فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 42 (تابستان 1399)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 42 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/18
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حمیدرضا اسکندری، محمدرضا مرادیان* صفحات 1-13

    استفاده گسترده از موتور های القایی به عنوان نیرو محرکه خودروهای الکتریکی، نیاز به بهبود سیستم کنترلی این موتورها در جهت بهبود راندمان را بیش از پیش مطرح نموده است. این امر می تواند موجب افزایش مسافت طی شده ی خودرو الکتریکی در هر بار شارژ و در نهایت افزایش طول عمر باتری گردد. در راستای این کار، یک روش کنترل مستقیم گشتاور مبتنی بر کنترل پیش بین و همچنین یک روش کنترل مستقیم گشتاور بهینه بررسی و مقایسه شده است. در روش کنترل پیش بین مستقیم گشتاور، بردار ولتاژ مرجع بر اساس کنترل پیش بین به گونه ای تعیین می شود که مقادیر گشتاور و شار در سریع ترین زمان ممکن برابر مقادیر مرجع شوند. روش کنترل مستقیم گشتاور بهینه نیز مبتنی بر محاسبه شار مرجع بهینه استاتور براساس گشتاور بار می باشد. برای مقایسه و ارزیابی عملکرد کنترل کننده ها، روش های پیشنهادی به همراه روش کنترل مستقیم گشتاور متداول بر روی یک موتور القایی در نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش کنترل مستقیم گشتاور بهینه در حالت بی باری و روش کنترل پیش بین مستقیم گشتاور در زمان اعمال بار به موتور دارای بالاترین راندمان، کمترین دامنه جریان و ریپل گشتاور می باشد. از این رو در این مقاله روش کنترل ترکیبی مستقیم گشتاور ارایه می گردد. روش مورد نظر در حالت بی باری از کنترل مستقیم گشتاور بهینه و در زمان اعمال بار از کنترل پیش بین مستقیم گشتاور استفاده می کند. این روش دارای بهترین عملکرد جهت افزایش طول عمر مفید باتری در وسایل نقلیه الکتریکی می باشد.

    کلیدواژگان: خودرو الکتریکی، موتور القایی، کنترل مستقیم گشتاور، کنترل پیش بین، بهینه سازی تلفات
  • محمد مهدی آقاجری، مهناز هاشمی* صفحات 15-27

    به منظور پایدارسازی سیستم های تصادفی غیرخطی فیدبک-اکید دارای غیرخطی گونگی پسماند پرنتل-ایشلینسکی در عملگر، با بکارگیری روش طراحی کنترل سطح دینامیکی تطبیقی که از شبکه های گوسی بهره برده اند، یک روش طراحی کنترل کننده پیشنهاد شده است. این روش قابل اعمال به سیستم های غیرخطی تصادفی با هر نوع دینامیک نامعلوم است. شبکه های گوسی براساس قابلیت تقریب زنی عمومی، امکان تقریب زنی دینامیک های نامعلوم سیستم های تصادفی غیرخطی را فراهم می آورند. با استفاده از الگوریتم پارامترهای-یادگیری-کمینه، فرایند تقریب زنی دینامیک های نامعلوم سیستم با کمترین پیچیدگی و حجم محاسبات صورت می پذیرد. پایداری سیستم کنترل پیشنهاد شده، به صورت تحلیلی اثبات شده و نتایج آن نیز به وسیله یک مثال شبیه سازی ردگیری، به نمایش گذاشته شده است. نشان داده شده است که روش طراحی پیشنهاد شده برای سیستم کنترل تطبیقی، کران داری در احتمال و در نتیجه آن کران داری نهایی یکنواخت را برای تمام سیگنال های حلقه-بسته تضمین می کند. همچنین اثبات شده است که می توان با استفاده از این روش خطای ردگیری سیستم را تا اندازه دلخواه کوچک گرداند

    کلیدواژگان: پسماند پرندل-ایشلینسکی، سیستم های تصادفی غیرخطی، شبکه عصبی تابع بنیادی شعاعی، غیرخطی-گونگی عملگر، کنترل سطح دینامیکی
  • محمدعلی هرمزی، بهمن بهمنی فیروزی*، طاهر نیکنام صفحات 29-40

    مدیریت بهینه انرژی در شبکه های هوشمند چند ناحیه ای سبب افزایش رفاه اجتماعی، کاهش هزینه های اقتصادی و آلایندگی های زیست محیطی خواهد شد. از راه کارهای مدیریت انرژی در شبکه های هوشمند چند ناحیه ای می توان به مسایلی مانند توزیع اقتصادی بار و حرارت، مدیریت بارهای تغییرپذیر، شارژ و دشارژ بهینه ذخیره سازهای انرژی و وجود منابع تجدیدپذیر با حفظ محدودیت های تبادل توان الکتریکی بین نواحی اشاره نمود، که همگی از مسایل مهم در این زمینه به شمار می آیند. در این مقاله یک مدل برنامه ریزی درجه دوم آمیخته با عدد صحیح به منظور مدیریت بهینه انرژی در شبکه های هوشمند چند ناحیه ای با هدف کاهش هزینه های اقتصادی و زیست محیطی و افزایش رفاه اجتماعی نیز با در نظر گرفتن سیستم های ذخیره ساز انرژی، مدیریت سمت بار و منابع تجدیدپذیر ارایه شده است. در این مقاله یک رویکرد دوسطحی به منظور حل مدل پیشنهادی ارایه شده که سطح بالایی به منظور کمینه سازی هزینه اقتصادی و آلایندگی و سطح پایینی به منظور بیشینه سازی رفاه اجتماعی و به صورت شرایط خطی KKT فرموله شده است. شبیه سازی در محیط متلب و حل کننده Gurobi اجرا شده است که نتایج نشان می دهد مدل دو سطحی ارایه شده رویکردی کارآمد در بهینه سازی انرژی در شبکه های هوشمند چند ناحیه ای نسبت به دیگر رویکردهایی مانند روش ضریب وزنی و یا روش بهینگی پارتو دارد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی دو سطحی، برنامه ریزی خطی عدد صحیح مرکب، ذخیره ساز انرژی، مدیریت بار، توزیع اقتصادی بار
  • نغمه ده آبادی، رضا فقیه میرزایی* صفحات 41-56
    منطق DCVS یکی از معروف ترین روش های طراحی مدارهای الکترونیکی است، که یک ساختار مستحکم ایجاد می کند. بعلاوه، در این منطق طراحی، دو خروجی که مکمل یکدیگر هستند به طور همزمان تولید می شوند. این منطق کاربردها و ویژگی های زیادی دارد. در این مقاله با استفاده از سه روش مشابه، نیم جمع کننده های DCVS سه مقداری جدید ارایه می شوند، که کارآمدی آنها به ویژه در مواقع اتصال آبشاری مدارها نمایان می گردد. وجود این مدارها برای طراحی مدارهای بزرگتر محاسباتی حیاتی است. در سومین و اصلی ترین روش پیشنهادی، به جای استفاده از معکوس کننده های سه مقداری که توان ایستای قابل ملاحظه ای مصرف می کنند، از تقویت کننده های دودویی کم مصرف توکار به منظور تقویت سیگنال و افزایش قابلیت راندن مدارهای DCVS استفاده شده است. نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار اچ-اسپایس و کتابخانه ترانزیستورهای نانو لوله کربنی با طول کانال 32 نانومتر نشان می دهد که استفاده از تقویت کننده های دودویی نسبت به معادل سه مقداری موجب افزایش سرعت تا 8/21 درصد و کاهش توان مصرفی تا 7/6 درصد در یک بستر تست واقعی می گردد. همچنین، آخرین طرح پیشنهادی با سه نیم جمع کننده سه مقداری دیگر نیز مقایسه شده است، که طرح جدید سرعت بالاتری از تمام آنها دارد. در مقایسه با نیم جمع کننده DCVS قبلی، مدار پیشنهادی هم از لحاظ سرعت، و هم از لحاظ مصرف توان و انرژی عملکرد بهتری دارد.
    کلیدواژگان: منطق DCVS، منطق سه مقداری، نیم جمع کننده سه مقداری، تقویت کننده دودویی، ترانزیستورهای نانو لوله کربنی
  • ملیحه کاظمی پور، خوشنام شجاعی* صفحات 57-78

    مسئله ردیابی مسیرهای زمانی مرجع یکی از مسائل مهم و مورد توجه در زمینه کنترل ربات های متحرک چرخ دار به شمار می رود. در این مقاله، مسئله کنترل ردیابی مسیر زمانی مرجع در حضور نامعینی های ساختاری، قیود غیرهولونومیک و اغتشاشات خارجی برای ربات متحرک چرخ دار تراکتور-تریلر، تا حد قابل توجهی حل شده است. طرح پیشنهادی بر این اساس است که ابتدا معادلات فضای حالت تراکتور-تریلر از معادلات دینامیک و سینماتیک آن استخراج و به یک فرم همبسته بیان شده است. در ادامه، با در نظرگرفتن معادلات فضای حالت سیستم، الگوریتم کنترلی مورد نظر متشکل از دو حلقه کنترلی خارجی و داخلی ارایه شده است، به این ترتیب که ابتدا با انجام خطی سازی فیدبک ورودی-خروجی، قانون کنترل در حلقه داخلی به فرم فیدبک غیرخطی تولید شده است که این الگوریتم به طور پیوسته، حذف دینامیک های غیرخطی سیستم را بر عهده دارد. سپس، با استفاده از ترکیب خروجی تولید شده در مرحله خطی سازی با الگوریتم کنترلی مد لغزشی ترمینال و طراحی یک کنترل کننده عصبی مقاوم تطبیقی زمان محدود در حلقه خارجی، عملکرد صحیح و سریع سیستم حلقه بسته در حضور نامعینی ها تضمین شده است. الگوریتم کنترلی پیشنهادی درنهایت، کران داری سیگنال های حلقه بسته و همگرایی دقیق خطای ردیابی در زمان محدود را تضمین نموده است. در پایان، میزان اثربخشی طرح پیشنهادی، از طریق تیوری لیاپانوف تعمیم یافته و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب اثبات و ارایه شده است.

    کلیدواژگان: قیود غیرهولونومیک، ربات متحرک تراکتور- تریلر، کنترل عصبی مقاوم تطبیقی، خطی سازی فیدبک، کنترل زمان-محدود
  • عبدالخالق حمیدی، جمال بیضاء*، طاهر عابدین زاده، علی دقیق صفحات 79-99
    هدف از این مقاله بهبود پایداری دینامیکی سیستم های قدرت مجهز به مزارع بادی فراساحلی و انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) است. از آنجا که مزارع بادی تحت تاثیر عوامل محیطی بوده و نمی توانند توان تولیدی ثابتی داشته باشند، لذا تاثیر توربین بادی و سیستم HVDC بر مود نوسانی سیستم قدرت بررسی شده و راه کار مناسبی جهت انتخاب سیگنال های ورودی -خروجی و طراحی کنترل کننده تکمیلی پایدارساز پیشنهاد می گردد. در روش پیشنهادی، با استفاده از مفاهیم کنترل پذیری و مشاهده پذیری و تجزیه مقادیر تکین، بهترین مسیر جهت طراحی کنترل کننده تکمیلی میراساز در بین سیگنال های ورودی-خروجی انتخاب می شود، سپس کنترل کننده پایدارساز مبتنی بر شبکه های عصبی طراحی شده و جهت بهبود پایداری فرکانس-ولتاژ، بکار گرفته می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کنترل کننده ی پیشنهادی نسبت به کنترل کننده های کلاسیک، عملکرد بهتری از نظر سرعت پاسخ، زمان نشست و فراجهش داشته، و نوسانات ولتاژ و فرکانس را بخوبی در حضور اغتشاشات میراسازی می نماید و موید کارایی سیستم کنترلی انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: پایداری سیستم قدرت، کنترل کننده عصبی تطبیقی، مزارع بادی فراساحلی، سیستم ‏HVDC
|
  • Hamidreza Eskandari, MohammadReza Moradian * Pages 1-13

    The widespread utilization of induction motors as a driving force of electric vehicles has recognized the necessity for upgrading control system of these motors even more than ever before, in order to improve efficiency and reduce the torque ripple. This matter can lead to increase in the distance traveled by the electric vehicle at each charge and ultimately Increase the battery life. To this end, a predictive direct torque control method, as well as an optimal direct torque control method, was proposed. In the predictive direct torque control method, the reference voltage vector based on the predictive control is determined so that both the torque value and the charge value are equal to the reference values as quickly as possible. The optimal direct torque control method is also based on calculating the optimal stator reference flux according to the load torque. For comparison and evaluating the performance of controllers optimal direct torque control method and predictive direct torque control method along with the conventional direct torque control method, are simulated on an induction motor. Simulation results demonstrate that optimal direct torque control method in no-load mode and predictive direct torque control method when applying load have the highest efficiency, lowest current amplitude and torque ripple. Therefore in this paper, direct torque compound control method is presented. This method it uses optimal direct torque control in no-load and predictive direct torque control when applying load. This method has the best performance to increase battery life in electric vehicles.

    Keywords: Electric Vehicle, induction motor, direct torque control, Predictive control, Loss Optimization
  • MohammadMahdi Aghajary, Mahnaz Hashemi * Pages 15-27

    Using the adaptive radial basis function (RBF) neural network dynamic surface control design method, a controller design approach is presented in order to the stabilization of strict-feedback nonlinear stochastic systems subjected to Prandtl-Ishlinskii nonlinearity in the actuator. This method is capable to be applied to nonlinear stochastic systems with any unknown dynamics. According to the universal approximation capability the RBF neural networks make it possible to approximate the unknown dynamics of the nonlinear stochastic systems. Using the minimal-learning-parameters algorithm the approximation procedure is done with a minimum complexity and required calculations. The stability of the proposed control system is proven analytically and its results are demonstrated using a simulation example. It is shown that the proposed design approach guarantees the boundedness in probability for adaptive control system, and in turn the uniformly ultimately boundedness of all closed-loop signals. It is also shown, that using this method the tracking error can be made arbitrarily small.

    Keywords: Actuator nonlinearity, adaptive RBF neural networks, Dynamic Surface Control (DSC), Nonlinear Stochastic Systems, Prandtl-Ishlinskii Hysteresis
  • MohammadAli Hormozi, Bahman Bahmani Firoozi *, Taher Niknam Pages 29-40

    Optimal energy management in multi area smart grids will increase social welfare, reduce economic costs and environmental pollution. Power management solutions for smart grids include issues such as economical distribution of load, suitable load management, optimized charging and discharging of energy storages, and the availability of renewable resources considering limitation of power exchange in different area, all of which are issues in an intelligent grid, that in this paper has been considered. This paper presents a bi-level mixed integer quadratic programming (MIQP) model for energy management in multi-are smart grids with the aim of reducing economic costs and environmental pollution and increasing social welfare by considering energy storage systems, load management and Renewable resources are presented. In this paper presents a bi-level approach that the upper level is formulated to minimization economic cost and pollution of resource and lower level is presented to maximization social welfare in the form of Karush–Kuhn–Tucker (KKT) conditions. The simulation is implemented in MATLAB with Gurobi solver that the results show that the proposed bi-level model is also an efficient way to optimize energy in multi-area smart grids compared to Pareto front and Weight methods.

    Keywords: smart grid, Demand side management (DSM), Energy management, Bi-level optimization
  • Naghmeh Dehabadi, Reza Faghih Mirzaee * Pages 41-56
    Differential Cascode Voltage Switch (DCVS) is one of the most well-known logic styles, which forms a robust structure. In addition, two complementary outputs are produced in this logic style at the same time. It has several unique attributes and different applications. This paper presents three comparable methods to design some ternary half adders, whose efficiencies are superior especially when they are put one after another in a cascading scenario. These cells are essential for the realization of larger arithmetic circuits. In the third proposed method, instead of ternary inverters, which consume considerable static power, built-in low-power binary boosters are exploited to reinforce driving power of the DCVS circuits. Simulation results by HSPICE and 32 nm Carbon Nanotube Field Effect Transistor (CNFET) technology demonstrate that the new adder cell with binary boosters operates 21.8% faster and consume 6.7% less power than the cell with ternary inverters in a real test bed. Furthermore, the final design is compared with three other ternary half adders. The new design is faster than all of them, and also consumes less power and energy than the previous DCVS half adder.
    Keywords: DCVSL, Ternary Logic, Ternary Half Adder, Binary Booster, CNFET
  • Maliheh Kazemipour, Khoshnam Shojaei * Pages 57-78

    The reference trajectory tracking is one of the most important issues in the field of tractor-trailer wheeled mobile robots control. In this paper, thetrajectory tracking control issues of a tractor-trailer wheeled mob ile robot has been significantly solved in the presence of structural uncertainties,non-hol o n o mic constraints and external disturbance. The proposed scheme is based on a design that the tractor-trailer’s state space representation is extracted from its dynamic and ki n e matic models and presented ina companion format first. In the following,by considering the state space representation of system, the control algorithm is presented includingtwo external and internal control loops. Toward this end, the control law has been developed in the inner loop via input-output feedback linearization in a nonlinear feedback formwh i ch is continuously eliminating the nonlinear dynamics of the system. Then,by using a comb ination of the output that is pr o duced in linearization steps with a terminal sliding mode control algorithm and sketching a neural robust ad aptive finite time controller in the outer loop, the accurate and fast performance of the closed loop system has been guar a nteed in the presence of uncertainties. The proposed control algorithmfinally guarantees the boundedness of closed-loop signals and accurate finite time convergence of tracking errors. At the end, the effectiveness of the proposed sch eme has been demo nstrated and shown through the extended Lyapunov theorem and simulated by MATLAB application.

    Keywords: Feedback linearization, Finite-time control, neural network robust adaptive control, Nonholonomic constraints, tractor-trailer mobile robot
  • Abdolkhalegh Hamidi, Jamal Beiza *, Taher Abedinzade, Ali Daghigh Pages 79-99
    The purpose of this paper is to improve the dynamic stability of power systems equipped with offshore wind farms and HVDC transmission lines. Since wind farms are affected by environmental factors and cannot have a constant production capacity, the effect of wind turbine and HVDC system on power oscillation mode is investigated and a suitable solution for selecting input-output signals and stabili zing complementary controller design is proposed. In the proposed method, using the concepts of controllability, observability and decomposition of single values, the best path for the design of the complementary controller is selected among the input-output signals, then the stabilizer controller is designed based on neural networks and to improve frequency Stability-Voltage is used. The simulation results show that the proposed controller performs better than the classical controllers in terms of response speed, settling time, and voltage fluctuations in the presence of disturbances and confirms the performance of the selected control system.
    Keywords: Stability of power system, adaptive neurotransmitter, offshore wind farms, HVDC system