فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال هجدهم شماره 1 (پیاپی 54، بهار 1399)

  • الف - مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1399/03/05
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمدرضا سلطانپور*، رضا غلامی صفحات 1-14

    در این مقاله، راهکارهایی برای کنترل سیستم ربات دوچرخ تعادلی در حضور عدم قطعیت های موجود در معادلات دینامیکی و بدون نیاز به معادلات سینماتیکی پیشنهاد می گردد. بدین منظور در ابتدا معادلات دینامیکی این سیستم به حوزه خطا انتقال داده می شود و سپس این معادلات به دو زیرسیستم فروتحریک و تمام تحریک کاملا مستقل تقسیم بندی می گردند. در ادامه برای کنترل زیرسیستم فروتحریک، دو کنترل کننده مد لغزشی کاملا متفاوت ارایه می گردد که قادرند این زیرسیستم را در حضور عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری دارای پایداری مجانبی سراسری نمایند. پس از آن برای کنترل زیرسیستم تمام تحریک نیز کنترل مد لغزشی پیشنهاد می شود که این زیرسیستم را در حضور عدم قطعیت های موجود دارای پایداری مجانبی سراسری می کند. از آنجا که این دو زیرسیستم کاملا از یکدیگر مستقل می باشند، بنابراین اثبات پایداری مجانبی سراسری آنها، اثبات پایداری مجانبی سراسری سیستم حلقه بسته را مهیا می سازد. جداسازی زیرسیستم های ربات دوچرخ تعادلی، نیاز به استفاده از معادلات سینماتیک را مرتفع نموده و این امر باعث می شود تا حضور عدم قطعیت های ساختاری تاثیری بر دقت ردگیری متغیرهای حالت سیستم حلقه بسته نداشته باشند. نهایتا برای بررسی عملکرد کنترل کننده های پیشنهادی و مقایسه نتایج عملکرد آنها، شبیه سازی هایی در 3 مرحله بر روی سیستم ربات دوچرخ تعادلی پیاده سازی می شود. اثبات ریاضی و نتایج شبیه سازی ها عملکرد مطلوب راهکارهای پیشنهادی را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: ربات دوچرخ تعادلی، کنترل مد لغزشی، عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری، معادلات سینماتیک
  • علی کریمی*، حسن اسماعیلی صفحات 15-24

    با ظهور بازارهای برق و ایجاد محیط رقابتی در سیستم های قدرت، تخصیص مناسب هزینه های انتقال بین کاربران شبکه (مصرف کنندگان و تولیدکنندگان) اهمیت زیادی دارد تا به سرمایه گذاری موثر در شبکه انتقال کمک کند. در این مقاله، روشی ترکیبی برای تخصیص هزینه خدمات انتقال بر اساس تاثیر تجهیزات انتقال در پایایی سیستم و ارزش تجاری آنها پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی، اولا منافع کاربران شبکه در بازار برق و به عبارتی دیگر، مبنای تجاری در تخصیص هزینه ها مورد توجه قرار گرفته است. ثانیا بر اساس تاثیر تجهیزات شبکه در پایایی سیستم شامل مولفه های امنیت و کفایت سیستم و نفعی که کاربران از این مولفه ها می برند، تخصیص انجام شده است. برای پیاده سازی روش پیشنهادی، ظرفیت هر تجهیز شبکه شامل خط و ترانسفورماتور به چهار بخش ظرفیت تجاری، ظرفیت برای پیشامد به منظور حفظ امنیت، ظرفیت برای آینده به منظور حفظ کفایت و ظرفیت نامعتبر تقسیم می شود. برای نشان دادن کارایی روش ترکیبی پیشنهادی، مطالعات عددی در شبکه های نمونه سه شینه و 30 شینه IEEE انجام و نتایج آن با روش های دیگر مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: بازار برق، تخصیص هزینه خدمات انتقال، ظرفیت تجاری، ظرفیت های پایایی، ظرفیت پیشامد، ظرفیت آینده
  • امیرحسین رجائی*، صابر زارع، محمدرضا خیراتی، محمد مردانه صفحات 25-35

    در این مقاله یک ساختار جدید از مبدل های DC-DC دوورودی و دوخروجی با بهره ولتاژ بالا مبتنی بر مبدل منبع امپدانسی T-Source ارایه شده است. کاربرد اصلی این مبدل برای اتصال به سیستم های انرژی های تجدیدپذیر می باشد. در این ساختار یک منبع ورودی پانل خورشیدی و دیگری یک باتری در نظر گرفته شده است. از مزیت های مبدل پیشنهادی می توان به بهره ولتاژ بالا، پیوسته بودن جریان ورودی، امکان جذب توان به صورت هم زمان و مستقل از باتری و پانل خورشیدی و بازدهی بالا اشاره کرد. مدهای عملکردی مبدل بررسی شده و معادلات حاکم بر آن در حالت پایدار به دست آمده است. شبیه سازی مبدل پیشنهادی انجام گردیده و یک نمونه آزمایشگاهی از مبدل ساخته شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی و ساخت با تیوری پیش بینی شده برای کار سیستم، عملکرد مناسب مبدل پیشنهادی را تایید می کند.

    کلیدواژگان: مبدل الکترونیک قدرت چندترمیناله، انرژی های تجدیدپذیر، مبدل منبع امپدانسی، شبکه امپدانسی T-Source، ردیابی نقطه ماکسیمم توان، روش Hill Climbing
  • هادی چهکندی نژاد*، محسن فرشاد، رمضان هاونگی صفحات 36-44

    در این مقاله یک تخمینگر نوین برای تخمین بلادرنگ تاخیر زمانی در سیستم های L.T.I. تک ورودی- تک خروجی، با تاخیر متغیر با زمان و نامعلوم در ورودی کنترلی ارایه شده است. واضح است که تابع تبدیل لاپلاس یک سیستم تاخیردار، شامل یک عامل تاخیر زمانی (عامل نمایی و غیر گویا) است. در این مقاله فرض بر این است که تنها پارامتر نامعلوم و متغیر با زمان در سیستم، پارامتر تاخیر زمانی سیستم است. در راستای طراحی تخمینگر پیشنهادی، ابتدا بایستی به منظور گویاکردن تابع تبدیل سیستم، از یک تقریب پده (Pade) برای عامل نمایی تاخیر زمانی استفاده شود. لذا تابع تبدیل جدید که تقریبی از تابع تبدیل اصلی سیستم است، شامل یک پارامتر (متغیر با زمان) تاخیر زمانی خواهد بود. پس از نوشتن یک تحقق فضای حالت، از تابع تبدیل مذکور و در نظر گرفتن پارامتر تاخیر زمانی به عنوان یک متغیر حالت اضافی، یک سیستم با معادلات حالت غیر خطی تولید خواهد شد. نهایتا با استفاده از یک فیلتر کالمن (خطی و توسعه یافته برای معادلات حالت خطی سازی شده و غیر خطی) حالت های این سیستم، از جمله تاخیر زمانی سیستم، پیش بینی می شوند. در پایان، نتایج شبیه سازی ها، عملکرد نسبتا مطلوب تخمینگر پیشنهادی در مواجهه با تاخیرهای متغیر با زمان و نامعلوم را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: فیلتر کالمن، سیستم های L، T، I، _ تاخیر زمانی متغیر در ورودی، عدم قطعیت، تخمینگر تاخیر
  • نوید تقی زادگان کلانتری*، امین نامور صفحات 45-53

    ریزشبکه، مجموعه ای از منابع تولیدکننده انرژی و مصرف کننده های محلی است که می تواند با هزینه کم و قابلیت اطمینان زیاد بهره برداری شود. در این مقاله، یک مدل چندهدفه مقاوم برای کاهش هزینه های بهره برداری و انتشار کربن پیشنهاد شده است که در آن، یک ریزشبکه هوشمند از یک توربین بادی و میکروتوربین برای تغذیه بارهای متصل به خود بهره می گیرد. همچنین در این ریزشبکه از یک باتری برای ذخیره انرژی الکتریکی در ساعت های کم باری و تحویل انرژی در ساعت های پرباری استفاده شده است. از طرف دیگر این ریزشبکه متصل به شبکه اصلی است و می تواند با آن تبادل انرژی کند. مصرف کننده های متصل به این ریزشبکه به دو گروه تقسیم می شوند. گروه اول، بارهای غیر قابل کنترل با الگوی بار ثابت و گروه دوم، بارهای قابل کنترل هستند که مصرف انرژی مشخصی دارند و زمان بهره برداری از آنها قابل کنترل است. مدل پیشنهادی، یک مسئله برنامه ریزی خطی آمیخته با عدد صحیح است و با حل کننده CPLEX در نرم افزار GAMS شبیه سازی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند زمانی که قیمت برق شبکه کم است، عمده بارها توسط برق شبکه تغذیه می شوند و زمانی که قیمت برق زیاد است بارها توسط میکروتوربین، باتری و توربین بادی تغذیه می شوند.

    کلیدواژگان: ریزشبکه هوشمند، انتشار کربن، بارهای قابل کنترل، توربین بادی، باتری، میکروتوربین
  • فاطمه صالحی، محمدحسن مجیدی*، ناصر ندا صفحات 54-60

    مزایای فراوان فناوری مالتی پلکس فرکانسی متعامد (OFDM) و انعطاف پذیری بالای آن باعث شده که در بسیاری از استانداردهای مخابراتی بی سیم مورد استفاده قرار گیرد. یکی از موارد موثر در افزایش کارایی سیستم های بی سیم، تخمین دقیق اطلاعات حالت کانال می باشد. تا کنون تکنیک های متنوعی برای تخمین کانال ارایه شده است. یک دسته از این تکنیک ها با استفاده از سیگنال دریافتی و اطلاعات آماری سیگنال های ارسالی و دریافتی سعی در تخمین کانال دارند که پیچیدگی بالا و عملکرد نسبتا ضعیفی دارند. دسته دیگر با ارسال سمبل های پایلوت، در قبال صرف منابع با روش های ساده تخمین بهتری از کانال ارایه می دهند. در سال های اخیر، تکنیک های مبتنی بر الگوریتم های هوشمند مانند الگوریتم ژنتیک (GA) و بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) مورد توجه قرار گرفته اند. این روش ها قادرند با سربار پایلوت بسیار کم، تابع انتقال کانال مربوط را با استفاده از سیگنال های دریافتی، به نحو مناسبی تخمین بزنند. محدودیت عمده این روش ها سرعت همگرایی نسبتا پایین آنهاست. در این مقاله یک روش ابتکاری برای تخمین کانال با استفاده از الگوریتم جستجوی گرانشی (GSA) پیشنهاد شده که در مقایسه با روش های GA و PSO قادر است تخمین دقیق تری از کانال ارایه دهد. این در حالی است که پیچیدگی محاسباتی آن در حد الگوریتم PSO بوده و برای دستیابی به برازش یکسان از سرعت همگرایی بالاتری نیز نسبت به آنها برخوردار است. عملکرد روش پیشنهادی برای تخمین یک کانال دومسیره با محوشدگی سریع بر اساس دو معیار نرخ خطای بیت (BER) و میانگین مربع خطا (MSE) ارزیابی شده و نتایج شبیه سازی موید برتری آن نسبت به روش های GA و PSO می باشد.

    کلیدواژگان: الگوریتم جستجوی گرانشی، بهینه سازی تابع، تخمین کانال OFDM، تخمینگر هوشمند کانال
  • سید وهاب الدین مکی*، سیده میترا رحمتی نژاد صفحات 61-66

    در این مقاله با استفاده از جایگذاری فیلتر پایین گذر در ساختار تقسیم کننده توان جیسل، یک تقسیم کننده توان با قابلیت حذف تا 9 هارمونیک در فرکانس کاری 930 مگاهرتز، طراحی، تحلیل و ساخته شده است. به منظور ارایه تحلیل گام به گام، ابتدا رزوناتور اولیه فیلتر پایین گذر مورد بررسی قرار گرفته و مکان اولین صفر انتقال آن محاسبه شده است. سپس با استفاده از تضعیفگرهای مستطیلی، پهنای باند قطع آن افزایش یافته است. پس از جایگذاری فیلتر طراحی شده در الگوی پیشنهادی جیسل، مدار نهایی ساخته شده و نتایج آن استخراج گردیده است. نتایج ساخت نشان می دهد که این مدار نسبت به مقسم توان نوعی جیسل دارای 79% کوچک سازی می باشد. به علاوه در فرکانس کاری، میزان تلفات بازگشتی دهانه 1، دهانه 2، ایزولاسیون و تلفات عبوری به ترتیب برابر 5/16، 17، 36 و 14/3 دسی بل می باشند.

    کلیدواژگان: تقسیم کننده توان، تقسیم کننده توان جیسل، تقسیم کننده توان ویلکینسون، فیلتر پایین گذر، فیلتر مایکروویو
  • مهدی وادی زاده* صفحات 67-72

    در ترانزیستورهای اثر میدان بدون پیوند سیلیکون بر روی عایق (SOI-JLFET)، آلایش سورس- کانال- درین از یک سطح و یک نوع است. بنابراین فرایند ساخت آنها نسبت به ترانزیستورهای اثر میدان مد وارونگی سیلیکون بر روی عایق آسان تر است. با این حال، شیب زیرآستانه (SS) زیاد و جریان نشتی بالا در SOI-JLFET، عملکرد آن را برای کاربردهای سرعت بالا و توان پایین با مشکل مواجه کرده است. در این مقاله برای اولین بار استفاده از گیت کمکی در ناحیه درین SOI-JLFET برای بهبود SS و کاهش جریان نشتی پیشنهاد شده است. ساختار پیشنهادشده "SOI-JLFET Aug" نامیده می شود. انتخاب بهینه برای تابع کار گیت کمکی و طول آن، سبب بهبود هر دو پارامتر شیب زیرآستانه و نسبت جریان روشنی به جریان خاموشی نسبت به ساختار اصلی، Regular SOI-JLFET شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد ساختار SOI-JLFET Aug با طول کانال nm 20، mV/dec 71 ~ SS و نسبت 1013 ~ ION/IOFF دارد. SS و نسبت ION/IOFF ساختار SOI-JLFET Aug نسبت به ساختار Regular SOI-JLFET با ابعاد مشابه، به ترتیب 14% و سه دهه بزرگی بهبود یافته اند. افزاره SOI-JLFET Aug می تواند کاندید مناسبی برای کاربردهای دیجیتال باشد.

    کلیدواژگان: ترانزیستور اثر میدان بدون پیوند سیلیکون بر روی عایق، تاخیر ذاتی گیت، شیب زیر آستانه، گیت کمکی، نسبت جریان حالت روشن به جریان حالت خاموش
|
  • M. R. Soltanpour *, R. Gholami Pages 1-14

    In this paper, we proposed solutions for controlling the two-wheel self-balancing robot system in the presence of uncertainties in dynamical equation and without the need for kinematic equations. For this purpose, the dynamical equations of this system are initially transmitted to the domain of error, then these equations are divided into two independent subsystems, one of which is an under-actuated system and the other is fully actuated system. In order to control the under-actuated subsystem, two completely different sliding mode controllers are proposed that are able to provide this subsystem in the presence of structured and un-structured uncertainties with global asymptotic stability. Subsequently, in order to control the fully under-actuated subsystem, a sliding mode control is proposed to provide this subsystem in the presence of existing uncertainties with global asymptotic stability. Since these two subsystems are completely independent of each other, their global asymptotic stability proofs prove the global asymptotic stability of the closed-loop system. The separation of two-wheeled self-balancing robot sub-systems eliminates the need to use the kinematic equations, and this causes the presence of structured uncertainties to have no effect on the accuracy of tracing the closed-loop system state variables. Finally, to evaluate the performance of the proposed controllers and compare their performance results, three-stage simulations are implemented on the two-wheeled self-balancing robot system. Mathematical proofs and simulation results show the desired performance of the proposed solutions.

    Keywords: Two-wheeled self-balancing robot, sliding mode control, structured, un-structured uncertainties, keynematic equations
  • Hassan Esmaili Pages 15-24

    With the advent of electricity markets and the creation of a competitive environment in power systems, proper allocation of transmission cost among network users (consumers and producers) is essential to help the investment of transmission network, effectively. In this paper, a hybrid method for transmission cost allocation based on the effect of transmission facilities in system reliability and their merchant value is proposed. In the proposed method, first, the users' benefit in the electricity market and in other words, the merchant benchmark in cost allocation has considered. Second, cost allocation considering the effect of facilities in system reliability which are consist of factors of system security and adequacy and the benefit of users with these factors is done. For the implementation of the proposed method, the capacity of all facilities includes lines and transformers are divided into four sections consist of merchant capacity, contingency capacity for maintaining security, future capacity for maintaining adequacy and invalid capacity. The numerical results in a 3-bus and the IEEE 30-bus test system are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed method and compare to other methods.

    Keywords: Electricity market, transmission cost allocation, merchant capacity, reliability capacities, contingency capacity, future capacity
  • saber zare, A. Rajaei*, M. R. Kheyrati, M. Mardaneh Pages 25-35

    A new structure of multi-port DC-DC converter is proposed which is based on T-Source converter. It can be used for hybrid renewable energy applications. Two input ports includes a solar panel and battery. The main advantages of the converter are including; high voltage gain, continuous input current, independent mode operation of input ports, and high efficiency. Different switching modes are discussed in the relations for steady state operation of the converter are derived. A prototype of the converter is provided and several tests are performed which validates the simulations and theoretical predictions of the converter.

    Keywords: Multi-port power electronic converterMulti-port power electronics converter, renewable energy, impedance source inverter, T-source inverter
  • Hadi Chahkandi Nejad*, mohsen Farshad, Ramazan Havangi Pages 36-44

    In this paper, a novel observer is designed for online time delay estimation, in SISO linear systems, with variable and unknown time-delay in control input. It is clear that Laplace transfer function of a delayed system includes a time-delay operator (exponential and non-rational). In this article, it is assumed that the only unknown and variable parameter in the system is the system’s time-delay. For designing the proposed observer, first, a Pade approximation is used for exponential operator of time delay to rationalize the system transfer function. Therefore, the new transfer function, which is an approximation of the main transfer function of the system, will include a time-variant delay parameter. After rewriting a state space realization of the mentioned transfer function and considering time delay parameter as an extra state variable, a system with nonlinear state equations will be formed. Eventually, using a Kalman filter, the systems states, such as system time-delay, are estimated. Finally, simulations results show rather desirable performance of the proposed estimator in dealing with unknown and variable time-delays.

    Keywords: Input time delay, estimation, uncertainty, linear systems, Kalman filter
  • amin namvar, NAVID TAGHIZADEGAN KALANTARI* Pages 45-53

    The microgrid is a set of local energy producers and consumers that can be utilized with low cost and high reliability. In this paper, a robust multi-objective model is proposed to reduce operating costs and carbon emissions in which a smart grid utilizes a wind turbine and micro-turbine to feed its connected loads. The microgrid also uses a battery to store electrical energy in off-peak hours and to deliver energy in on-peak hours. On the other hand, it is connected to the main grid and can exchange energy with it. Consumers connected to this microgrid are divided into two groups. The first group is uncontrollable loads with certain load pattern and the second group is controllable loads that have certain energy consumption but can be controlled by the operating time. The proposed model is a mixed-integer linear programming problem and is simulated with the CPLEX solver in GAMS software. The results show that when the price of electricity is low, the loads are often supplied by grid electricity, and when the price of electricity is high, they are often fed by micro-turbines, batteries, and wind turbines.

    Keywords: Smart microgrid, carbon emission, controllable loads, wind turbine, battery, micro-turbine
  • F. Salehi, mohammadhassan majidi *, N. Neda Pages 54-60

    The abundant benefits of Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) and its high flexibility have resulted in its widespread applications in many telecommunication standards. One important parameter for improving wireless system’s efficiency is the accurate estimation of channel state information (CSI). In the literatures many techniques have been studied in order to estimate the CSI. Nowadays, the techniques based on intelligent algorithms such as genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO) have attracted attention of researchers. With a very low pilot overhead, these techniques are able to estimate the channel frequency response (CFR) properly only using the received signals. Unfortunately each of these techniques suffers a common weakness: they have a slow convergence rate. In this paper, a new intelligent and different method has been presented for channel estimation using gravitational search algorithm (GSA). This method can achieve accurate channel estimation with a moderate computational complexity in comparison with GA and PSO estimators. Furthermore, with higher convergence rate our proposed method is capable of providing the same performance as GA and PSO. For a two-path fast fading channel, simulation results demonstrate the robustness of our proposed scheme according to the bit error rate (BER) and the mean square error (MSE).

    Keywords: Gravitational search algorithm, function optimization, OFDM channel estimation, intelligent channel estimator
  • Pages 61-66

    In this article, by replacing lowpass filter in Gysel power divider configuration, a power divider with 9 harmonic suppression capability at 930 MHz has been designed analyzed and fabricated. To provide a step by step analysis, the basic resonator of the proposed lowpass filter has been firstly investigated and the location of the first transmission zero of it has been calculated, then, its stopband is extended by using rectangular suppressor. After replacing the designed filter in Gysel configuration, the final circuit has been fabricated and measured. The measured results indicate that the final circuit has 79% size reduction in comparison with a conventional Gysel power divider. Moreover, first port return loss, the second port return loss, the isolation and insertion loss are 16.5, 17, 36, 3.14 dB, respectively.

    Keywords: Power divider, Gysel power divider, Wilkinson power divider low-pass filter, microwave filter
  • M. Vadizadeh* Pages 67-72

    Silicon on insulator junctionless field effect transistor (SOI-JLFET) includes a single type doping at the same level in the source, channel, and drain regions. Therefore, its fabrication process is easier than inversion mode SOI-FET. However, SOI-JLFET suffers from high subthreshold slope (SS) as well as high leakage current. As a result, the SOI-JLFET device has limitation for high speed and low power applications. For the first time in this study, use of the auxiliary gate in the drain region of the SOI-JLFET has been proposed to improve the both SS and leakage current parameters. The proposed structure is called "SOI-JLFET Aug". The optimal selection for the auxiliary gate work function and its length, has improved the both SS and ION/IOFF ratio parameters, as compared to Regular SOI-JLFET. Simulation results show that, SOI-JLFET Aug with 20nm channel length exhibits the SS~71mV/dec and ION/IOFF~1013. SS and ON-state to OFF-state current (ION/IOFF) ratio of SOI-JLFET Aug are improved by 14% and three orders of magnitudes, respectively, as compared to the Regular SOI-JLFET. The SOI-JLEFT Aug could be good candidate for digital applications.

    Keywords: Silicon on insulator junctionless FET, intrinsic gate delay, subthereshold slope, auxiliary gate, ON-state to OFF-state current ratio