روش برای تخمین عیوب و پایداری سیستم را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: تخمین گر عیب، سیستم خطی پارامتر متغیر، کنترل کننده تحمل پذیر عیب، نامساوی ماتریس خطی
  • اکبر حیدری تبار، حبیب الله آدرنگ، سید صالح قریشی، رضا یوسفی صفحات 59-65

    در یک ADC با توان کم و سرعت بالا، مقایسه کننده های دینامیکی با توان کم و سرعت بالا از نیازهای ضروری می باشد. این مقاله تحلیلی از ملاحظات تاخیر انتشار، سرعت، و توان مصرفی مقایسه کننده را ارایه می کند و عبارات تحلیلی مورد نظر تجزیه و تحلیل می شوند. با استفاده از معادلات ریاضی، می توان طراحی مقایسه کننده ها را درک نمود. بر اساس تحلیل ارایه شده، یک مقایسه کننده دینامیکی جدید با اصلاح مدار مقایسه کننده دو دنباله برای سرعت بالا و توان کم در ولتاژهای تغذیه کم بدون پیچیدگی طراحی مدار پیشنهاد شده است که منجر به کاهش قابل توجه در زمان تاخیر و در نتیجه افزایش سرعت می شود. نتایج شبیه سازی در فناوری CMOS 0.18 میکرومتری نتایج تجزیه و تحلیل را اثبات می کند و نشان داده شده که مقایسه کننده دو دنباله پیشنهادی توان مصرفی را کاهش داده و سرعت را افزایش می دهد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مقایسه کننده پیشنهادی تا فرکانس 5/2 گیگاهرتز با تاخیر 69 پیکوثانیه کار می کند و حدود 329 میکرووات را در ولتاژ تغذیه 2/1 ولت و انحراف استاندارد 8/7 میلی وات مصرف می کند.

    کلیدواژگان: طراحی CMOS، مقایسه کننده، سرعت بالا، توان پایین، دو دنباله
  • مرتضی نظری، امیر حبیب زاده شریف، محمد اسکندری صفحات 66-70

    در این مقاله، طراحی بهینه، شبیه سازی عددی و تحلیل تمام موج دو جاذب فراماده ای پهن باند در فرکانس های فروسرخ، نور مریی و فرابنفش از طیف نور خورشید ارایه شده اند. این جاذب های مسطح، متشکل از دو لایه هادی و یک لایه عایق میانی هستند. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی مبتنی بر روش انتگرال گیری متناهی نشان داد ه اند که عملکرد جاذب های طراحی شده مستقل از قطبش و زوایای تابش سمتی و ارتفاع موج تابشی است. جاذب های پیشنهادی دارای میزان جذب بیش از 92% در محدوده نور مریی هستند؛ لذا این جاذب ها می توانند به منظور برداشت انرژی نور خورشید مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: جاذب، پهن باند، فراماده، نور مرئی، تحلیل تمام موج
|
  • Ayyoub Keshvari, MohammadReza Alizadeh Pahlavani, Arash Dehestani Kolagar Pages 1-12

    In this paper, a finite-control-set model predictive control method is presented for closed loop control of an active front-end rectifier. The method used has a discrete-time function and does not require any additional modulators. The interesting point in the control algorithm is how to control the dynamic references. The control strategy is able to provide proper references for source active power and DC voltage, without the need for additional control loops. In order to better understand the performance, the proposed control method is compared with the model predictive direct power control (MPDPC) method. The results obtained using Matlab/Simulink software show that the proposed method, while having all the capabilities of the MPDPC method, including proper tracking of active power and DC voltage and low current THD, by removing the PI controller and its related disadvantages, it has better stability and faster transient response.

    Keywords: Model predictive control, direct power control, dynamic references, active front-end
  • Mitra Moalemnia, Hadi Shahriar Shahhoseini Pages 13-23

    Network-on-chip provides an efficient communication platform for Systems-on-chip. The static power consumption is an important issue in these networks. Switching the power supply on virtual channels during idle time is a common method for reducing the network power consumption. The traffic load at the network level and non-continuous idle period of virtual channel have caused the sources to be switched on and off continuously, which leads to increase in power consumption and other overheads. This will be more important, in partially connected 3D chip networks in which a limited number of vertical connections has been used. In this paper, a routing algorithm is proposed who employs an appropriate policy for packet distribution, and reduces the load distribution in the network and creates a continuous idle time for the resources, result in suitable power management in the network. In this routing scheme the network is divided to north and south region and some restriction applied in usage of elevators in each region and try to increase the utilization of the used resources as well as the ideal time of low traffic paths. The simulation results, derived by BookSim, show the proposed method improve the network power consumption by 18% to 30% comparing previous algorithms, and the network delay has been reduced by 32%.

    Keywords: Network-on-chip, routing algorithm, energy management, performance evaluation
  • Hossein Zamani, Khosro Khandani Pages 24-32

    The problem of consensus in fractional order single-integrator multi-agent systems has been studied in this paper. The effect of memory is considered using the Riemann-Liouville fractional derivative in the dynamics of the agents. In order to achieve convergence among the agents, a fractional order control protocol based on the error signal between neighboring agents is proposed. Using Lyapunov's stability theorem, a Lyapunov function is introduced that shows that the agents converge over a specified settling time and the upper bound of the settling time is obtained. The merit of the proposed bound for the settling time is that it is independent of the initial conditions. Finally, some simulations are provided to confirm the introduced method.

    Keywords: Fractional-order integrators, multi-agent systems, consensus, fixed-time convergence
  • MohammadReza Salehi Rad, Mohammad Mollaie Emamzadeh Pages 33-41

    In this paper, a new energy management strategy is presented by using shunt active power filter (SAPF) in a multi-agent structure. This strategy is applied to a micro-grid connected to the grid and includes the problem of harmonic compensation. By examining the advantages and disadvantages of shunt active power filters and passive filters, as well as their efficiency in the multi-agent structure for power micro-grids, the reason for using shunt active power filters in the proposed method has been determined. Also, the performance of these filters for compensating current harmonics has been compared by examining the FFT results. In the used micro-grid, wind turbine generator and solar cell generator are used as renewable energy sources (RES) and two fuel cells are used to compensate for sudden and unplanned changes in the production power of these two generators. The energy management unit manages the active and inactive state of the two fuel cells according to the production power and consumption power of the micro-grid in such a way that the power exchanged between the micro-grid and the main grid is limited within an acceptable range. The simulation results show that the proposed method using local continuous controllers (in each agent) and central discrete controller (energy management system) has been able to perform well and while providing the required power of the micro-grid, at the same time, it performs the current harmonics compensation issue correctly.

    Keywords: Current harmonic compensation, multi-agent system (MAS), shunt active power filter (SAPF), SC-RC-LCL passive filter, energy management
  • Mostafa Eidiani Pages 42-50

    This paper first demonstrates that high direct current lines will undoubtedly be the backbone of the future transmission network. The Newton Raphson Seydel alternating load flow equations are then combined with the direct current line equations. This paper employed matrix techniques to increase the speed of solving problems as the dimensions of the equations get larger. Furthermore, the holomorphic load flow does not require an initial estimate to run the load flow, and if a solution exists, the precise answer is calculated. The initial guess of Newton Raphson Seydel was calculated using this approach. In this paper, we describe a novel approach that can compute the available transfer capability in small and large networks with sufficient accuracy and speed by combining these methods. The simulation in this paper uses five networks: 39 IEEE buses, 118 IEEE buses, 300 IEEE buses, 145 Iowa state buses, and 1153 East Iran buses network. In addition, four approaches were employed for comparison: continuous power flow, the general minimum residual method, Newton Raphson Seydel classical method, and the standard holomorphic power flow method. The results of the simulations suggest that the proposed strategy is acceptable.

    Keywords: Available transfer capability, holomorphic load flow, Newton-Raphson-Seydel, HVDC line
  • Hooshang Jafari, Amin Ramezani, Mehdi Forouzanfar Pages 51-58

    Fault occurrence in real operating systems usually is inevitable and it may lead to performance degradation or failure and requires to be meddled quickly by making appropriate decisions, otherwise, it could cause major catastrophe. This gives rise to strong demands for enhanced fault tolerant control to compensate the destructive effects and increase system reliability and safety in the presence of faults. In this paper, an approach for estimation and control of simultaneous actuator and sensor faults is presented by using integrated design of a fault estimation and fault tolerant control for time-varying linear systems. In this method, an unknown input observer-based fault estimation approach with both state feedback control and sliding mode control was developed to assure the closed-loop system's robust stability via solving a linear matrix inequality formulation. The presented method has been applied to a linear parameter varying system and the simulation results show the effectiveness of this method for fault estimation and system stability.

    Keywords: Fault estimation, fault tolerant control, linear parameter varying system, linear matrix inequality
  • Akbar Heidaritabar, habib Adarang, seyed saleh Ghoreishi, Reza Yousefi Pages 59-65

    The need for low power and high-speed ADC pushes for dynamic comparators to reduce power consumption and maximize speed. This paper presents an analysis of delay, speed, and comparator considerations, and analytical expressions are derived. Using the equation expressions, we can understand the design of comparators and make trade-offs. Based on the presented analysis, a new dynamic comparator is proposed by modifying the circuit of the conventional tail comparator for high speed and low power at small supply voltages without complicating the circuit design, resulting in a remarkable reduction in delay time and incremental speed. Simulation results in a 180 nm CMOS technology confirm the analysis results. It is shown that the proposed conventional tail comparator reduces power consumption and increases speed. The simulation results show that the proposed comparator operates up to 2.5GHz with a delay of 69ps and consumes only 329 μW at a supply voltage of 1.2 V and an offset standard deviation of 7.8 mW.

    Keywords: CMOS design, high-speed, low power, double-tail comparator
  • Mortaza Nazari, Amir Habibzadeh-Sharif, Mohammad Eskandari Pages 66-70

    In this paper, optimum design, numerical simulation and full-wave analysis of two broad-band metamaterial absorbers have been presented in the infrared, visible light, and ultraviolet frequencies of the sunlight spectrum. These planar absorbers consist of two conductive layers and an intermediate insulating layer. The simulations results obtained by the finite integration technique have shown that performance of the designed absorbers is independent of the incident wave polarization and its elevation and azimuth angles. The proposed absorbers have an absorption of more than 92% in the visible light range. Therefore, these absorbers can be used to harvest the energy of sunlight

    Keywords: Absorber, broad-band, metamaterial, visible light, full-wave analysis