فهرست مطالب

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 58 (تابستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/28
  • تعداد عناوین: 10
|
  • فهیمه کردی، حمیدرضا رضاعلیخانی، جواد نیکوکار صفحات 1-20

    در این مقاله به بررسی یک کنترل کننده ترکیبی برای روبات های متحرک چرخ دار در حضور اغتشاش خارجی و عدم قطعیت پارامتری خواهیم پرداخت. مدل های ربات شامل معادلات سینماتیکی و دینامیکی حرکت است. ربات متحرک چرخ دار به منظور دستیابی به موقعیت نهایی باید به نحوی کنترل گردد که بتواند یک مسیر مرجع را دنبال نماید. در بسیاری از تحقیقات انجام شده معمولا از یک استراتژی کنترل حرکتی برای ربات متحرک استفاده می شود. در این مطالعه، استراتژی کنترل پیشنهادی دارای دو مرحله شامل کنترل سینماتیکی و کنترل دینامیکی است. در این راستا، ابتدا پس از معرفی مدل سینماتیکی ربات، یک کنترل کننده پیش بین برای این قسمت طراحی و اثبات خواهد شد. سپس، بر اساس مدل دینامیکی غیرخطی ربات، یک کنترل کننده دینامیکی مود لغزشی تطبیقی معرفی می شود تا اغتشاشات را به صورت آنلاین تخمین زده، بهره کنترل را به طور خودکار تنظیم و پدیده چترینگ را به طور کامل حذف نماید. در ادامه، تجزیه و تحلیل و اثبات طرح پیشنهادی با استفاده از نظریه پایداری لیاپانوف انجام شده است. بر اساس قانون کنترل تطبیقی پیشنهادی، همگرایی بهینه و عملکرد ردیابی همه سیگنال ها تضمین شده و خطاهای ردیابی می توانند به طور دلخواه در زمان محدود به مبدا همگرا شوند. نتایج شبیه سازی برای نشان دادن اثربخشی طرح پیشنهادی با استفاده از نرم افزار متلب انجام شده است.

    کلیدواژگان: ربات متحرک چرخ دار، ردیابی مسیر، کنترل مودلغزشی تطبیقی، کنترل کننده ترکیبی، مدل سینماتیکی و دینامیکی
  • یسرا عزیزی نصرآبادی، علی جمالی نظری، حمید قدیری، فرشید باباپور مفرد صفحات 21-30

    هدف از این مقاله پیش بینی زنده ماندن و یا مرگ افراد مبتلا به خون ریزی مغزی در طی سی روز بر اساس میزان خون ریزی مغزی است. تشخیص و درمان به موقع و صحیح خون ریزی مغزی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، چنانچه در مدت این سی روز فوت بیمار پیش بینی شود، پزشک معالج باید مراقبت های ویژه و درمان قوی تری برای بیمار استفاده کند. خون ریزی های مغزی نیاز به درمان فوری و تشخیص سریع و دقیق دارند. در این مقاله با استفاده از حجم خون ریزی مغزی و سن بیمار و با استفاده از شبکه عصبی ماشین بردار پشتیبان (SVM) پیش بینی شده است که چند درصد از افراد مبتلا به خون ریزی مغزی زنده می مانند و چند درصد فوت می کنند. پارامتر های حجم خون ریزی مغزی و سن بیماران، ورودی شبکه عصبی در نظر گرفته شده است. خروجی شبکه، زنده ماندن و یا مرگ بیماران مبتلا به خون ریزی مغزی طی سی روز آینده است. داده هایی که استفاده شده شامل سن و حجم خون ریزی 66 بیمار مبتلا به خونریزی لوبار، 76 بیمار مبتلا به خون ریزی عمیق، 9 بیمار مبتلا به خون ریزی پونتین و 11 بیمار مبتلا به خون ریزی مخچه ای است. تمام مدل های خون ریزی به عنوان ورودی شبکه عصبی ماشین بردار پشتیبان در نظر گرفته شده است. دقت کلی شبکه عصبی ماشین بردار پشتیبان طراحی شده 93 درصد است. مستقل از نوع خون ریزی مغزی، زنده ماندن و یا مرگ افراد مبتلا به خون ریزی مغزی در طی سی روز پیش بینی شده است.

    کلیدواژگان: آسیب های مغزی، پیش بینی، سی تی اسکن، شبکه عصبی، ماشین بردار پشتیبان
  • صادق زرمهی، سید محمود دانشور فرزانگان، آوید آوخ صفحات 31-44

    اگر چه شبکه های بی سیم نسل جدید از نظر هزینه ی نصب و توسعه، فن آوری مناسبی برای زیرساخت اینترنت محسوب می شوند، ولی به دلیل محدودیت در ظرفیت و مقیاس پذیری، چالش های زیادی را مانند زمان بندی پیوند و مسیر یابی به دنبال دارند. در این مقاله، با تمرکز بر روش دسترسی چندگانه تقسیم زمانی الگوریتم جدیدی با عنوان کلونی مورچه ها برای زمانبندی پیوند در شبکه های مش (ALSM) بر مبنای رنگ آمیزی گراف و الگوریتم کلونی مورچگان ارایه شده که با زمان بندی پیوندها امکان تصادم را به صفر می رساند. در این الگوریتم سعی خواهد شد اندازه ابرقاب ها و اختصاص هر پیوند به یک شکاف زمانی به گونه ای باشد که با توجه به محدودیت تداخل پیوندها و نیز درجه آزادی آنتن های مورد استفاده برای ارسال یا دریافت، تاخیر انتها به انتها کاهش و ظرفیت شبکه افزایش یابد. در شبکه های توری بی سیم چند ورودی-چند خروجی دو نوع تداخل (تداخل ضعیف و قوی) وجود دارد. در ALSM، الگوریتم کلونی مورچگان به گونه ای اصلاح شده که بتوان با در نظر گرفتن این دو نوع تداخل، زمان بندی بهینه پیوندها را به دست آورد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که الگوریتم ALSM در مقایسه با الگوریتم های دیگری که در سال های اخیر ارایه شده است با طول ابرفریم کوتاه تری می تواند زمان بندی پیوندها را انجام دهد.

    کلیدواژگان: آنتن چندورودی-چندخروجی، الگوریتم کلونی مورچگان، تداخل ضعیف و قوی، زمان بندی پیوند، شبکه توری بی سیم
  • عباسعلی زمانی، سید محمد کارگر دهنوی، علیرضا رئیسی صفحات 45-66

    با تجدید ساختار سیستم قدرت و ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر مختلف با رفتار دینامیکی پیچیده و عدم قطعیت های عملکردی زیاد، مبحث کنترل بار فرکانس، پیچیدگی های بیشتری پیدا کرده است. در این مقاله برای یک سیستم قدرت ترکیبی دو ناحیه ای که شامل نیروگاه حرارتی با در نظر گرفتن عوامل غیرخطی مانند باند مرده گاورنر و محدودیت میزان تولید و منابع انرژی تجدیدپذیر شامل توربین بادی، نیروگاه خورشیدی-حرارتی، الکترولایزر، پیل سوختی و خودرو برقی پلاگین است، یک ساختار کنترل بار فرکانس تطبیقی مرتبه کسری، مبتنی بر شبکه های عصبی موجک خود بازگشتی و کنترل کننده مرتبه کسری با نام کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی (PID) مرتبه کسری مبتنی بر شبکه عصبی موجک (AWNNFOPID) پیشنهاد شده است. برای مقایسه عملکرد کنترل کننده AWNNFOPID پیشنهادی چهار سناریو متفاوت در نظر گرفته شده و نتایج با کنترل کننده های سنتی انتگرال گیر (I)، متناسب-انتگرال گیر (PI)، PID و همچنین با کنترل کننده PID مرتبه کسری (FOPID) بهینه مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده عملکرد بسیار مناسب کنترل کننده AWNNFOPID پیشنهادی بر اساس شاخص های عملکردی زمان نشست، زمان صعود، حداکثر فراجهش، حداکثر فروجهش، انتگرال زمانی قدر مطلق خطا (ITAE) و انتگرال قدر مطلق خطا (IAE) در مقایسه با سایر کنترل کننده به کار رفته برای سیستم قدرت مورد مطالعه است.

    کلیدواژگان: توربین بادی، خودرو الکتریکی، شبکه عصبی موجک، کنترل بار فرکانس، کنترل کننده PID مرتبه کسری، نیروگاه خورشیدی-حرارتی
  • امید کهنسال، محمود زاده باقری*، محمدجواد کیانی، صمد نجاتیان صفحات 67-84

    این مقاله مشارکت بهینه هم زمان شبکه های انرژی وهاب های انرژی در بازارهای انرژی روز- بعد در دو طرح عمده فروشی و خرده فروشی را ارایه می دهد. طرح پیشنهادی در قالب بهینه سازی دو هدفه بیان می شود. در یک تابع هدف کمینه سازی هزینه انرژی شبکه های الکتریکی، گازی و حرارتی به صورت شرکت های توزیع خصوصی در بازارهای یادشده مدنظر است. در تابع هدف دیگر، کمینه سازی هزینه انرژی (برابر با ما تفاوت خرید و فروش انرژی) هاب ها در بازار خرده فروشی به عنوان تابع هدف منظور می شود. این طرح مقید به معادلات پخش توان بهینه شبکه های مذکور و مدل بهره برداری منابع و بارهای اکتیو در قالب هاب انرژی است. سپس بهینه سازی پارتو مبنی بر روش توابع وزن دار بر پایه تصمیم گیری فازی یک راه حل مصالحه بهینه استخراج می کند. درنهایت با اجرای طرح پیشنهادی بر روی سیستم تست نمونه، نتایج عددی به دست آمده تاییدکننده قابلیت طرح پیشنهادی در بهبود وضعیت اقتصادی هاب های انرژی و بهبود هم زمان شرایط اقتصادی و بهره برداری شبکه های بیان شده است.

    کلیدواژگان: بازار انرژی روز- بعد، بازار عمده فروشی و خرده فروشی، بهینه سازی دو هدفه، تصمیم گیری فازی، شرکت توزیع خصوصی، هاب انرژی متصل به شبکه
  • پگاه شفقی، هومان فرخانی، مهدی دولتشاهی، همایون مهدوی نسب صفحات 85-98

    پیاده سازی یک سیستم محاسباتی عصبی (NCS) با استفاده از مدارهای دیجیتال و آنالوگ در فناوری نیم رسانای اکسید فلز مکمل (CMOS)، فضا و توان زیادی مصرف می کند. با پیشرفت تحقیقات نانو فناوری، ترکیب مدارهای اتصال تونلی مغناطیسی (MTJ) و CMOS، پیاده سازی NCSهایی با چگالی بالا ومصرف توان پایین را امکان پذیر کرده است. با این وجود، هنوز بین کارایی مغز انسان و NCSها فاصله زیادی وجود دارد. برای کاهش این شکاف، لازم است تا مصرف انرژی و تاخیر در NCS کاهش پیدا کند. مصرف انرژی زیاد NCS، به دلیل جریان زیاد مورد نیاز برای تغییر وضعیت MTJ است. در گذشته محققان با تکنیک های ردیابی ولتاژ MTJ و قطع جریان آن بلافاصله پس از کلیدزنی MTJ، مصرف انرژی را کاهش دادند. اما به دلیل تغییرات کوچک ولتاژ پس از کلیدزنی، در این روش ها مصرف انرژی همچنان بالا است (به دلیل نیاز به تقویت کننده ها).در این مقاله روش جدیدی مبتنی بر ردیابی جریان MTJ (به جای ولتاژ آن) و قطع جریان MTJ بلافاصله پس از کلیدزنی MTJ پیشنهاد شده است. با توجه به تغییرات زیاد در جریان MTJ پس از کلیدزنی (حدود 40 درصد)، نیازی به استفاده از تقویت کننده در مدار ردیابی و قطع جریان MTJ نیست. بنابراین، مدار ردیابی ولتاژ با مدار پیشنهادی جایگزین می شود تا مصرف انرژی، سرعت و تاخیر NCS بهبود یابد. در تمام طراحی های گذشته، تغییرات ولتاژ در دو سر MTJ PL, FL) یا هر دو(برای تشخیص کلیدزنی MTJ استفاده شده است. در مدار پیشنهادی کلیدزنی MTJ با توجه به جریان MTJ تشخیص داده می شود و سپس جریان آن بلافاصله قطع می شود. بر اساس نتایج شبیه سازی در فناوری 65nm-CMOS مدار پیشنهادی می تواند، مصرف انرژی و سرعت یک NCS را به ترتیب 49 درصد و 1/2/ برابر در مقایسه با یک NCS نوعی بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: آینه جریان، مصرف انرژی، اتصال تونلی مغناطیسی، ممریستور، سیستم محاسباتی عصبی، اسپینترونیک
  • علی مدنی محمدی، محمدعلی عباسیان، مجید دلشاد، هادی ثقفی صفحات 99-108

    در سال های اخیر، کلان شهرها در سراسر جهان شاهد روند کاهشی در شاخص کیفیت هوا بوده اند. بخش زیادی از این آلودگی مربوط به وسایل حمل و نقل عمومی است. ارتقای حمل و نقل عمومی می تواند راه کاری برای خروج از این بن بست باشد. به دلیل نگرانی های زیست محیطی، توصیه می شود به تغییر اتوبوس های دیزلی معمولی به اتوبوس های برقی، که دارای مزایای متعددی از نظر کاهش آلودگی، صدا و سوخت هستند. در این مقاله یک موتور سوییچ رلوکتانس القایی توان بالا که در اتوبوس برقی استفاده می شود مورد مطالعه قرار گرفته است. ساختار استاتور و روتور این ماشین الکتریکی غیر سگمنتال است. ساختار به گونه ای است که مسیر شار مغناطیسی کوتاه در روتور و هسته استاتور ایجاد شده است. در نتیجه گشتاور بالا با تلفات کم تولید می شود. از آنجایی که موتور الکتریکی مورد استفاده برای اتوبوس برقی دارای توان بسیار بالا است، در نتیجه نیاز به مقدار زیادی آهنربای دایم دارد. لذا مطلوب است که موتور الکتریکی برای اتوبوس برقی فاقد آهنربای دایم باشد. در این مطالعه یک موتور سوییچ رلوکتانس القایی سه فاز با توان 220 کیلووات، با 6 قطب استاتور و 4 قطب روتور در نظر گرفته شده است. یک مدل المان محدود دو بعدی طراحی شده و تجزیه و تحلیل مغناطیسی آن انجام می گیرد. مسیر شار، گشتاور و بازده موتور سوییچ رلوکتانس القایی محاسبه شده و نتایج ارایه شده است.

    کلیدواژگان: آنالیز المان محدود، اتوبوس برقی، گشتاور، مسیر شار کوتاه. موتور سوئیچ رلوکتانس
  • مسعود امامداد، احسان اکبری، شیما کرباسی، عباس زارع قلعه سیدی صفحات 109-120

    به دنبال کمیاب شدن منابع تجدیدناپذیر مانند نفت، گاز و زغال سنگ، تحقیقات بیشتری بر مسیله مصرف بالای انرژی و وابستگی جامعه به سوخت های فسیلی منعطف شده است. استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و توسعه ریزشبکه ها می تواند امری ضروری جهت کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی باشد. سیستم های فتوولتاییک به عنوان منبع تامین انرژی تجدیدپذیر نقش بسیار اساسی در ریز شبکه ها را دارند. در این سیستم ها، معمولا ولتاژ خروجی سلول بسیار کمتر از ولتاژ مورد نیاز باس DC بوده و با افزایش جریان خروجی، میزان این ولتاژ به طور قابل توجهی کاهش می یابد. از این رو، حضور یک مبدل DC-DC افزاینده با محدوده ولتاژ ورودی گسترده برای اتصال بین منبع سلول ولتاژ پایین و باس DC ولتاژ بالای متصل به اینورتر ضروری به نظر می رسد. در این مقاله یک ساختار جدید در مبدل های DC-DC غیرایزوله افزاینده ولتاژ بر مبنای روش افزایش ولتاژ ارایه شده است. مبدل پیشنهادی در مقایسه با مراجع اخیر دارای بهره ولتاژ مناسب در خروجی و استرس ولتاژ قابل قبول روی سوییچ و دیود است. ساختار مبدل دارای یک سوییچ است که کنترل آن راحت تر بوده و با توجه به نقطه مشترک منبع ورودی و بار خروجی مبدل قابلیت اطمینان بالایی دارد. تجزیه و تحلیل استرس ولتاژ و انتخاب المان های مناسب به همراه تحلیل مبدل در حالت مد کاری پیوسته انجام شده و با توجه به نتایج آزمایشگاهی ارایه شده صحت محاسبات تایید می شود.

    کلیدواژگان: افزاینده ولتاژ، بهره ولتاژ، راندمان، مبدل غیرایزوله
  • حمیدرضا علافیه، حسین محمدنژاد شورکائی، سودابه سلیمانی مورچه خورتی صفحات 121-142

    ظهور خودروهای برقی منجر به افزایش توان انتقال یافته از طریق شبکه های توزیع برق شده است. استفاده از این خودروها با میزان نفوذ بالا، تاثیرات زیان باری بر دارایی های شبکه توزیع خواهد داشت. یکی از مهم ترین تاثیرات منفی، کاهش عمر سریع تر در تجهیزات شبکه از جمله ترانسفورماتورهای توزیع است. این مقاله در راستای حفظ عمر ترانسفوراتور، یک استراتژی مدیریت شارژ و دشارژ متمرکز را معرفی می کند. این استراتژی از طریق اپراتور سیستم توزیع و یا نهاد تجمیع کننده مستقل، اجرا می شود. مدل متمرکز در این مطالعه، کاهش عمر ترانسفورماتور و سود حاصل از مدیریت شارژ و دشارژ خودروهای برقی را به صورت همزمان بهینه سازی می کند. این استراتژی در ازای کاهش مختصر از سود خرید و فروش انرژی (معامله گری) مصرف کننده ها، عمر ترانسفورماتور را حفظ می کند و سود کاهش یافته مصرف کننده ها نیز توسط نهاد تجمیع کننده جبران می شود. مدل متمرکز در مقابل مدل غیرمتمرکز قرار می گیرد. در مدل غیرمتمرکز مصرف کننده ها شارژ خودروهای برقی خود را بدون در نظر گرفتن آسیب های وارد به ترانسفورماتور و صرفا برای سود خود بهینه سازی می کنند. در این مطالعه، هر دو مدل متمرکز و غیرمتمرکز در یک شبکه کوچک محلی با تعداد 6 خودروی برقی پیاده سازی شده که خودروها متصل به یک ترانسفورماتور محلی هستند. مدل های متمرکز و غیرمتمرکز با استفاده از نرم افزار گمز (GAMS) اجرا و حل می شوند. با مقایسه نتایج به دست آمده در استراتژی های متمرکز و غیرمتمرکز، مزایای استفاده از مدل متمرکز معرفی شده در متعادل سازی دارایی های شبکه دیده می شود.

    کلیدواژگان: استراتژی متمرکز، استراتژی غیرمتمرکز، ترانسفورماتور، خودروهای برقی، سود مصرف کننده، معامله گری نهاد تجمیع کننده
  • علیرضا پورخلیلی، سید محمدعلی زنجانی صفحات 143-159

    طراحی مدارهای مجتمع آنالوگ با پیچیدگی بالا، نیازمند انتخاب مناسب پارامترهای مختلف طراحی مثل نسبت عرض به طول کانال، مقدار خازن جبران و خازن بار است، به نحوی که در اثر این تغییرات، پارامترهای مطلوب کاربران مانند بهره ، پهنای باند، توان مصرفی و حاشیه فاز، بهبود یابد. با توجه به کارهای انجام شده در این زمینه، در این مقاله یک تقویت کننده عملیاتی دو طبقه با زوج ورودی پی موس (PMOS) و جبران ساز میلر، به کمک یک شبکه عصبی مصنوعی طراحی شده است. داده های ورودی شبکه عصبی، چهار پارامتر عملکرد مداری یعنی بهره فرکانس پایین، پهنای باند، توان مصرفی و حاشیه فاز است و در خروجی، مقدار عرض و طول کانال ترانزیستورها، منبع جریان مرجع، خازن جبران و خازن بار حاصل می شود. در این طراحی، از روش نمونه برداری مبتنی بر شبیه سازی های موازی اچ-اسپایس برای گردآوری داده از فضای 15 بعدی طراحی استفاده شده است که منجر به سادگی و خودکارسازی فرایند تهیه مجموعه داده های آموزشی و کاهش زمان نمونه برداری شده است و سپس این داده ها برای آموزش مدل عصبی استفاده شده اند. در مرحله بعد، از روش نمونه برداری بازه ای برای ایجاد طراحی های جدیدی از مدل عصبی آموزش دیده، بهره گرفته شده که باعث سهولت فرایند طراحی شده است و امکان انجام انواع مصالحه مورد نظر کاربر بین پارامترهای عملکرد مختلف تقویت کننده را فراهم کرده است. همچنین اگر ضریب شایستگی (FOM)  از تقسیم حاصل ضرب پهنای باند واحد در خازن بار به توان مصرفی به دست آید، مقایسه طراحی های حاصل شده از روش ارایه شده در این مقاله، با برخی از روش های به کار رفته برای طراحی تقویت کننده های عملیاتی با ساختار مشابه در مطالعات قبلی، نشان می دهد که این پارامتر، حداقل 154 درصد افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: بهینهسازی طراحی آنالوگ، تقویت کننده عملیاتی، خودکارسازی طراحی الکترونیکی، شبکه عصبی مصنوعی، مدل کردن عملکرد، مصالحه
|
  • Fahime Kordi, HamidReza Reza Alikhani, Javad Nikoukar Pages 1-20

    In this paper, we investigate a hybrid controller for wheeled mobile robots in the presence of external disturbances and parametric uncertainty. Robot models include kinematic and dynamic equations of motion. In this paper, in order to reach the final position, the wheeled moving robot must be controlled in such a way that it can follow a reference path. Many studies often use a motion control strategy for the wheeled mobile robot. In this study, the proposed control strategy has two stages including cinematic control and dynamic control. In this regard, first after introducing the kinematic model of the robot, we design a predictive controller for this part and prove it. Then, based on the nonlinear dynamic dynamics of the robot, an adaptive sliding mode dynamic controller is introduced to estimate the disturbances online, automatically adjust the gain of the control and eliminate the umbrella phenomenon completely. Then, the proposed design is analyzed and proved using Lyapanov's theory of stability. According to the proposed adaptive control law, optimal convergence and tracking performance of all signals are guaranteed and tracking errors can converge arbitrarily in finite time to the source. Simulation results have been performed to show the effectiveness of the proposed design using Matlab software.

    Keywords: adaptive sliding mode control, hybrid controller, kinematic, dynamic model, path tracking, wheeled mobile robot
  • Yosra Azizi Nasrabadi, Ali Jamali Nazari, Hamid Ghadiri, Farshid Babapour Mofrad Pages 21-30

    The purpose of this paper's prediction of survival or death within 30 days is based on a cerebral hemorrhage. Timely and correct diagnosis and treatment of cerebral hemorrhage are essential. If the patient's death is predicted during these thirty days, the treating physician should use intensive care and more treatment for the patient. Cerebral hemorrhages require immediate treatment and rapid and accurate diagnosis. In this article, using the volume of cerebral hemorrhage and the patient's age and using the neural network of support vector machine (SVM), it is predicted what percentage of people with cerebral hemorrhage survive and what percentage die. Parameters of cerebral hemorrhage volume and, age of patients, neural network input are considered. The network's output is the survival or death of patients with cerebral hemorrhage over the next thirty days. The data we used included the bleeding volume and age of 66 patients with lobar hemorrhage, 76 patients with deep bleeding, nine patients with Pontine hemorrhage and 11 patients with cerebellar hemorrhage. All bleeding models are considered as input to the support vector machine neural network. The overall accuracy of the designed support vector machine neural network is 93%. Regardless of the type of cerebral hemorrhage, the survival or death of people with cerebral hemorrhage within 30 days is predicted.

    Keywords: brain injuries, CT scan, neural network, prediction, support vector machine
  • Sadegh Zarmehi, Mahmoud Daneshvar Farzanegan, Avid Avokh Pages 31-44

    Wireless mesh networks are appropriate and cost-effective infrastructure for Internet but due to the limited scalability and capacity, a lot of research has been doing on new ways to improve these limitations such as optimization of scheduling, routing, etc. In this paper focusing on time division multiple access (TDMA) method, a new algorithm called a</strong>nt colony for l</strong>ink s</strong>cheduling in m</strong>esh networks (ALSM) based on Ant Colony algorithm is proposed which reduces the possibility of collision to zero by scheduling links. In this algorithm, we will try to size super frames and assign each link to a time slot in such a way that limitations are satisfied and finally, the end-to-end latency is minimized. In multi-input multi-output (MIMO) networks, we face two types of interference (weak and strong). In ALSM, the ant colony has been modified in such a way that the optimal timing of the links can be obtained by considering these two types of interferences. Our results show that ALSM algorithm can schedule links with shorter super frames compared to other recent algorithms.

    Keywords: ant colony algorithm, link scheduling, multi-input multi-output antenna, strong, weak interference, wireless mesh network
  • Abbas-Ali Zamani, Seyed Mohammad Kargar Dehnavi, Alireza Reisi Pages 45-66

    Restructuring of power systems and integration of different renewable energy sources with complex dynamic behaviors and high structural uncertainties has made the issue of load frequency control more important. For a hybrid power system that includes a thermal power plant taking into account nonlinear limitations such as the governor dead band and generator rate constraints and renewable energy sources including a wind turbine, solar-thermal power plant, electrolyzer, fuel cell, and plug-in electric vehicle, this paper proposes an adaptive wavelet neural network fractional order PID controller (AWNNFOPID) based on self-recursive wavelet neural networks and fractional order PID controller. To compare the performance of the proposed AWNNFOPID controller, four different scenarios are considered and the simulation results are compared with traditional I, PI, and PID controllers as well as with the optimized FOPID controller. The simulation results show that the proposed AWNNFOPID controller has better performances than the other control strategies used for the studied hybrid power system based on performance indicators such as settling time, rise time, maximum overshoot, maximum undershoot, integral time absolute error (ITAE), and integral absolute error (IAE).

    Keywords: fractional order PID controller, load frequency control, plug-in electric vehicle, solar-thermal power plant, wind turbine
  • Omid Kohansal, Mahmoud Zadehbagheri, Mohammadjavad Kiani, Samad Nejatian Pages 67-84

    This paper presents the optimal participation of distribution networks and energy hubs in the day-ahead wholesale and retail energy markets. The proposed scheme is a two-objective optimization model. In one objective function, it minimizes the energy cost of electricity, gas, and heating network as private distribution companies in the mentioned markets. In another objective function, it minimizes the energy cost (equal to the difference between selling and purchasing energy) of hubs in the retail market. This scheme is subject to optimal power flow formulation in the mentioned networks, and the operation model of sources and active loads in a hub format. Then, the Pareto optimization based on the weighted functions method according to the fuzzy decision is used to achieve the optimal compromise solution. Finally, by implementing the proposed scheme on a system test, the obtained simulation results confirm the capabilities of the scheme in improving the economy of energy hubs and the economic and operation situation of the mentioned networks.

    Keywords: day-ahead energy market, fuzzy decision, grid-connected energy hub, private distribution company, two-objective optimization, wholesale, retail markets
  • Pegah Shafaghi, Hooman Farkhani, Mehdi Dolatshahi, Homayoun Mahdavi-Nasab Pages 85-98

    Implementation of neuromorphic computing systems (NCSs) using digital and analog circuits occup ies a high chip area and consumes high power. With the advancement of nanotechnology, the hybrid Magnetic tunnel junction/Complementary metal–oxide–semiconductor (MTJ/CMOS) circuits have made it possible to implement NCSs with higher density and lower power consumption. However, still there is a gap between the performance of the human brain and NCSs. To mitigate this gap, it is essential to further decrease the energy consumption and the delay of the NCS. The high energy consumption of the MTJ-based NCS is mostly related to the high current needed to switch the MTJ state. Hence, some previous methods tried to perform real-time tracking of the MTJ state by monitoring its voltage and cutting off its current immediately after switching. However, due to the small voltage changes after switching, these methods suffer from a high-power consumption (they need power-hungry amplifiers). In this paper, a new method based on the tracking of MTJ current (instead of voltage) and terminating the MTJ current after switching is proposed. Due to the large changes in the MTJ current after switching (about 40%), there is no need to use an amplifier in the proposed circuit. Therefore, the conventional voltage-mode sensing circuit is replaced with the proposed circuit, to improve the energy efficiency, speed and delay of the NCS. In all state-of-the-art designs, the voltage changes on nodes across the MTJ (PL, FL or both of them) have been used to detect the MTJ switching. However, the proposed circuit detects the MTJ switching by properly sensing the MTJ current and terminates its current immediately. The simulation results in 65-nm CMOS technology confirm that the proposed technique improves the energy consumption and speed of the NCS by 49% and 2.1X compared with the typical NCS.

    Keywords: current mirror, energy consumption, magnetic tunnel junction, memristor, neuromorphic computing system, spintronic
  • Ali Madanimohammadi, Mohammadali Abbasian, Majid Delshad, Hadi Saghafi Pages 99-108

    In recent years, metropolises around the world have seen a declining trend in the air quality index. Much of this pollution is related to public transportation. Upgrading public transportation can be a way out of this impasse. Due to environmental concerns, it is recommended to switch from conventional diesel buses to electric buses, which have several benefits in terms of reducing pollution, noise and fuel. In this paper, a high power induction switched reluctance motor used in a city electric bus is studied. The stator and rotor structure of this electric car is non-segmental. The structure is such that a short magnetic flux path is created in the rotor and stator core. As a result, high torque is produced with low losses. Since the electric motor has a very high power, it therefore requires a large amount of permanent magnets, so it is desirable that the electric motor in the electric bus does not have a permanent magnet. Here is a three-phase induction switched reluctance motor with a power of 220 kW, with 6 stator poles and 4 rotor poles. A two-dimensional finite element model is designed and its magnetic analysis is performed. The flux path, torque and efficiency of the induction switched reluctance motor are calculated and the results are presented.

    Keywords: electric bus, switched reluctance motor, finite element analysis, short flux path, torque
  • Massoud Emamdad, Ehsan Akbari, Shima Karbasi, Abbas Zare Ghaleh Seyyedi Pages 109-120

    Following the scarcity of non-renewable resources such as oil, gas and coal, more research is focused on the issue of high energy consumption and society's dependence on fossil fuels. The use of renewable energy and the development of microgrids can be necessary to reduce dependence on fossil fuels. Photovoltaic systems play a key role in microgrids as a source of renewable energy supply. In these systems, the output voltage of the cell is usually much lower than the voltage required by the DC bus, and as the output current increases, the amount of this voltage decreases significantly. Therefore, the presence of a step-up DC-DC converter with a wide input voltage range is necessary to connect the low-voltage cell source and the high-voltage DC bus connected to the inverter. In this paper, a new structure is presented for non-insulated DC-DC boost converters based on voltage lift technique. The proposed converter has a proper voltage gain at output and an acceptable voltage stress on switch and diodes in comparison with recent references. The proposed converter has a switch with easier control and high reliability due to the input source common point and the output load of the converter. Analysis of the voltage stress as well as selection of suitable elements along with converter analysis in continuous mode are performed and calculation validity is confirmed by presented laboratory results.

    Keywords: booster, dc-dc converter, efficiency, voltage gain
  • Hamirdreza Allafieh, Hosein Mohammadnezhad Shourkaei, Soodabeh Soleymani Morcheh Khorti Pages 121-142

    The development of electric vehicles (EVs) will increase power transmitted through the distribution grid. Such an effect leads to accelerated aging in grid equipment, including pole-top distribution transformers. In the form of preventive and corrective measures, it is possible to centrally manage the charging operations of a group of electric vehicles connected to a specific pole-top transformer (through the distribution system operator or an independent aggregator). This paper presents a centralized model to co-optimize transformer loss-of-life with benefits for charging and discharging management of consumers' electric vehicles. The proposed model is compared to the decentralized model, in which EV owners optimize their benefits without considering the damages to the transformers. The centralized and decentralized strategies were applied to a small local grid with a maximum number of 6 EVs connected to a local pole-top transformer and implemented and solved using GAMS software. The results show the benefits of the centralized strategy in balancing the grid assets, while consumers' arbitrage benefits are slightly reduced.

    Keywords: aggregator, arbitrage, centralized strategy, decentralized strategy, electric vehicle, transformer
  • Alireza Pourkhalili, Sayed MohammadAli Zanjani Pages 143-159

    Design of complex analog integrated circuits requires the appropriate choice of various design parameters such as MOSFET’s aspect ratio, compensation capacitance and load capacitance in a way that improves user’s desired parameters like gain, bandwidth, power dissipation and phase margin. Considering previous works, in this paper, a two-stage miller compensated operational amplifier with PMOS input pair is designed using artificial neural network. The inputs of the neural network are design parameters including DC gain, bandwidth, power dissipation and phase margin and in its output, the sizing of transistors and the amounts of reference current supply, compensation capacitance and load capacitance are acquired. In this design method, a sampling method based on parallel HSPICE simulations is employed for data acquisition from the 15-dimensional design space which results in simplicity and automation of the dataset collecting procedure and reduces the total sampling time and then this data is used for training the neural network model. In the next stage, a range sampling method is applied for making new designs from the trained model which has facilitated the design procedure and made the user-desired tradeoffs between different performance parameters of the operational amplifier possible. Moreover, if the amplifier performance figure of merit (FOM) is defined as the result of the multiplication of unity gain bandwidth and load capacitance divided by power consumption, the comparison between obtained designs of this paper’s proposed method and the results of some other methods applied for designing operational amplifiers with relatively similar topologies in previous works, indicates that this parameter has increased by 154% at the minimum.

    Keywords: analog design optimization, artificial neural network, electrical design automation, operational amplifier, performance modelling, trade-off