Particle Swarm Optimization Algorithm
در نشریات گروه مکانیک-
مساله طراحی مکانیزم های چهارمیله ای، به عنوان ساده ترین و پرکاربردترین مکانیزم میله ای، همواره یکی از مسائل اساسی مطرح شده در حوزه طراحی مکانیزم می باشد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی و ابداع روش های بهینه سازی عددی و الگوریتم های فراابتکاری، امکان حل دقیق و بهینه مسائل با تعداد نقاط دقت بسیار بالا نیز فراهم شده است. سنتز تولید مسیر این مکانیزم نیز با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی مختلف و در حالت های متنوع طراحی حل شده است. برای درنظر گرفتن سرعت مکانیزم در عبور از نقاط دقت، مساله سنتز با زمان بندی معین در نظر گرفته می شود، که این مساله نسبت به مساله بدون زمان بندی معین سخت تر بوده و دارای خطای تولید مسیر بالاتری می باشد. در این پژوهش، برای حل مساله سنتز تولید مسیر مکانیزم چهارمیله ای با زمان بندی معین از تابع هدف جدیدی استفاده می شود که شامل دو جمله، خطای مسیر و خطای زاویه گیری، می باشد. استفاده از این تابع هدف جدید موجب کاهش خطای تولید مسیر برای مساله با زمان بندی معین می-شود. برای رسیدن به تابع هدف مدنظر، چهار حالت مختلف طراحی در نظر گرفته شده و نتایج آن ها، که با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات استخراج شدند، با هم مقایسه می شوند. نتایج حل این مساله برای سه مثال عددی با تعداد نقاط دقت مختلف نشان می دهد طراحی در حالت چهارم، که براساس تابع هدف جدید می-باشد، نسبت به همه حالات قبلی خطای تولید مسیر کمتری دارد.
کلید واژگان: مکانیزم چهارمیله ای، سنتز تولید مسیر، زمان بندی معین، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتDimensional Design of four-bar mechanisms, as the simplest and most widely used linkage, is always one of the main issues raised in the field of mechanism design. In the past, geometric and graphical analysis methods were used to design these mechanisms, but with the advancement of technology, numerical optimization methods, and meta-heuristic algorithms, it is possible to solve problems more precisely and consider a higher number of precision points. The path generation synthesis problem of this mechanism has been solved using different algorithms and in different design modes, including with and without prescribed timing, which the synthesis problem with prescribed timing is more difficult and has a higher path generation error. In this research, to solve the synthesis problem of four-bar mechanism path generation with prescribed timing, a novel objective function is utilized, which includes two terms, path error and angle error. This new objective function leads to a lower error for path generation with prescribed timing. Four different designs are considered and their results, where extracted by the PSO algorithm, are compared. The results of solving this problem for three numerical examples show that the design in the fourth state, which uses the new objective function, has fewer path generation errors.
Keywords: Four-bar mechanism, Mechanism Synthesis, Prescribed timing, Particle Swarm Optimization Algorithm -
بهره گیری از هوش مصنوعی برای پیش بینی مشخصات انتقال حرارت در صنایع مختلف، توانایی بهبود طراحی تجهیزات حرارتی، افزایش کارایی انتقال حرارت، بهینه سازی سیستم های خنک کننده، و کاهش مصرف انرژی را فراهم می کند. نوآوری و هدف مقاله حاضر، پیش بینی رفتار زمانی عدد نوسلت در مسئله ارتعاشات ناشی از جریان آشفته بر روی استوانه گرم شده که آزادانه در جهات طولی و عرضی نوسان می کند، می باشد. پیش بینی عدد نوسلت بر مبنای جابجای های عرضی و طولی استوانه در سه سناریوی مختلف شامل ورودی جابجایی در جهت ، ورودی جابجایی در جهت ، و در نهایت ورودی ترکیبی و انجام شده است. پیش بینی توسط شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت عمیق که معماری و ابرپارامترهای آن توسط الگوریتم ازدحام ذرات بهینه شده است، صورت گرفته است. نتایج نشان دهنده ی موفقیت شبکه های بهینه شده با ورودی های متفاوت می باشد؛ اگرچه دقت بالاتری در پیش بینی با ورودی های ترکیبی و بدست آمده است. ضریب همبستگی در بخش تست، برای شبکه های با ورودی ؛ با ورودی ؛ و با ورودی های و به ترتیب برابر با 0/967، 0/961، و 0/975 محاسبه شده اند. با بهره گیری از روش بکارگرفته شده در مطالعه حاضر، می توان مشخصات انتقال حرارت سازه های قرار گرفته در معرض جریان را پیش بینی نمود.کلید واژگان: عدد نوسلت، تعامل جریان و سازه، ارتعاشات ناشی از ریزش گردابه، شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتLeveraging artificial intelligence to forecast heat transfer characteristics across diverse industries holds significant potential for improving thermal equipment design, increasing heat transfer efficiency, optimizing cooling systems, and reducing energy consumption. The main contribution and purpose of the current study is predicting the Nusselt number in the context of turbulent flow-induced vibration around a heated cylinder experiencing unconfined oscillations along both streamwise and transverse axes. The anticipation of the Nusselt number relies on transverse and streamwise displacements of the oscillating cylinder and encompasses three distinct scenarios: displacement input in the x-direction, displacement input in the y-direction, and comprehensive amalgamation of both x and y inputs. This prediction is achieved through a sophisticated deep long short-term memory network, meticulously crafted and fine-tuned using a particle swarm optimization algorithm. The results highlight the effectiveness of the optimized networks across various inputs, with the highest predictive precision observed when employing combined x and y inputs. The correlation coefficients within the test segment are as follows: 0.967 for x input, 0.961 for y input, and 0.975 for combined x and y inputs. By applying the methodology elucidated in this study, the forecasting of heat transfer characteristics for structures subjected to fluid flow emerges as a feasible possibility.Keywords: Nusselt Number, Fluid-Solid Interaction, Vortex-Induced Vibration, Long Short-Term Memory Network, Particle Swarm Optimization Algorithm
-
در این مقاله یک کنترل کننده گام به عقب انتگرالی برای کنترل موقعیت سیستم کوادروتور ارایه شده که با استفاده از الگوریتم هوشمند بهینه سازی ازدحام افزایشی ذرات، جهت بهینه سازی پارامترهای کنترلر طراحی شده مورد بررسی قرار گرفته است که در نهایت پارامترهای طراحی به منظور حصول پاسخ مطلوب بهینه بر روی کنترل کننده منظور شده اند. در ادامه به طراحی مسیر بهینه برای پرنده کوادروتور به کمک روش الگوریتمی تکاملی ازدحام ذرات و با در نظر گرفتن موانع از پیش تعیین شده در محیط سه بعدی پرداختهشده است، که امنیت پرواز کوادروتور را در محیط های سهبعدی از پیش شناخته شده تامین میکند، همچنین با در نظر گرفتن موانع محیطی، کوتاه ترین مسیر بین مبدا و مقصد به عنوان مسیر مطلوب کوادروتور مشخص میشود. در این مقاله علاوه بر بهینه سازی ضرایب کنترلر گام به عقب انتگرالی در جهت کاهش تلاش کنترلی ربات، به بهینه سازی مسیر حرکت کوادروتور پرداخته شده که هدف از این بهینه سازی، کاهش مصرف انرژی در حرکت ربات از مبدا به مقصد می باشد که در نهایت مسیر تولید شده توسط الگوریتم بهعنوان مسیر مطلوب پرنده به کنترل کننده گام به عقب انتگرالی بهینه شده داده شده و نتایج در محیط متلب شبیه سازی شده است.
کلید واژگان: کوادروتور، کنترل گام به عقب انتگرالی بهینه، تولید مسیر بهینه، الگوریتم ازدحام ذراتIn this paper, an intelligent integral Back-step controller is used to control the position of the quadrotor. Using a new strong particle swarm optimization algorithm, the optimal system response is Achieved by changing constant design values in the controller. Then, the optimal path for the quadrotor is designed using the algorithmic method of particle swarm and considering the predetermined obstacles in the three-dimensional environment, which ensures safety flight. Also, the shortest path between the origin and destination as the optimal path is determined. Finally, the path generated by the algorithm as the optimal path of planning. Thus, in addition to optimizing the control parameters in the controller, the quadrotor path is also optimized using the algorithm to minimize energy consumption from source to destination. Finally, by simulating the system in MATLAB environment, the system response to the desired input in a limited time was plotted and investigated.
Keywords: Quadrotor, Integral back-step controller, Path-planing, Particle swarm optimization algorithm -
تحقیق حاضر، به منظور مدل سازی و بهینه سازی عملکرد و ویژگی های انتشار آلایندگی یک موتور دیزل سوخت رسانی شده با امولسیون آب-دیزل حاوی نانوذرات چارچوب فلزی-آلی با استفاده از ترکیب سامانه استنتاج عصبی-فازی تطبیقی با الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO-ANFIS) انجام شده است. به منظور بهینه سازی پارامترهای عملکرد موتور و ترکیب سوخت از الگوریتم ازدحام ذرات چند منظوره (MOPSO) استفاده شده است. مقدار آب اضافه شده به امولسیون، بار موتور و غلظت افزودنی نانوذرات چارچوب فلزی-آلی به عنوان پارامترهای ورودی مدل در نظر گرفته شدند. مصرف سوخت ویژه ترمزی، بازده حرارتی ترمزی، CO، CO2، UHC، NOx و دوده به عنوان خروجی مدل در نظر گرفته شده اند. از 16 داده تجربی در فرآیند مدل سازی و بهینه سازی استفاده شده است. نتایج نشان داد مدل های توسعه یافته PSO-ANFIS با دقت کافی توابع هدف را پیش بینی می کند. بین تمامی داده های هدف و خروجی مدل های توسعه یافته تطابق خوبی وجود داشت. با توجه به نتایج بهینه سازی مشاهده شد که سوخت امولسیون آب-دیزل حاوی 27/26 ppm نانوذره چارچوب فلزی-آلی و 14/4 درصد وزنی آب تحت بار موتور 15/60 درصد از بار کامل دارای شرایط بهینه می باشد.
کلید واژگان: امولسیون آب-دیزل، نانوذرات چارچوب فلزی-آلی، سامانه استنتاج عصبی-فازی تطبیقی، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتThe present study aimed to model and optimize the performance and emission characteristics of a diesel engine fueled with water-diesel emulsions containing metal-organic framework nanoparticles using a combination of adaptive neural-fuzzy inference system with optimal algorithm particle swarm generation (PSO-ANFIS). The multi-purpose particle swarm algorithm (MOPSO) was used to optimize engine performance and fuel composition. Water inclusion rate, engine load, and metal-organic framework nanoparticle concentration were considered as input parameters of the model. Brake specific fuel consumption, brake thermal efficiency, CO, CO2, UHC, NOx, and smoke were considered as model outputs. Sixteen experimental data were used in modeling and optimization processes. The results showed that the developed PSO-ANFIS models could accurately predict the objective functions. There was a good agreement between all the target data and the output of the developed models. According to the optimization results, water-diesel emulsion fuel containing 26.27 ppm metal-organic framework nanoparticles and 4.14 wt% water under engine load 60.15% of the full-load operating level was found to be optimal conditions.
.Keywords: Water, diesel emulsion, Metal-organic framework nanoparticles, adaptive neuro-fuzzy inference system, Particle Swarm Optimization Algorithm -
در این مقاله، یک روش بهینه سازی مقاوم برای حل مسیله طراحی مسیر ماهواره بر در حضور عدم قطعیت ها با استفاده از الگوریتم قدرتمند بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) توسعه داده شده است. با توجه به وجود عدم قطعیت هایی چون نامعینی در مقادیر واقعی ضرایب آیرودینامیکی، نیروی تراست موتور و جرم در مرحله صعود یک ماهواره بر، دستیابی به مسیر بهینه ای که نسبت به این عدم قطعیت ها مقاوم باشد حایز اهمیت است، چراکه منجر به بهبود عملکرد پروازی، کاهش بار کاری سیستم هدایت-کنترل و افزایش قابلیت اطمینان ماهواره بر می شود. لذا برای این منظور، ابتدا مسیله بهینه سازی با بکارگیری معیار حداکثرسازی جرم محموله به عنوان تابع هزینه و معادلات حرکت سه بعدی به عنوان قیود حاکم بر مسیله درنظر گرفته شده است. سپس با اضافه کردن پارامترهای میانگین و انحراف استاندارد عدم قطعیت ها، مدل بهینه ساز مقاوم توسعه یافته و از الگوریتم مذکور جهت بهینه سازی عددی مدل مزبور استفاده شده است. همچنین به منظور تحلیل نتایج عدم قطعیت ها و بازخورد مستمر آن به مدل بهینه ساز، از دیدگاه مونت کارلو استفاده شده است. در نهایت مسیر بهینه ای به دست آمده که نسبت به عدم قطعیت های مزبور، مقاوم است. نتایج شبیه سازی حاصله، صحت این ادعا را نشان می دهد
کلید واژگان: بهینه سازی مقاوم، طراحی مسیر، عدم قطعیت، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، ماهواره برIn this paper, a robust optimization method is developed to solve the Satellite Launch Vehicle (SLV) trajectory design problem in the presence of uncertainties using a powerful Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Given the uncertainties such as uncertainties in the actual values of aerodynamic coefficients, engine thrust, and mass in the ascent phase of a SLV, it is important to achieve an optimal trajectory that is robust to these uncertainties; because it improves the flight performance, reduces the workload of the guidance-control system, and increases the reliability of the satellite. For this purpose, first the optimization problem is considered by using the criterion of minimizing the flight time of the SLV as a cost function, and three-dimensional equations of motion as constraints governing the problem. Then, by adding the mean parameters and the standard deviation of uncertainties in the cost function, a robust optimizer model is developed and the algorithm is used to numerically optimize the model. Monte Carlo's perspective has also been used to analyze the results of uncertainties and their continuous feedback to the optimization model. Finally, the optimal trajectory is obtained that is robust to the uncertainties. The resulting simulation results show the accuracy of this claim.
Keywords: Robust optimization, Trajectory design, Uncertainty, Particle swarm optimization algorithm, Satellite launch vehicle -
عیب یابی چرخ دنده ها به کمک روش های هوشمند یکی از موضوعات رایج در تحقیقات اخیر می باشد. در این مقاله، روش ترکیبی جدیدی بر پایه ی تبدیل موجک گسسته، استخراج ویژگی در حوزه زمان و ماشین بردار پشتیبان چند کلاسه (Multi-SVM) ارایه شده است. سیگنال های ارتعاشی در سه حالت سالم، لب پریدگی و ساییدگی دندانه جمع آوری شده اند. این سیگنال ها به کمک روش تبدیل موجک گسسته با توابع موجک مختلف تجزیه شده و مناسب-ترین سطح تجزیه به کمک مفهوم همبستگی متقابل انتخاب شده اند. با به کارگیری توابع آماری مختلف در حوزه ی زمان، بردار ویژگی متناظر با هر نمونه سیگنال استخراج شده است. برای تعیین وضعیت جعبه دنده از روش SVM از نوع «یک در برابر یک» استفاده شده است. شناسایی وضعیت یک جعبه دنده وابسته به نوع ویژگی های استخراج شده و چگونگی تنظیم پارامترهای SVM می باشد. از این رو، در این مطالعه برای شناسایی حساس ترین ویژگی ها به حضور عیب و نوع آن و تعیین پارامترهای بهینه روش SVM از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که با بهبود ماتریس ویژگی و روش طبقه بندی SVM، دقت شناسایی شرایط جعبه دنده به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.کلید واژگان: عیب یابی، تبدیل موجک، استخراج ویژگی، ماشین بردار پشتیبان چند کلاسه، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتIntelligent fault detection diagnosis methods are one of the common topics in recently investigations. In this paper, a new hybrid technique is presented based on discrete wavelet transform (DWT) and multi – class support vector machine (Multi-SVM). The considered vibrational signals are collected in three conditions: normal, chipped tooth and worn teeth. These signals are decomposed using DWT methods with different wavelet base functions and the most appropriate level of decomposition are selected by the cross - correlation concept. The feature vector for each sample is extracted using different time domain statistical functions. «One – against - one» support vector machine (SVM-OAO) is utilized for detecting the gearbox conditions. The condition recognition of a gearbox is depended on the extracted features type and setting the SVM parameters. Therefore, in this study, particle swarm optimization (PSO) is used for identifying the most sensitive features to the defect and its type and determining the optimal parameters of SVM method. The obtained results show that the identification accuracy of the gearbox conditions is significantly increased with improving the feature matrix and the SVM classifier method.Keywords: Fault Detection, wavelet transform, feature extraction, Multi Class Support Vector Machine, Particle swarm optimization algorithm
-
Reconfiguration of distribution networks by a series of switching operations is a simple and inexpensive way to improve reliability and reduce power losses, which without the addition of additional equipment to the network, makes optimal use of distribution systems. In this paper, optimal reconfiguration is proposed to improve reliability and minimize power losses as objective functions. To demonstrate the functionality and applicability of the proposed method, five states are defined based on the trade-off between buyer-seller. Particle swarm optimization (PSO) algorithm has been used to solve this problem. Then, the proposed method has been implemented on the Lorestan Distribution Network.Keywords: Reliability improvement, Power loss reduction, Particle Swarm Optimization Algorithm, Lorestan distribution network
-
طراحی خلبان خودکار مناسب برای چهارپره ها در نحوه حرکت پرنده و دنبال کردن مسیر مرجع تعیین شده بسیار اهمیت دارد. یکی از کنترل کننده های مناسب جهت طراحی خلبان خودکار ، کنترل کننده پیش بین می باشد که در میان روش های کنترل پیش بین، روش کنترل پیش بین تعمیم یافته شناخته شده ترین روش است. در طراحی خلبان خودکار قید بر روی ورودی ها و همچنین تاخیر در ارتباطات بایستی درنظر گرفته شود و چنانچه این دو موضوع در طراحی کنترل کننده لحاظ نشود، خلبان خودکار عملکرد درستی نخواهد داشت و ممکن است حتی به ناپایداری منجر شود. در این مقاله یک کنترل کننده مقید پیش بین تعمیم یافته با درنظر گرفتن تاخیر در داده های ورودی برای خلبان خودکار چهارپره ارایه شده است. همچنین، جهت تعیین پارامترهای کنترل پیش بین از روش فرا ابتکاری بهینه سازی انبوه ذرات استفاده شده است و این پارامترها به صورت بهینه تنظیم شده اند. در تنظیم پارامترهای کنترل پیشبین از تابع برازندگی بر اساس شاخص های عملکردی: زمان نشست، زمان اوج، میزان فراجهش و خطای حالت دایم استفاده شده است. مزیت این تابع برازندگی آن است که با تنظیم وزن های این تابع، می توان این شاخص های عملکردی کنترل کننده را تعیین نمود. همچنین، نتایج شبیه سازی نشان می دهد عملکرد کنترل کننده بر اساس تابع برازندگی تعریف شده نسبت به تابع برازندگی بر اساس انتگرال خطا بسیار بهبود داده می شود.کلید واژگان: خودخلبان چهارپره، کنترل پیش بین مقید، تاخیر در ارتباطات، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتDesigning the suitable autopilot for the quadrotors is very important in how the flight vehicle moves and follows the specified reference path. One of the suitable controllers for autopilot design is the predictive controller, which is the most well-known Generalized Predictive Controller method. In the autopilot design, constraints on inputs as well as communication delays must be taken into account, and if these two issues are not addressed in the controller design, the autopilot will not function properly and may even lead to instability. In this paper, a generalized predictive controller with consideration for delayed input data for a quadrotor autopilot is presented. Also, in order to determine the predictive control parameters, the Metaheuristic method, particle swarm optimization, has been used and these parameters have been optimally adjusted. In adjusting the controller parameters, the objective function is used based on the performance indicators such as settling time, peak time, overshoot, and steady-state error. By adjusting the weights of this function, the controller performance indicators can be determined. Also, the simulation results show that the controller performance based on the defined objective function is much improved compared to the cost function based on the integral of the error.Keywords: quadrotor autopilot, constrained model predictive control, communication delay, Particle Swarm Optimization Algorithm
-
Today, helicopters are widely used in various industries, including aviation and the military. Therefore, control and guidance of this device is of great importance. A 2-degree laboratory freedom helicopter is used to study small-scale helicopters. This device has much simpler dynamics and various experiments can be performed to check and control its condition. Based on these experiments, studies can be performed on more complex large-scale helicopter systems. In this research, while briefly introducing the 2_degree freedom helicopter, an appropriate controller is designed to improve its performance.The designed controller must be able to maintain its stabilityin tracking the inputs applied to it as a reference input, in the presence of external disturbances such as wind. Also, in case of uncertainty in system parameters such as weight changes, it should remain stable and track the applied inputs well.The controller designed in this study includes sliding mode control in which a neural network is used. In order to improve the results of the particle swarm optimization algorithm is used to determine the slip control parameters.
Keywords: Two-Degree Freedom Helicopter, Sliding ModeControl, Particle Swarm Optimization Algorithm, Neural Network -
در این مقاله، به مسئله هدایت در فاز میانی پرواز یک پرتابه با هدف تامین الزامات و محدودیتهای ورود به فاز آشسیانه یابی آن پرداخته شده است. این الزامات و محدودیتها معمولا برای سیستمهای ارزان قیمت که ملزم به افزایش برد خود شده اند بوجود می آید و شامل میدان دید، زاویه تقدم (زاویه دید) و زاویه پروازی (زاویه برخورد) پرتابه در کنار میزان تلاش کنترلی حاصله در فاز میانی است. بدیهی است که درصورت تحقق الزامات مزبور، میزان موفقیت ماموریت پرتابه افزایش می یابد. لذا با توجه به اهمیت مسئله و علیرغم کارهای متنوع و پراکنده ای که تاکنون انجام شده، در این تحقیق، ابتدا مسئله بهینه سازی هدایت فاز میانی پرتابه براساس تابع عملکرد متشکل از معیار تلاش کنترلی و همچنین مقادیر نهایی زاویه تقدم و زاویه پروازی در فاز میانی بعنوان توابع جریمه تعریف شده است. سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی توده ذرات، فرامین شتاب بهینه تولید شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی که با روش دیگر مقایسه گردیده، نشان از عملکرد مناسب الگوریتم مربوطه و قابلیت آن برای حل مدلهای پیچیده تر دارد.کلید واژگان: طراحی هدایت بهینه، فاز میانی، افزایش دقت، الگوریتم حرکت توده ذرات، تلاش کنترلی، زاویه دید، زاویه مسیر پروازIn this paper, the problem of guidance in the mid-course of a projectile’s flight has been addressed to meet the requirements and limitations of the homing phase. These requirements and constraints are usually for low cost systems that are required to increase their range, including the angle of priority (angle of view) and the flight path angle (the angle of impact) of the projectile along with the amount of control effort obtained in the mid-course. Obviously, if these requirements are met, the success of the projectile mission will increase. Therefore, considering the importance of the problem and despite the various and scattered works that have been done so far, in this research, first the mid-course guidance optimization problem of the projectile based on a performance function consisting of the control effort criterion, and also the final values of view angle and flight angle in the mid-course is defined as the penalty functions, respectively. Then, using the particle swarm optimization algorithm, optimal acceleration commands are generated. The simulation results compared with other methods show the proper functioning of the algorithm and its ability to solve more complex models.Keywords: Guidance Design, Mid-Course Guidance, increase the accuracy, Particle Swarm Optimization Algorithm, Control Effort, lead angle, flight path angle
-
در این پژوهش، با استفاده از تلفیق خروجی مغناطیس سنج ها و ژیروسکوپ های ارزان قیمت میکرو الکترومکانیکی، وضعیت پرتابه های با سرعت بالا با استفاده از فیلتر ذره ای ترکیب شده با الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات تخمین زده می شود. در سرعت های بالا ژیروسکوپ های ارزان قیمت سامانه های میکرو الکترومکانیکی دارای خطای زیادی هستند و مغناطیس سنج ها نیز به دلیل وجود میدان های مغناطیسی غیر از زمین دقت پایینی دارند. برای حل این مشکلات، تلفیق اطلاعات این دو حسگر برای تخمین وضعیت پیشنهاد می شود. به دلیل غیرخطی بودن معادلات دینامیکی و مشاهده باید از تخمین گر غیرخطی استفاده شود. فیلتر کالمن توسعه یافته با صرف نظر نمودن از جملات مرتبه بالای بسط تیلور خطایی را وارد محاسبات می نماید که این خطا در سامانه های غیرخطی سریع قابل صرف نظر نیست. فیلتر ذره ای برخلاف فیلتر کالمن، برای سامانه های غیرخطی نتایج خوبی دارد. بزرگترین ضعف این فیلتر، بار محاسباتی بالای آن است که باعث محدودیت کاربردش گشته است. برای کاهش مدت زمان انجام محاسبات فیلتر ذره ای از الگوریتم ترکیب شده فیلتر ذره ای با الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات استفاده شده است. نتایج شبیه سازی با استفاده از 100 نمونه آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است که نشان دهنده عملکرد مطلوب این الگوریتم در مسئله تلفیق اطلاعات ژیروسکوپ و مغناطیس سنج در تخمین زوایا است.کلید واژگان: الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات، تخمین وضعیت، ژیروسکوپ، فیلتر ذره ای، مغناطیس سنجIn this paper, the attitude of high-speed projectiles has been estimated usingdata fusion of magnetometer and Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) gyroscope. MEMS gyroscopes have the high error for high speed. Also, magnetometers have low accuracy due to the presence of Non-Earth magnetic fields. For this reason, data fusion of magnetometer and MEMS gyroscope have been suggested. Due to the nonlinearity of the system equations and observation, a nonlinear estimator must be used. The developed Kalman filter inserts an error by ignoring the high order sentences of Taylor's expansion, which cannot be ignored in fast nonlinear systems. Unlike the Kalman filter, the particle filter has good results for nonlinear systems. The biggest weakness of this filter is its high computational time, which limits its applicability. To reduce the computational time of particle filter, a particle swarm optimization algorithm has been used. The simulation results were evaluated using 100 samples of the test, which illustrates the desirable performance of the combined particle filter with the particle swarm optimization algorithm in the data fusion of gyroscope and magnetometer information in the estimation of angles.Keywords: particle swarm optimization algorithm, Attitude estimation, Gyroscope, Particle Filter, Magnetometer
-
In this paper, the model predictive control is designed to control the frequency in a micro grid in the island mode with respect to the disturbances entered into the system. One of the important issues in the micro grid is controlling the frequency in it. In case of turbulence in the micro grid, when the micro grid is connected to the network, and also in island mode, it changes the frequency of the system. The proposed micro grid is intended for three areas and in order to improve its efficiency, the particle swarm optimization algorithm is used to determine the controller parameters such as prediction horizon, control horizon, sampling time and etc…
Keywords: Micro Grid, Frequency Control, Particle Swarm Optimization Algorithm, Model Predictive Contro -
پایداری کوادروتور به دلیل دینامیک شدیدا غیر خطی از مهمترین مسایل پیش روی محققان در طراحی این ربات بوده است. در این مقاله ابتدا به طراحی یک کنترلرکلاسیک تناسبی- مشتق گیر به روش تنظیم با الگوریتم تکاملی ازدحام ذرات برای کنترل وضعیت پرنده پرداخته شده است. سپس به طراحی یک مشاهده گر غیر خطی برای تخمین حالتهای سرعت زاویه ای کوادروتور پرداخته شده است. در ادامه یک مشاهده گر شبکه عصبی با استفاده از داده های اموزشی استخراج شده از مشاهده گر غیرخطی اموزش داده شده است. با شبیه سازی کنترلر و مشاهده گر طراحی شده در محیط متلب، کارایی انها مشخص شده است.کلید واژگان: چهارپره، کنترلر کلاسیک PD، مشاهده گر شبکه عصبی، سیستم شبیه ساز چهارپرهIn this paper a neural observer is deigned to control a Quadrotor Drone. Quadrotor is a type of flying robot which can fly vertically and has a simple structure. This robot is one of the best models of flying robot that is considered by many researchers recently. Because of nonlinear dynamics of the system, Stability of the control process has an important role in this robot. In this study first, a PD controller is designed to track the desired state and stabilizing the quadrotor based on particle swarm optimization algorithm. Nonlinear observer is then synthesized in order to estimate the unmeasured states. Then a neural network observer is designed and trained based on data that extract of nonlinear observer. After that, simulation results are also provided in order to illustrate the performances of the proposed controller and observer. Finally In addition to simulation we have practically implemented these control and observer methods on a quadrotor test bench. Practical implementation results demonstrate the effectiveness of the presented method.Keywords: quadrotor, neural observer, PD control, Particle Swarm Optimization Algorithm, Practical Implementation
-
امروزه یکی از مقوله های مهم در علوم مهندسی، بهینه سازی طرح های جدید به منظور رقابت در عرصه ی بازار صنعتی می باشد. در صنایع هوافضا، وزن و عمر قطعات از معیارهای بسیار مهم طراحی می باشند. به عنوان مثال، مسئله بهینه سازی وزن گیربکس اصلی هلیکوپترها، توام با عملکرد و عمر خستگی قابل قبول آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، پارامترهای طراحی گیربکس اصلی هلیکوپتر آگوستا، با استفاده از سه روش مختلف بهینه سازی الگوریتم ژنتیکی (GA) ، اجتماع ذرات (PSO) و جستجوی گرانشی (GSA) تعیین شده اند. تابع هدف مسئله، جرم چرخدنده ها با قیود مختلف مبتنی بر محدودیت های هندسی می باشد. ضرایب اطمینان خستگی نیز مطابق روابط آگما (AGMA) در نظر گرفته شده اند. متغیرهای طراحی موجود شامل عرض چرخدنده ها به عنوان پارامتری پیوسته و مدول عمودی آنها به عنوان پارامتری گسسته می باشند. هرچند مقایسه ی نتایج بهینه سازی، حاکی از موفقیت هر سه روش در کمینه سازی حدود 23 تا 27 درصدی وزن گیربکس نسبت به طرح صنعتی موجود هستند اما الگوریتم جستجوی گرانشی نه تنها بهترین جواب بهینه از نظر وزن را به دست می دهد، بلکه بیشترین سرعت همگرایی را نیز داشته است.کلید واژگان: بهینه سازی وزن، خستگی، گیربکس هلیکوپتر، الگوریتم ژنتیکی، الگوریتم اجتماع ذرات، الگوریتم جستجوی گرانشیNowadays, one of the most important challenges in engineering sciences is optimization of the existing designs due to the competitive industrial market. In aviation industry, weight and life of components are important criterions in their design. As an example, optimizaing the weight of main gearbox of helicopters with acceptable performance and fatigue life are major concerns. In this paper, design parameters of Agusta helicopter main gearbox has been determined by three different optimization methods Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Algorithm (PSO) and the Gravitational Search Algorithm (GSA). The objective function is the weight of the gears with appropraiate constrains which are based on geometrical limitations. Alsosafety factors according to the AGMA standards are considered. The design parameters are gear width as a continuous variable and normal module as a discrete parameter. Comparison of the results show that all three optimization methods are able to minimize the weight of the gearbox in the range of 23 to 27% comparing with the existing one; but, GSA not only gives the best optimized solution it also has the highest convergence rate.Keywords: Weight Optimization, Fatigue, Helicopter Gearbox, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization Algorithm, Gravitational Search Algorithm
-
در این مقاله، تحلیل عددی انتقال حرارت جابجایی طبیعی توام با تابش سطحی در یک محفظه دو بعدی، به منظور یافتن موقعیت بهینه منابع حرارتی شارثابت مرزی برای مینیم سازی دمای سطح منابع حرارتی به کمک الگوریتم ازدحام ذرات انجام می شود. هوا به عنوان یک سیال تراکم ناپذیر و محیط درون محفظه شفاف و جریان سیال آرام و پایا در نظر گرفته می شود. سطوح محفظه نیز کدر، پخشی و خاکستری فرض می شود. معادلات حاکم با فرمول بندی تابع جریان و ورتیسیته با روش اختلاف محدود حل می شود. دمای ماکزیمم سطح منابع حرارتی و موقعیت منابع حرارتی به ترتیب به عنوان تابع هدف و متغیرهای طراحی انتخاب می گردد. نتایج نشان می دهد مقدار مینیمم دمای بی بعد ماکزیمم سطح منبع حرارتی با افزایش ضریب صدور یا عدد رایلی، کاهش می یابد. با افزایش عدد رایلی نیز موقعیت بهینه منابع حرارتی برای چیدمان با یک منبع حرارتی و دو منبع حرارتی به سمت کف نزدیک می شود. با افزایش ضریب صدور در هر عدد رایلی نیز موقعیت بهینه مرکز سطح منابع حرارتی به سمت مرکز نزدیک می شود و در چیدمان با دو و سه منبع حرارتی به یکدیگر نزدیک است.کلید واژگان: جابجایی طبیعی، تابش سطحی، منبع حرارتی شارثابت، بهینه یابی، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتIn this paper, the numerical analysis of the conjugate natural convection with surface radiation in a two-dimensional enclosure is carried out in order to search the optimum location of the boundary constant flux heat sources to minimize the temperature of the heat sources surface using the particle swarm algorithm. The air is considered as an incompressible fluid and a transparent media inside the enclosure with a steady and laminar flow regime. The surfaces of the enclosure are also considered to be opaque, diffuse and gray. The governing equations are solved using the stream function and vorticity formulation with the finite difference method. The maximum temperature and the location of heat sources are selected as the objective function and design variables, respectively. The results show that the minimum value of the maximum dimensionless temperature of the heat source decreases with the increase of emissivity or Rayleigh number. By increasing the Rayleigh number, the optimal location of heat sources shifts to the bottom for configurations with one or two heat sources. By increasing the emissivity in each Rayleigh number, the optimal value of the heat sources center location approaches to the center and in the configurations with two and three heat sources is close to each other.Keywords: Natural Convection, Surface Radiation, Constant Flux Heat Source, Optimal Search, Particle Swarm Optimization Algorithm
-
Functional electrical stimulation (FES) is the most commonly used system for restoring function after spinal cord injury (SCI). In this study, we used a model consists of a joint, two links with one degree of freedom, and two muscles as flexor and extensor of the joint, which simulated in MATLAB using SimMechanics and Simulink Toolboxes. The muscle model is based on Zajac musculotendon actuator and composed of a nonlinear recruitment curve, a nonlinear activation-frequency relationship, calcium dynamics, fatigue/recovery model, an additional constant time delay, force-length and force-velocity factors. In this study, we used a classic controller for regulating the elbow joint angle; a Proportional- Integral- Derivative controller. First, we tuned the PID coefficients with trial and error, and then a particle swarm optimization algorithm was used to optimize them. The important features of this algorithm include flexibility, simplicity, short solution time, and the ability to avoid local optimums. This PSO -PID controller uses particle swarm optimization algorithm to get the required pulse width for stimulating the biceps to reach the elbow joint to the desired angle. The fitness function was defined as sum square of error. The results for PSO -PID controller show faster response for reaching the range of the set point than the PID controller tuned by trial and error. However the PSO -PID is much better in terms of the rise time and the settling time, the PID tuned by trial and error has no overshoot. The time to reach the zero steady state error is half in PSO -PID in comparison to PID tuned by trial and error.Keywords: Functional Electrical Stimulation (FES), PID Controller, Particle Swarm Optimization Algorithm, Transverse Plane
-
در یک آزمون فراصوتی پژواک های بازگشتی از درون قطعه دارای اطلاعات مفید و ارزشمندی در مورد مشخصات هندسی و ریزساختاری قطعه هستند. این اکوهای فراصوتی را می توان با استفاده از مدل پالس گوسی، که دارای پنج پارامتر مستقل است، مدلسازی کرد. برای مدلسازی دقیق یک اکو، پارامترهای پالس گوسی باید هر چه دقیق تر از روی اکوی واقعی محاسبه شوند. الگوریتم های متفاوتی برای تخمین این پنج پارامتر وجود دارد. در این پژوهش از سه روش بهینه سازی گوس-نیوتن (GN)، گروه ذرات (PSO)و الگوریتم ژنتیک (GA) برای این منظور استفاده خواهد شد و مزایا و معایب هر یک از این روش ها طی مثال هایی بررسی خواهد شد و در نهایت با ترکیب این الگوریتم ها مزایای یک الگوریتم، جایگزین معایب الگوریتم دیگر خواهد شد. در مورد سیگنال هایی که دارای چندین پژواک فراصوتی هستند از اصل حداقل طول توصیف (MDL) برای تخمین تعداد اکوها استفاده شده است و برای تسهیل تخمین پارامترهای تمامی پژواک ها از الگوریتم بیشینه سازی امید تعمیم یافته با فضای تناوبی (SAGE) استفاده خواهد شد. برای ارزیابی کارآیی الگوریتم ها نیز سیگنال های شبیه سازی شده و آزمایشی در حالت هایی که اکوها همپوشانی داشته و یا بدون همپوشانی هستند مورد بررسی قرار خواهد گرفت. الگوریتم ترکیبی در تمامی شرایط مورد مطالعه بهتر از الگوریتم های منفرد عمل نموده است.
کلید واژگان: آزمون فراصوتی، پردازش سیگنال، الگوریتم گوس، نیوتن، الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات، الگوریتم ژنتیکThe echoes obtained from ultrasonic testing of materials contain valuable information about the geometry and grain structure of the test specimen. These echoes can be modeled by Gaussian pulses in a model-based estimation process. For precise modeling of an echo, the parameters of the Gaussian pulse should be estimated as accurately as possible. There are a number of algorithms that can be used for this purpose. In this study, three different algorithms are used: Gauss-Newton (GN), particle swarm optimization (PSO), and genetic algorithm (GA). The pros and cons of each of these three algorithms are reviewed and by combining them, the benefits of each algorithm are used while its shortcomings are avoided. For signals containing multiple echoes, the minimum description length (MDL) principle is used to estimate the numbers of required Gaussian echoes followed by space alternating generalized expectation maximization (SAGE) technique to translate it to separate echoes and to estimate the parameters of each echo. The performance of the proposed algorithms for simulated and experimental signals with overlapping and non-overlapping echoes is evaluated and shows to be quite effective.Keywords: Ultrasonic Testing, Signal Processing, Gauss, Newton Algorithm, Particle Swarm Optimization Algorithm, Genetics Algorithm -
نشریه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک، سال هفتم شماره 2 (پاییز 1393)، صص 65 -75نیاز به شبیه سازی الگوی حرکت پای انسان محققان و مهندسان را به سوی ارائه الگوهای متفاوت برای توصیف این حرکت کرده است. در این میان راه حل های بهینه از لحاظ مصرف انرژی و دقت و غیره از اهمیت بالایی برخوردارند. در این مقاله تلاش شده تا با طراحی یک مکانیزم کاملا دو بعدی شش میله ای با یک درجه آزادی به گونه ای که کمترین خطا را با حالت طبیعی راه رفتن پای انسان داشته باشد، راه حل جدیدی ارائه داده شود. ضمن اینکه یافته های این مقاله فرآیندی برای بهینه سازی مکانیزم های چندمیله ای ارائه می کند تا بتوان آن را در هر زمینه ی دیگری مانند ساخت پروتز پای انسان بکار برد.
در اینجا از الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات استفاده شد. نتایج کار حاصل از بهینه سازی با داده های آزمایشگاهی پای انسان مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که مکانیزم شش میله ای پیشنهادی، ضمن بهینه کردن بسیاری از پارامترهای حرکتی به خوبی قادر به شبیه سازی حرکت پای انسان است.
The need for simulation of human foot mechanism has made researchers and engineers move towards different patterns to describe this movement. In this regard, optimal solutions such as energy consumption, accuracy, etc. are of utmost importance. In this paper, efforts have been made to present a new solution by designing a fully two-dimensional six-bar mechanism with one degree of freedom so that it has the least error with regard to human foot while walking. Meanwhile, the findings of this paper present a process for the optimization of multi-bar mechanisms so that they can be employed in any other field such as making human foot prosthesis. Here, the particle swarm optimization algorithm was used. The results from the optimization were compared with experimental data regarding human feet. The results show that while optimizing many motor parameters, the proposed six-bar mechanism is able to simulate the movement of the human foot very well.Keywords: Human foot biomechanics, Inactive dynamics, Six, bar mechanism, Particle swarm optimization algorithm, Kinematic analysis -
Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production, Volume:3 Issue: 2, Spring 2014, PP 5 -16Nowadays, by successful application of on time production concept in other concepts like production management and storage, the need to complete the processing of jobs in their delivery time is considered a key issue in industrial environments. Unrelated parallel machines scheduling is a general mood of classic problems of parallel machines. In some of the applications of unrelated parallel machines scheduling, when machines have different technological levels and are not necessarily able to process each one of the existing jobs in the group of jobs and in many of the industrial environments, a sequence dependent setup time takes place during exchanging jobs on the machines. In this research, the unrelated parallel machines scheduling problem has been studied considering the limitations of sequence dependent setup time of processing of jobs and limited accessibility to machines and jobs with the purpose of minimizing the total weighting lateness and earliness times. An integer scheduling model is proposed for this problem. Also, a meta-heuristically combined method consisting of Genetic algorithm and Particle swarm optimization (PSO) algorithm for its solutions is proposed. The obtained results of the proposed algorithm show that the proposed algorithm is very efficient especially in problems with large dimensions.Keywords: Unrelated parallel machines scheduling, Sequence dependent setup time, Genetic Algorithm, Particle swarm optimization algorithm
-
با توجه به دینامیک غیرخطی رباتهای متحرک چرخدار و حضور عدم قطعیت از کنترل مود لغزشی استفاده می شود. با این وجود، کنترل مود لغزشی با مشکل انتخاب حدود عدم قطعیت و وجود لرزش سیگنال کنترل مواجه است که عملکرد سیستم کنترل را تضعیف می نمایند. برای بهبود عملکرد، این مقاله کنترل نوین مود لغزشی تطبیقی را ارائه می نماید. نوآوری مقاله در ارائه مدل جدیدی از ربات در فضای حالت و بکارگیری رویکرد کنترل ولتاژ است. موتورها نیز در سیستم رباتیک منظور شده اند. در طرح های قبلی که مبتنی بر رویکرد کنترل گشتاور هستند دینامیک موتورها لحاظ نشده اند. در طرح پیشنهادی، حدود عدم قطعیت به صورت تطبیقی تعیین می گردد و لرزش سیگنال کنترل بهبود می یابد. روش پیشنهادی مبتنی بر تئوری پایداری لیاپانوف بوده و پایداری سیستم کنترل را تضمین می نماید. بعلاوه، از الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات، به منظور یافتن پارامترهای بهینه سیستم کنترل استفاده می شود. کنترل کننده نسبت به اغتشاش خارجی و دینامیک های مدل نشده نیز مقاوم است. نتایج شبیه سازی برتری روش پیشنهادی را نسبت به روش کنترل مود لغزشی مرسوم نشان می دهد.
کلید واژگان: کنترل مود لغزشی، کنترل مود لغزشی تطبیقی، ربات متحرک چرخدار، الگوریتم بهینه سازی گروه ذراتSliding mode control for wheeled mobile robots can be used due to their nonlinear dynamics and uncertainty. However، sliding mode control has the chattering problem and difficulties in finding the bounds of uncertainty which degrade the control performance. To improve the performance، this paper presents adaptive sliding mode control. The novelty includes a novel state-space model and using the voltage control strategy. The controller considers the motor dynamics whereas the previous approaches did not consider it by using torque control strategy. In the proposed design، the bounds of uncertainty are determined adaptively. As a result، the chattering problem is reduced. The proposed approach is based on the Lyapunov theory، thereby guarantees the stability of control system. In addition، the particle swarm optimization for finding the optimal design parameters is used. The proposed control approach is robust against the external disturbances and unmodeled dynamics. Simulation results show the superiority of the adaptive sliding mode control over the conventional sliding mode control.Keywords: Sliding mode control, Adaptive sliding mode control, Wheeled mobile robot, Particle swarm optimization algorithm
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.