فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال هجدهم شماره 4 (پیاپی 59، زمستان 1399)

  • الف - مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1400/06/22
  • تعداد عناوین: 8
|
  • بهروز رضایی، آرش عابدی، علیرضا خسروی، مجید شهابی صفحات 209-220

    در این مقاله، یک طرح کنترلی جامع برای یک ریزشبکه DC مستقل، شامل توربین بادی متصل به ژنراتور سنکرون مغناطیس دایم، واحد ذخیره سازی انرژی الکتریکی و بارهای الکتریکی متغیر ارایه گردیده است. منابع انرژی از طریق مبدل های DC باک و باک- بوست به شین مشترک متصل می باشند. در لایه اول کنترلی کنترل کننده های توزیع شده محلی قرار دارند. این کنترل کننده ها به واسطه یک تحلیل پایداری لیاپانوف طراحی شده و علاوه بر تضمین پایداری، جریان و ولتاژ تزریقی به شبکه را از طریق کنترل تابع سوییچینگ مبدل ها تنظیم می نمایند. کنترل کننده های ثانویه به صورت نامتمرکز بوده و میزان مشارکت هر واحد را در تامین بار تعیین می نمایند. در این لایه کنترلی یک طرح کنترل کننده مدل پیش بین برای نیروگاه بادی پیشنهاد شده است و یک کنترل کننده تناسبی- انتگرالی با هدف تثبیت ولتاژ شین، مقادیر مرجع جریان را برای کنترل کننده محلی تعیین می نمایند. علاوه بر سادگی، سهولت در اجرا و سرعت عمل، استقلال کامل کنترل کننده های ثانویه و حداقل نیاز به بستر ارتباط داده در کنترل کننده های محلی و عدم نیاز به تغییر ساختار کنترلی در برنامه توسعه از ویژگی های مهم طرح کنترلی پیشنهادی می باشند. همچنین صحت عملکرد کنترل کننده ها با شبیه سازی در نرم افزار Matlab و برای موارد مطالعاتی مختلف مورد ارزیابی و تایید قرار گرفته اند.

    کلیدواژگان: ریزشبکه DC، کنترل مدل پیش بین، تحلیل پایداری لیاپانوف
  • الهه مداح، محمد لاری * صفحات 221-230

    در این مقاله، یک شبکه رادیوشناختگر ارایه داده ایم که شامل چند کاربر ثانویه و یک کاربر اولیه است. کاربران ثانویه با روش تحت پوشش، از طیف کاربر اولیه استفاده می کنند. کاربر اولیه نیز دارای عملکرد Successive Relay است. در Successive Relay با استفاده از دو رله نیمه دوطرفه به عملکردی مشابه رله تمام دوطرفه ولی با شدت تداخل بین رله ای کمتر می رسیم که باعث بهبود بهره طیفی می شود. همچنین با وجود اضافه شدن کاربران ثانویه، برای حفظ عملکرد صحیح کاربر اولیه و افزایش مجموع نرخ کاربران ثانویه، استفاده از عملکرد Successive Relay در کاربر اولیه را مطرح کرده ایم. در شبکه رادیوشناختگر نیز کاربران دارای تداخل هستند که برای حذف تداخل از ایده هم ترازسازی تداخل بهره گرفته ایم. در ادامه با در نظر گرفتن یک نرخ آستانه برای کاربر اولیه، حداقل توان لازم را برای منبع و رله به منظور تضمین کیفیت سرویس دهی کاربر اولیه به دست آورده ایم. یک مسئله تخصیص توان بیشینه سازی نرخ مجموع کاربران ثانویه ارایه کرده ایم و جواب بهینه را به فرم بسته به دست آورده ایم. همچنین یک مسئله بیشینه سازی بهره انرژی شبکه را طرح کردیم که در دو مرحله و با روش حل مسایل کسری، جواب های بهینه را به فرم بسته به دست آوردیم.

    کلیدواژگان: شبکه رادیوشناختگر، حذف تداخل، هم ترازسازی تداخل ها، تخصیص توان، کیفیت سرویس دهی
  • محمدرضا بنائی*، ابوالفضل نصیری، سید محمد علوی، شهرام حسین زاده صفحات 231-239

    در این تحقیق، یک مبدل فوروارد با کلمپ فعال تغییر فاز یافته برای راه اندازی لامپ مگنترون ارایه شده است . مبدل ارایه شده از نوع افزاینده و با بهره بالا می باشد. برای کاهش تنش ولتاژ کلید اصلی از ساختار کلمپ فعال استفاده شده است. به علاوه با استفاده از روش تغییر فاز کلید کلمپ، ضمن حفظ چگالی شار بیشینه هسته ترانسفورماتور قدرت، امکان افزایش زمان روشن بودن کلید اصلی فراهم می گردد. بدین ترتیب با یک هسته یکسان امکان افزایش انتقال توان به وجود می آید. لذا در یک توان یکسان حجم، وزن و قیمت هسته مورد استفاده کاهش می یابد. همچنین یک مدار تشدید سری شرایط کلیدزنی نرم را فراهم می کند.توان بیشینه و متوسط منبع تغذیه برای کمینه تلفات کنترل می گردد. منبع تغذیه، توانی در حدود kW 1 با متوسط توان در حدود W 250 را با تنظیم زمان فعال بودن مبدل تحویل می دهد. از مزایای دیگر مدار ارایه شده می توان به سادگی مدار قدرت، کاهش تعداد المان های کلیدزنی و کاهش تلفات کلیدزنی اشاره کرد. نتایج طراحی توسط نرم افزار PSCAD شبیه سازی و تایید شده است.

    کلیدواژگان: تشدید سری تغییر فاز، کلمپ فعال، لامپ مگنترون، مبدل فوروارد، هسته مغناطیسی
  • مریم رمضانی*، محبوبه اعتمادی زاده صفحات 240-248

    وجود پارامترهای نامطمین در سیستم قدرت چالش های فراوانی را برای طراحان و بهره برداران این سیستم ایجاد کرده است که از آن جمله می توان به مسئله خازن گذاری در حضور نیروگاه های بادی اشاره کرد. پاسخ مسئله به مقدار بار و خروجی نیروگاه بادی وابسته است که مقادیری نامطمین دارند. در این مقاله، از روش تیوری تصمیم گیری مبتنی بر شکاف اطلاعاتی برای مدل سازی عدم قطعیت در بار شبکه و خروجی نیروگاه بادی استفاده می شود. تابع هدف شامل هزینه بانک های خازنی و تلفات انرژی است که برای محاسبه تلفات انرژی از پخش بار مبتنی بر تبدیل بی بو استفاده شده است. پاسخ بهینه مسئله خازن گذاری بر اساس الگوریتم ژنتیک حاصل می شود. در نهایت کارایی روش بیان شده با انجام مطالعات عددی بر روی شبکه 33شینه IEEE مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: پخش بار احتمالی، تئوری تصمیم گیری مبتنی شکاف اطلاعاتی، جایابی بهینه خازن، عدم قطعیت، نیروگاه بادی
  • محمدفرزان صباحی*، سلیمان فرجی، امیررضا فروزان صفحات 249-256

    سیستم های چندورودی- چندخروجی (MIMO)، به ویژه سیستم های MIMO انبوه، با به کار گرفتن تعداد زیاد آنتن بازده طیفی بزرگی به دست می آورند. یک مسئله مهم در این سیستم ها شکل دهی پرتو است. اگر شکل دهی پرتو به صورت کاملا دیجیتال در باند پایه انجام شود، به ازای هر آنتن یک زنجیره RF لازم است که منجر به هزینه و مصرف توان بالا می شود. در شکل دهی پرتو کاملا آنالوگ، فقط یک زنجیره RF استفاده می شود و الگوی انتشار توسط شیفت دهنده های فاز تنظیم می شود ولی با این روش نمی توان بازدهی طیفی بهینه را ایجاد کرد. به همین دلیل روش های ترکیبی آنالوگ- دیجیتال برای شکل دهی پرتو مورد توجه هستند. در این مقاله، یک روش شکل دهی ترکیبی پرتو پیشنهاد می شود که در آن تعداد زنجیره RF مورد نیاز نسبت به حالت کاملا دیجیتال بسیار کمتر است. طراحی پیش کدگذار و فیلتر گیرنده بر اساس بیشینه کردن بازده طیفی انجام شده است. این هدف در فرستنده، با نزدیک کردن حاصل ضرب دو ماتریس شکل دهنده پرتو آنالوگ و دیجیتال به ماتریس شکل دهی پرتو بهینه (که حاوی بردارهای منفرد سمت راست ماتریس کانال است) و با یک روش تکراری برآورده می شود. معیار نزدیک بودن دو ماتریس، نرم فروبنیوس تفاضل در نظر گرفته می شود. در گیرنده، طراحی شکل دهنده ترکیبی پرتو به طریق مشابه و با استفاده از معیار کمترین میانگین مربعات خطا انجام می شود. همچنین برای بهبود روش، یک الگوریتم مبتنی بر گرادیان برای کمترکردن خطا پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی، برتری عملکرد روش پیشنهادی نسبت به روش های مشابه و همچنین پیچیدگی کمتر آن را نشان می دهد. بسته به سناریوی انتخابی، فاصله بازدهی طیفی روش پیشنهادی با روش بهینه به کمتر از dB 2 می رسد.

    کلیدواژگان: سیستم های چندورودی- چندخروجی، زنجیره RF، شکل دهی ترکیبی پرتو
  • مصطفی پروین، جواد احمدی شکوه *، حمیده دشتی خویدکی صفحات 257-262

    در این مقاله روشی برای تعیین محل تغذیه در یک آنتن هم موقعیت چندورودی- چندخروجی (MIMO) بر مبنای تیوری مود مشخصه ارایه می شود. از خاصیت تعامد جریان های مشخصه برای تعیین محل های بهینه تغذیه در آنتن مورد نظر استفاده می شود. ابتدا تحلیل مود مشخصه برای تعیین مودهای رزونانسی متعامد آنتن، انجام و سپس محل های بهینه تغذیه برای تحریک این مودها، تعیین می شود. همچنین با تغییر دامنه تحریک این مودها، شکل الگوی میدان دور آنتن را تغییر می دهیم. مشاهده می شود که تنها با تغییر دامنه تحریک مودهای متعامد آنتن و ترکیب آنها در فرکانس مورد نظر، شکل و پهنای پرتوی آنتن تغییر می کند.

    کلیدواژگان: تعیین محل تغذیه، مودهای مشخصه، دامنه تحریک، الگوی میدان دور
  • داریوش دیدبان*، وحیده خادم حسینی صفحات 263-267

    ترانزیستور تک الکترونی یک قطعه الکترونیکی در ابعاد نانومتر است که شامل سه الکترود فلزی و یک جزیره یا نقطه کوانتومی می باشد. جزیره می تواند از نانومواد کربنی مانند نوار نانومتری گرافنی انتخاب شود. تعداد اتم های کربن موجود در نوار نانومتری گرافنی بر سرعت عملکرد ترانزیستور و ناحیه انسداد کولنی تاثیر می گذارد. در این تحقیق، جریان ترانزیستور تک الکترونی با جزیره ای از نوار نانومتری گرافنی مدل سازی شده است. تاثیر عواملی از جمله تعداد اتم های کربن موجود در عرض نوار نانومتری گرافنی، طول نوار نانومتری گرافنی و ولتاژ اعمالی بر گیت روی جریان ترانزیستور بررسی شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهد که با افزایش تعداد اتم ها در عرض نوار نانومتری گرافنی، ناحیه انسداد کولنی در نمودارهای پایداری بار ترانزیستور کاهش می یابد. همچنین کاهش طول نوار نانومتری گرافنی و افزایش ولتاژ اعمالی بر گیت باعث کاهش ناحیه جریان صفر ترانزیستور می شود. افزایش تعداد اتم ها در عرض سه جزیره باعث افزایش ناحیه تونل زنی تک الکترون و بهبود عملکرد ترانزیستور می شود.

    کلیدواژگان: ترانزیستور تک الکترونی، تونل زنی، نقطه کوانتومی، نوار نانومتری گرافنی
  • زهرا ناصحی، نجمه نزهت * صفحات 268-272

    اخیرا فیلترهای رنگی برای تصویربرداری و پرینت رنگی با کیفیت و وضوح بالا، در مقیاس زیر طول موج به کار می روند. در این مقاله، یک فیلتر رنگی کاهشی بازتابنده با کنتراست رنگی عالی نشان داده شده است. در فیلتر پیشنهادی، نانومکعب های دی اکسید تیتانیوم با آینه های آلومینیومی در بالا و پایین نانومکعب ها مجتمع شده است. به دلیل ایجاد دوقطبی مغناطیسی در نانومکعب های دی اکسید تیتانیوم، یک تشدید در طیف مریی اتفاق می افتد که با تغییر اندازه ضلع نانومکعب ها، طول موج تشدید در تمام طیف مریی تنظیم می شود. پچ های آلومینیومی در دو طرف نانومکعب ها، باعث دستیابی به بازده بیش از 70% و پهنای باند کمتر از 35 نانومتر می شوند. فیلتر پیشنهادی نسبت به زاویه تابش خیلی حساس نیست، به طوری که با افزایش زاویه تابش از 0 تا 60 درجه، طول موج تشدید تغییر بسیار ناچیزی دارد و پهنای باند و بازده یکسانی را حفظ می کند. به علاوه، به دلیل هندسه متقارن، فیلتر پیشنهادی به قطبش موج ورودی نیز وابسته نیست. این مزیت ها عملکرد فیلتر پیشنهادی را در تصویربرداری و نمایشگرهای با روشنایی و وضوح بالا تسهیل می سازد.

    کلیدواژگان: فیلتر رنگی کاهشی، دوقطبی مغناطیسی، غیر وابسته به قطبش، غیر حساس به زاویه تابش
|
  • Arash Abedi, Behrooz Rezaie *, Alireza Khosravi Pages 209-220

    In this paper, a control scheme is presented for an isolated DC microgrid including wind turbine connected to permanent magnet synchronous generator, electrical energy storage unit, and variable electrical loads. Energy sources are connected to a common bus through DC buck and buck-boost converters. The local distributed controllers are located in the first control layer. These controllers are designed based on a Lyapunov stability analysis and thereby its stability is guaranteed. Moreover, the current and voltage, injected to the network, are adjusted by controlling the switching functions of the converters. The decentralized secondary controllers determine the contribution of the local units for supplying the local loads. In this control layer, a model predictive controller for the wind generation unit as well as a proportional-integral controller for preserving the bus voltage are proposed to determine the reference currents for the local controllers. In addition to the practical simplicity, complete isolation of the secondary controllers, minimum requirements to data transfer, and providing a control structure without any need to change in development plan are the important advantages of the proposed control scheme. The performance of the controllers is investigated and verified using the simulations in MATLAB software performed for different cases.

    Keywords: DC microgrid, Model predictive control, Lyapunov stability analysis
  • elahe maddah, Mohammad lari * Pages 221-230

    In this paper, we propose a cognitive radio network which consists of a number of secondary users and one primary user. The primary user utilized a successive relay performance. The successive relaying technique creates a full duplex relay performance by two half duplex relays, which improves spectral efficiency. In the presence of secondary users, we use successive relay technique in the primary user to ensure its acceptable performance. Also, the sum rate of secondary users is increased. The challenges of this network are inter-relay interference and inter user interference. The interference alignment method is utilized to eliminate the interferences in the successive relay technique and in the cognitive radio network. Besides, the minimum transmitted power of the primary user is derived to guarantee its quality of service requirement. Two power allocations algorithms are proposed to maximize the sum rate of secondary users and the energy efficiency of the network. In both power allocations algorithms, satisfying the quality of service of the primary user is considered. The closed-form solutions of these algorithms are studied. The fractional programing approach was employed to solve the energy efficiency optimization in two steps.

    Keywords: Cognitive radio network, successive relay, interference suppression, interference alignment, power allocation, quality of service
  • MohamadReza Banaei * Pages 231-239

    In this study, a forward converter with phased shifted active clamp is presented for the driving of magnetron lamp (4 kV, 300 mA, 1000 ±40 W).The presented converter is of a boost and high-gain type. To reduce the voltage stress, the active clamp structure is used. In addition, using the clamp switch phase shifted method, while the maximum flux density of the transformer core retains power, it is possible to increase the time the main key is turned on. Thus, with the same nucleus, the possibility of increasing power transmission is created. Therefore, in the same power, the volume, weight and price of the core used should be reduced.Also, a series resonance circuit provides soft switching conditions. Maximum and average power supply power is controlled for minimum losses. The power supply delivers about 1 kW with an average power of about 250 W by adjusting the time the converter is enabled. Other advantages of the proposed circuit include simply power circuit, reduction of the number of switching elements and reduction of switching losses. The design results have been simulated and verified by PSCAD software.

    Keywords: Active clamp, Forward converter, Magnetic core Magnetron lamp, Phased shifted Series resonance
  • M. Ramezani *, mahboobeh etemadizadeh Pages 240-248

    The presence of uncertain parameters in the power system has created many challenges for designers andoperators of the system including the problem of capacitors in the presence of wind power plants. The answer depends on the amount of load and output power of the wind power plant that has uncertain values. In this paper, the information gap based decision theory method is used model the uncertainty in load and output power of the wind power plant. The objective function includes the cost of capacitive banks and energy losses, used to of load Flow based on unscented transformation for calculate energy losses. A genetic algorithm is used to optimize the above problem. Finally, the efficiency of the proposed method has been investigated by carrying out numerical studies on the IEEE 33-bus network.

    Keywords: Optimal capacitor placement, uncertainty, wind power plant, Probabilistic load flow information gap decision theory (IGDT)
  • Pages 249-256

    MIMO systems, and particularly massive MIMO systems, achieve high spectral efficiency by using a large number of antennas. An important issue in these systems is beamforming. In fully digital baseband beamforming, an RF chain is required for each antenna, which leads to high cost and power consumption. In analog beamforming, only one RF chain is used and beamforming is performed by using phase shifters. This method does not provide optimal spectral efficiency and thus, analog-digital hybrid methods for beamforming are considered. In this paper, a hybrid beamforming method is proposed in which the required number of RF chains is much less than fully digital method. The precoder and receiver filter are designed by maximizing the spectral efficiency. To this end, the optimal beamforming matrix (which contains the right singular vectors of the channel matrix) is approximated by the product of two analog and digital beamforming matrices. This approximation is improved by an iterative method. The criterion for the proximity of the two matrices is considered to be the Frobenius norm of their differences. In the receiver, the design of the hybrid beamforming is performed in a similar way, using the mean squares error criterion. Also, to improve the method, a gradient-based algorithm is proposed to further reduce the error. The simulation results show the performance superiority of the proposed method over similar methods as well as its less complexity.

    Keywords: MIMO systems, RF chain, hybrid beamforming
  • Mostafa Parvin, J. ahmadi Shokouh *, Hamideh DashtiKhavidaki Pages 257-262

    In this paper, a procedure for feed placement in a collocated Multiple Input Multiple Output (MIMO) antenna is presented based on characteristic mode theory. The orthogonality of characteristic currents is used to determine optimal feed locations in the presented antenna. First, characteristic mode analysis is done to determine the resonance modes of the antenna; Then the optimal feed locations are determined to excite these orthogonal modes. Moreover, we modify the shape of the radiation pattern of the antenna by changing amplitude excitation of these modes. It is observed that only by changing amplitudes of the antenna modes and their composition at the desired frequency, the shape and the beam width of the antenna pattern is changed.

    Keywords: Feed locating, characteristic modes, excitation amplitude, far-field radiation pattern
  • D. Dideban *, Vahideh Khademhosseini Pages 263-267

    A single electron transistor is a nanoscale device comprised of three metallic electrodes and one island or quantum dot. The island can made of carbon nano materials like a graphene nanoribbon. The number of carbon atoms along the width of the graphene nanoribbon affect on the speed of transistor operation and coulomb blockade region. In this research, the current for a single electron transistor utilizing a graphene nanoribbon island is modeled. The impact of several parameters on the transistor current is investigated including the number of carbon atoms along the width, length of nanoribbon, and the applied gate voltage. The modeling results show that increasing the number of carbon atoms along the width of the nanoribbon results in reduced coulomb blockade region. Moreover, reducing the length of nanoribbon and increasing the applied gate voltage cause a decrease in the zero current range of the transistor. Increasing the number of atoms along the width of three islands also gives a boost in the electron tunneling region and thus, the transistor performance will be improved.

    Keywords: Single electron transistor (SET), tunneling, quantum dot, graphene nano-ribbon
  • Zahra Nasehi Pages 268-272

    Recently, color filters have been used for high quality resolution color imaging and printing in subwavelength scale. In this paper, a reflective subtractive color filter with excellent color contrast has been demonstrated. In the proposed filter, titanium dioxide nanocuboids have been integrated with aluminum mirrors at the top and bottom of them. Due to the creation of magnetic dipole in titanium dioxide nanocuboids, a resonance occurs in the visible spectrum, which the resonance wavelength could be tuned over the whole visible range through the adjustment of the nanocuboid side size. By utilizing aluminum patches on both sides of the nanocuboids, the efficiency of more than 70% and the bandwidth of less than 35 nm have been attained. The proposed filter exhibits high incident angular tolerance such that by increasing the incident light angle from 0 to 60 degree, the resonance wavelength has very poor variation and maintains the same bandwidth and efficiency. Also, the proposed filter is polarization-independent due to its symmetric geometry. These advantages facilitate the function of the suggested filter in imaging and displays with high brightness.

    Keywords: Subtractive color filter, magnetic dipole, polarization-independent, incidentangle-insensitive