فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 49 (بهار 1401)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 49 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/31
  • تعداد عناوین: 9
|
  • سپهر معلم، رویا محمدعلی پوراهری*، غضنفر شاهقلیان، مجید معظمی، سید محمد کاظمی صفحات 1-20

    صنایع سنگ آهن اسپیدان یکی از صنایع پر مصرف برق در زنجیره تامین انرژی الکتریکی استان اصفهان به عنوان دومین قطب صنعتی کشور و یکی از تامین کنندگان اصلی مواد اولیه در زنجیره تامین صنایع فولاد کشور است. برنامه‏ریزی در یک زنجیره تامین انرژی الکتریکی با ابعاد بزرگ در فضایی پر از تردید و عدم قطعیت، با پیش‏بینی تقاضای انرژی الکتریکی آغاز می گردد. در این مقاله یک روش پیش بینی بلندمدت تقاضا در زنجیره تامین انرژی الکتریکی صنایع سنگ آهن اسپیدان اصفهان با استفاده از یک روش ترکیبی شامل تبدیل موجک، شبکه عصبی عمیق و تکنیک داده کاوی مبتنی بر ماشین یادگیری شدید پیشنهاد شده است. داده های مورد نظر در این مطالعه با توجه به اطلاعات ثبت شده از سیگنال تقاضای انرژی الکتریکی صنایع تولیدی سنگ آهن اسپیدان در یک بازه زمانی 40 ماهه و به صورت 24 ساعته استخراج و استفاده شده است. داده ها در بخشی از دوره مورد نظر ناشی از عدم تولید این صنعت در بازه مورد مطالعه منقطع بود به طوری که فقط 40 درصد از داده ها دارای مقدار و 60 درصد مابقی صفر یا ناهمگون بوده اند. این موضوع باعث نقص اطلاعات و بالا رفتن خطای پیش بینی در بخش اول الگوریتم پیشنهادی در خروجی شبکه عصبی عمیق تا 40 درصد شد. جهت بهبود پیش بینی و کاهش خطای ایجاد شده، با تکمیل مدل پیشنهادی با ماشین یادگیری شدید، امکان ایجاد یک مدل پیش بینی بهبود یافته برای انجام آموزش تحت نظارت میسر گردید. در نهایت نتایج به دست آمده با تکنیک های دیگری مانند ماشین بردار پشتیبان و درخت تصمیم گیری مقایسه شده است. نتایج بهبود و کاهش خطا و افزایش قابل توجه دقت روش پیشنهادی در پیش بینی بلند-مدت تقاضا در زنجیره تامین انرژی الکتریکی صنایع سنگ آهن اسپیدان را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: تبدیل موجک، یادگیری عمیق، ماشین یادگیری شدید، ماشین بردار پشتیبان، درخت تصمیم گیری، پیش بینی تقاضا، زنجیره تامین انرژی الکتریکی، میانگین درصد خطا
  • مهرداد رییسی، سید محمد کارگر دهنوی* صفحات 21-39
    با توجه به امکان وقوع عیب در عملگرهای هر سیستم صنعتی، نیاز به شناسایی و استفاده از یک ساختار کنترلی کمکی در راستای جبران عیب و حفظ سطح پایداری سیستم، استفاده از ساختار کنترلی تحمل پذیر عیب در صنعت یک مسئله ی ضروری به نظر می رسد. در این مقاله مدل راکتور همزن شیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفته که دارای مدل غیرخطی با خروجی های دما و ورودی گرمایش تانک های به هم پیوسته است. به منظور تخمین دینامیک های خروجی مدل از فیلتر کالمن خنثی استفاده می شود که به نسبت سایر تخمین گرها سرعت همگرایی مناسب و دقت بالاتری دارد. به منظور طراحی کنترل کننده از رویکرد کنترل پیش بین غیرخطی استفاده شده که در لحظاتی که عیب در سیستم وجود ندارد، میزان گرمایش مناسب برای دست یابی به دماهای مطلوب برای هر تانک را به سیستم اعمال می کند و نهایتا منجر به پایداری سیستم می گردد. در طرح پیشنهادی به منظور جبران عیب، از ر ویتگر مدلغزشی به منظور شناسایی عیب استفاده شده است. زمانی که عیب تشخیص داده شد، از یک کنترل کننده تناسبی-انتگرال گیر و مشتق گیر فازی به منظور کنترل خروجی با وجود عیب در سیستم استفاده می شود. شبیه سازی روش پیشنهادی در نرم افزار متلب و در حالت های کاری مختلف انجام شد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد مطلوب روش پیشنهادی در جهت جبران عیب است.
    کلیدواژگان: راکتور همزن شیمیایی، فیلتر کالمن خنثی، کنترل پیش بین، کنترل تحمل پذیر عیب
  • غلامرضا ایمانیان، محمدعلی پورمینا*، احمد صلاحی صفحات 41-57
    در دهه اخیر با هدف کاهش هزینه های نظارت محیطی، فرایند تجمیع داده مبتنی بر روش مشترک سنجش فشرده و یادگیری لغت نامه در شبکه های حسگر بی سیم مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله یک طرح نمونه برداری قطعی و غیرتصادفی برای استفاده در این روش تجمیع داده ارایه شده است. این طرح مبتنی بر برآورد کمیت اطلاعات متقابل داده حسگرها است که با نمونه برداری از تمام آنها در بخش کوتاهی از دوره جمع آوری داده به نام مرحله آموزش به دست می آید. در مرحله بعدی و اصلی دوره جمع آوری داده گره هایی نمونه برداری می شوند که بیشترین اطلاعات را درباره گره های نمونه برداری نشده در اختیار بگذارند. نتایج شبیه سازی ها با سیگنال های واقعی نشان می دهد که حتی زمانی که تعداد حسگرهای نمونه بردار تنها شامل 25 درصد از کل گره های شبکه است می توان به طور متوسط به بیش از 12 درصد صرفه جویی در مصرف انرژی نسبت به روش نمونه برداری مرجع دست یافت.
    کلیدواژگان: شبکه حسگر بی سیم، سنجش فشرده، جمع آوری داده، نظارت محیطی، یادگیری لغت نامه
  • مصطفی عباسی، مهدی نفر*، محسن سیماب صفحات 59-71

    امروزه استفاده از منابع تولید پراکنده به صورت متصل به شبکه رشد چشم گیری دارند، لذا مبدل های متصل به شبکه باید قابلیت خدماتی فراتر از تزریق توان به شبکه، از جمله حفظ پایداری شبکه را داشته باشند. در این مقاله استراتژی کنترل و مدیریت انرژی برای باتری، باد، فتوولتاییک و دیزل متصل به شبکه سه فاز با فعال کردن محدودیت جریان تحت خطاهای نامتعادل معرفی شده است. در این روش، جریان های تزریق شده به مقدار معین در طول خطاها محدود می شود. همچنین حالت عملکرد بدون ردیابی حداکثر نقطه توان (MPPT)برای مبدل نیز لحاظ شده است، این حالت در خطاهای شدید، زمانی که مبدل نمی تواند حداکثر توان سیستم را کنترل کند فعال می شود. لذا در ریزشبکه با وجود یک کنترل کننده ناظر مبتنی بر منطق فازی، عمل کنترل مبدل dc به dc دوطرفه باتری و مدیریت منابع تولید پراکنده انجام می شود. همچنین از کنترل کننده تناسبی رزونانسی به دلیل عملکرد مناسب آن، در این کار استفاده می شود. در حقیقت با استفاده از تولید جریان مرجع، جریان سینوسی با مقدار اعوجاج هارمونیک کل (THD) کمتر از 5 درصد تزریق می شود. نتایج نشان می دهد که استراتژی کنترلی همراه با مدیریت انرژی با چندین منبع تولید انرژی، اولا قادر است که با وجود خطای نامتقارن در شبکه بالادستی، ولتاژ لینک dc را در یک بازه قابل قبول حفظ و جریان خطا را محدود کند لذا عملیات عبور از خطا بدون عملکرد رله های حفاظتی به درستی انجام شده است و ثانیا در مقایسه با ریزشبکه با حضور فقط یک منبع تولید فتوولتاییک، روند تزریق توان اکتیو و راکتیو در شبکه بالادستی مطلوب تر است.

    کلیدواژگان: خطای ولتاژ، ریزشبکه، کنترل ناظر، مدیریت انرژی
  • روزبه حمزه ئیان، فربد رزازی*، علیرضا بهراد صفحات 73-89
    پیشرفت در دنیای دیجیتال، ما را به سمت توسعه ابزار بازجویی قانونی دیجیتال سوق می دهد. استفاده از روش های یادگیری ماشین برای شناسایی منبع چاپ یکی از زیر مجموعه های این حوزه بوده که درحال توسعه است. در این مقاله، روش جدیدی برای استخراج ویژگی های ثانویه بر پایه بردار هویت (i-vector) برای شناسایی منبع چاپ ارایه شده است. در روش پیشنهادی تنها با استخراج یک بردار i-vector با بعد کم به ازای هر صفحه بدون استفاده از روش بازشناسی نوری نویسه ها (OCR) و با حذف رای گیری اکثریت فرایند طبقه بندی تسریع شده است. به این ترتیب روش پیشنهادی در استخراج ویژگی ها مستقل از نوع و اندازه قلم نویسه ها و زبان متن است. ویژگی های ثانویه با افراز تصویر سند به تکه های کوچک تر و مدل سازی ویژگی های اولیه الگوی دودویی محلی (LBP) مربوط به ناحیه های تیره، مرز و روشن در فضاهای مجزا به دست می آید. مدل سازی ویژگی های اولیه نواحی مختلف در فضاهای مجزای متغیر کل چاپگر، امکان استخراج اطلاعات جداکننده کلاس ها از بافت چاپ باقیمانده در ناحیه روشن را برای افزایش دقت و صحت طبقه بندی مهیا می کند. در این مقاله تاثیر استفاده از بافت نواحی مختلف و تغییر ابعاد تکه بندی با استفاده از طبقه بند ماشین بردار پشتیبان (SVM) از طریق شبیه سازی به دقت بررسی شده است. نتایج شبیه سازی، نشان می دهد که تنها با پالایش ویژگی های اولیه LBP به صحت 05/99 درصد دست یافته ایم که بیشتر از آخرین پژوهش های این حوزه است.
    کلیدواژگان: بازجویی قانونی چاپگر، بردار هویت، تغییرات درون کلاسی، شناسایی منبع چاپ، فضای متغیر کل چاپگر
  • علیرضا نویدی، رضا صباغی ندوشن*، مسعود دوستی صفحات 91-101
    اتوماتای سلولی نقاط کوانتومی (QCA) با بهره گیری از پیشرفت های فن آوری نانو، بسیاری از محدودیت هایی که نیمه رسانا اکسید فلزی مکمل (CMOS) با آن روبرو شده بود را برطرف کرده است. مشخصه های نامطلوب همانند جریان های نشتی زیاد، طراحی های CMOS را در ابعاد نانو محدود می سازد. ایده ی طراحی سیستم های چند ارزشی منطقی (MVL) به جای دودویی استاندارد، برای بسیاری از طراحان جذاب شده است. کاربرد MVL در طراحی مدارهای دیجیتال، مزایای بسیاری نسبت به روش های مرسوم دارد. فلیپ فلاپ D یک مدار ترتیبی عمده در هر ثباتی است. در این مقاله، یک فلاپ فلاپ D چهار ارزشی مبتنی بر اتوماتای سلولی نقاط کوانتومی چهارچهاری (QQCA) معرفی شده و ساختار مدل چهارچهاری پیشنهادی شرح داده شده است. همچنین ما با استفاده از فلیپ فلاپ D چهارچهاری ارایه شده، یک ثبات 4 کوبیتی پیشنهاد کرده ایم. هر دو مدار توسط QCASim (نسخه چهارچهاری)، شبیه سازی و ارزیابی شده اند. QCASim می تواند نتیجه ی شبیه سازی را در قالب شکل موج و جدول صحت نمایش دهد. کار ما با سایر آثار منتشر شده مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مدار پیشنهادی از نظر تاخیر و مصرف انرژی کارآمد است.
    کلیدواژگان: اتوماتای سلولی نقاط کوانتومی چهار ارزشی (QQCA)، منطق چهارچهاری، فلیپ فلاپ D چهارچهاری، ثبات چهارچهاری، QCASim
  • مریم زارع پور، حامد دهدشتی جهرمی* صفحات 103-114
    آشکارساز نوری فلز-نیمه هادی-فلز از دو پیوند شاتکی و روزنه هایی برای جذب فوتون تشکیل شده و جریان تاریک کمی دارد. در این مقاله، به بررسی تاثیر مشخصات اتصال آلومینیومی بر جریان های تاریک و نوری و پاسخ نوری آشکارساز فلز- نیمه هادی-فلز (MSM) سیلیکنی پرداخته شده است. با توجه به روش رشد لایه فلزی، تابع کار یک فلز می تواند در یک بازه محدود تغییر کند. تاثیر تغییرات تابع کار آلومنیوم بر عملکرد آشکارساز مذکور مطالعه شده است. پس از تعیین تابع کار بهینه لایه فلزی، تاثیر ضخامت لایه آلومینیومی بر عملکرد آشکارساز بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد تابع کار و ضخامت لایه آلومینیوم تاثیر مستقیمی بر جریان تاریک، جریان نوری و پاسخ نوری قطعه دارد. تاثیر این دو مولفه بر پارامترهای آشکارساز نوری مذکور به نحوی است که می تواند ساختار را از حالت آشکارسازی خارج کرده و تبدیل به یک مقاومت الکتریکی نماید. بنابراین لازم است برای ساخت، با انتخاب روش لایه نشانی مناسب و ضخامت لایه فلزی مناسب، پارامترهای مذکور بهینه شوند. در این تحقیق برای یک آشکارساز نوری MSM با ساختار متقارن، تابع کار بهینه برابر با 26/4 الکترون ولت به دست آمد. توابع کار کمتر از این مقدار منجر به ایجاد اتصال اهمی بین لایه آلومینیومی و لایه سیلیکنی و توابع کار بیشتر از این مقدار منجر به ایجاد یک پیوند شاتکی با ولتاژ شکست بسیار کم در ناحیه بایاس معکوس می شود. همچنین بهترین ضخامت لایه آلومینیومی برابر با 1/1 میکرو-متر به دست آمد. این ضخامت منجر به بیشترین مقدار پاسخ نوری در آشکارساز مورد مطالعه می شود.
    کلیدواژگان: آشکار ساز نوری MSM، پاسخ نوری، جریان تاریک، جریان نوری، تابع کار
  • مهدی زنگنه، ابراهیم آقاجری*، مهدی فروزانفر صفحات 115-131
    : با افزایش نگرانی های زیست محیطی و کاهش سوخت های فسیلی، اهمیت تولید الکتریسیته توسط انرژی های تجدیدپذیر و جایگزینی آن با سوخت های مرسوم روز به روز بیشتر احساس می شود. از طرفی وابستگی انرژی های تجدیدپذیر به شرایط محیطی باعث شده استفاده از این انرژی ها با چالش هایی همراه باشد. یکی از این چالش ها مدیریت منابع انرژی بوده که در این تحقیق با طراحی یک کنترل کننده هوشمند فازی، مسئله ی مدیریت انرژی سیستم قدرت ترکیبی خانگی شامل انرژی خورشید، باتری و برق شبکه مورد توجه قرار گرفته و پیاده سازی آن در ابعاد آزمایشگاهی انجام شده است. در مطالعه ی پیش رو با به کار بردن برد آردوینو جهت مدیریت انرژی در سیستم قدرت ترکیبی، سعی بر آن بوده تا زمینه ی استفاده از این منابع در ابعاد واقعی و به صورت انبوه فراهم گردد همچنین مدل ریاضی اجزای سیستم قدرت ارایه شده، شبیه سازی سیستم با نرم افزار متلب انجام شده و توانایی مانیتورینگ زمان واقعی اطلاعات نیز به آن افزوده شده است. در انتها با اعمال شرایط آب و هوایی یک روز عادی بهاری تاثیر گذاری کنترل کننده هوشمند فازی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از روش پیشنهادی نسبت به عدم استفاده از آن باعث کاهش 60 درصدی استفاده از برق شبکه می گردد.
    کلیدواژگان: سیستم انرژی ترکیبی، کنترل مدیریت انرژی، انرژی تجدید پذیر، منطق فازی
  • نرگس ملک پور، محمدامین هنرور* صفحات 133-145
    در این مقاله، یک آنتن پاپیونی سر-آتش دو بیمی در باند فرکانسی موج میلیمتری (57-64 گیگاهرتز) طراحی شده است. به طوری که با معرفی یک ساختار جدید در چینش تیغه های متامتریالی پیشنهادی در صفحه افقی آنتن پاپیونی، دو بیم در 60 و 120 درجه تولید می شود. آنتن پیشنهاد شده از یک آرایه 2×3 از سلول های متامتریالی، که منجر به افزایش بهره و همچنین تولید دو بیم می شود، تشکیل شده است. برای تولید دو بیم در صفحه E-planeتیغه های متامتریالی نسبت به محور آنتن با زاویه ی 15 درجه کج شده و در مقابل آنتن پاپیونی جاسازی شده اند. این تک سلولی ها، قابلیت ایجاد دو تشدید را داشته که می توانند در راستای بهبود بهره در یک باند فرکانسی وسیع، نقش شایانی را ایفا نمایند. پرتوهای اصلی آنتن در صفحه E-planeدر 60 و 120 درجه دارای بهره ی 5/9 دی سیبل در فرکانس 60 گیگاهرتز است.طرح نهایی آنتن پیشنهادی، شبیه سازی و با تحلیل های پارامتری، مناسب ترین ساختار علیرغم حفظ سایر مشخصه های تشعشعی و ساختاری آنتن ارایه گردیده است.
    کلیدواژگان: آنتن با بهره ی بالا، آنتن دو بیمی، آنتن سر-آتش، تک سلولی متامتریالی ENZ، موج میلیمتری
|
  • Sepehr Moalem, Roya M. Ahari *, Ghazanfar Shahgholian, Majid Moazzami, Seyed Mohammad Kazemi Pages 1-20

    Espidan ironstone industries is one of the most consumed power industries in the electricity supply chain of Isfahan province as the second industrial hub of the country and one of the main suppliers of raw materials in the supply chain of the country's steel industry. Planning in a large-scale electricity supply chain, in a space full of uncertainty, is begin with electricity demand forecasting.In this paper, a hybrid long-term demand forecasting method in the electricity supply chain of Isfahan's ironstone industries using a combined data mining method including wavelet transform,deep learning and intensive learning machine is proposed. The used data in this study is according to the recorded information from the electrical energy demand signal of Espidan ironstone industries in a period of 40 months in the form of 24-hours. The data in a part of the study period due to the lack of production of this industry in some hours are interrupted. So that only 40% of the data had a value and the remaining, 60% were zero. This subject led to information deficiencies and increases the forecasting error up to 40% in the first step of the proposed algorithm. By completing the first step of the proposed model with intense learning machine (ELM) the forecasting error is reduced and it was possible to create an improved forecasting model for supervised training. Finally, simulation results are compared with other available approaches such as support vector machine and decision tree. The results show the improvement and reduction of error and a significant increase in the accuracy of the proposed method in long-term demand forecasting in the electricity supply chain of Espidan ironstone industries.

    Keywords: Wavelet Transform, deep learning, intensive learning machine, Support vector machine, Decision tree, demand forecasting, electrical supply chain, mean absolute percentage error
  • Mehrdada Raeiisi, Seyed Mohammad Kargar Dehnavi * Pages 21-39
    Due to the possibility of fault in any industrial system's actuators, using a fault-tolerant control structure to compensate for the fault and maintain the system stability seems necessary. In this paper, the Continuously Stirred Tank Reactor model is evaluated, which has a nonlinear model with temperature outputs and heating inlets of interconnected tanks. An Unscented Kalman filter is used to estimate the model's output dynamics, which has a suitable convergence speed and higher accuracy than other estimators. The nonlinear predictive control approach is used to apply the appropriate heating rate to the system to achieve the desired temperatures for each tank when there is no fault in the system. In the proposed design, to compensate for the fault, a sliding mode observer has been used to identify the fault. When a fault is detected, a fuzzy proportional derivative controller is used to control the system's fault. MATLAB software has been to evaluate the proposed method in different working modes of the reactor model. The simulation results show the good performance of the proposed method to compensate for the fault
    Keywords: Chemical Continuously Stirred Tank Reactor, Unscented Kalman Filter, Model predictive control, Fault-Tolerant control
  • Gholamreza Imanian, Mohammad Ali Pourmina *, Ahmad Salahi Pages 41-57
    In the last decade, to reduce the costs of environmental monitoring, the data aggregation based on the joint dictionary learning and compressive sensing technique in wireless sensor networks has been considered. In this article, a deterministic and non-random sampling design for use in this data aggregation method is presented. This method is based on estimating the amount of mutual information of sensor data and is obtained by sampling all of them in a short part of the data collection round named the training phase. In the next and main stage of the data collection period, only the nodes that provide the most information about the non-sampled nodes are scheduled to sample. Simulation results for real signals show that when the number of sampling sensors comprises still about 25% of the total network nodes, average energy savings of more than 12% can be achieved over a reference sampling method.
    Keywords: Compressive Sensing, Data aggregation, dictionary learning, Environmental Monitoring, Wireless Sensor Network
  • Mostafa Abbasi, Mehdi Nafar *, Mohsen Simab Pages 59-71

    Today, the use of distributed generation resources connected to the network has remarkable growth therefore network-connected to the converters must be able to provide services beyond the injection of power into network, including maintaining network stability. In this paper the control and management of energy for battery wind, photovoltaic and diesel connected to a three-phase network by activating the current limitation under unbalanced fault has been introduced. In this method injected currents are limited to a certain amount along the faults Also, the operation mode without tracking the maximum power point for the converter is included. This state is activated during severe faults, when the converter cannot control Maximum power of the system. Therefore, in a microgrid with, the operation of a fuzzy logic-based controller the transformation operation of DC to DC converter control is performed sparsely by two-way battery and distributed generation resources management. Also proportional resonance controller is used due to its proper performance. In fact, with the use of reference current generation, sinusoidal current with a total harmonic distortion (THD) value of less than 5% is injected. The results show that the control strategy along with energy management with multiple energy generation resources is able to limit and maintain DC link voltage within an acceptable range in addition to The existence of an asymmetric fault. Therefore, the fault crossing operation has been performed correctly without the operation of the protection relays and secondly in comparison with microgridsolely with the presence of one photovoltaic production source the process of injecting active and reactive power in the upstream network is more appropriate.

    Keywords: Voltage Fault, Microgrid, Supervisory Control, Energy management
  • Roozbeh Hamzehyan, Farbod Razzazi *, Alireza Behrad Pages 73-89
    Advances in the digital world are leading us to the development of digital forensic tools. The use of machine learning methods for source printer identification is one of the sub-fields of this area that is being developed. In this paper, a new method for extracting secondary features based on identity vector or i-vector to identify the print source is presented. In the proposed method, the classification process is accelerated only by extracting a low-dimension i-vector vector per page, without the use of optical character recognition (OCR) method, and by eliminating majority voting. Furthermore, the proposed method in extracting features is independent of the type and size of the font and the language of the text. Secondary features are obtained by splitting the document image into smaller patches and modeling the primary LBP features of the dark, border, and light areas in separate spaces. Modeling the primary features of different regions in separate total variability printer space makes it possible to extract class discriminator information from the remaining print texture in the bright area to increase classification accuracy. In this paper, the effect of using the texture of different regions and changing the patch dimensions using the SVM (Support Vector Machine) classifier through simulation has been carefully investigated. The simulation results show that only by refining the basic features of LBP we achieved 99.05% accuracy, which is more than the latest research in this field.
    Keywords: Printer forensics, i-vector, printer source identification, total variability printer space, inter-class variations
  • Alireza Navidi, Reza Sabbaghi-Nadooshan *, Massoud Dousti Pages 91-101
    Taking advantage of advances in Nanotechnology, the quantum-dot cellular automata (QCA) has overcome many limitations that complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) had been confronted. Undesirable characteristics such as too many leakage currents limit the CMOS designs in nano dimensions. The idea of designing multiple-valued logic (MVL) systems rather than standard binary has gotten attractive to many designers. The application of MVL in the design of digital circuits offers so many advantages over traditional methods. D flip-flop is a primary sequential circuit in any register. In this paper, a novel quaternary D flip-flop based on introducing quaternary QCA (QQCA) is presented. The structure of our quaternary model is clarified. Also, we have proposed a 4-qubits register by utilizing the presented quaternary D flip-flop. Both circuits got simulated and evaluated by QCASim (quaternary edition). QCASim can illustrate the simulation result in a truth table and a waveform format. Our work got compared with other published works. The simulation results show that our proposed circuit is efficient in terms of latency and energy consumption.
    Keywords: quaternary quantum-dot cellular automata, Quaternary logic, Quaternary D Flip-Flop, Quaternary register, QCASim
  • Maryam Zarepour, Hamed Dehdashti Jahromi * Pages 103-114
    Metal-Semiconductor-Metal photodetectors consist of two metallic contacts and an aperture for photon absorption. An MSM photodetector has low dark current, because one of the contacts is always in the reverse bias region. In this paper, we studied the impact of aluminum (metal contact) characteristics on the dark current, photocurrent, and photo-response of a silicon-based MSM photodetector. Metal work function has a small variation in different deposition processes. Impact of metal work function and layer thickness on the performance of MSM photodetector are studied. To this aim, an MSM photodetector is simulated and the dark current, photocurrent, and the photo-response of the structure are investigated. The analyses show that aluminum work function and thickness have a direct effect on the dark current, photocurrent, and photo-response of the photodetector which can change the structure from a photovoltaic to a photoconductive device if the mentioned parameters are not selected well. Therefore, these parameters should be optimized in the design stage. In this study, for a symmetric MSM photodetector, the optimal work function was achieved to be 4.26 eV. Work functions less than this value result in an ohmic contact between the aluminum layer and the silicon layer, and work functions more than this value result in a Schottky junction with a very low breakdown voltage in the reverse bias region which both regions degrade performance of the photodetector. Moreover, the best aluminum layer thickness was obtained to be 1.1 μm. This thickness leads to the maximized photo-response in the photodetector.
    Keywords: Dark current, photocurrent, photo-response, MSM photodetector, work function
  • Mehdi Zangeneh, Ebrahim Aghajari *, Mehdi Forouzanfar Pages 115-131
    With increasing environmental concerns and reducing fossil fuels, the significance of producing electricity via renewable energy resources and replacing it with conventional fuels is increasing day by day. At the same time, the dependency of renewable energies on environmental conditions makes it challenging. One of these challenges has been managing the energy resources of the hybrid power system. Hence, in this research, a fuzzy intelligent controller has been designed and implemented to manage the energy resources of a grid-tied hybrid power system including solar energy and battery storage in laboratory dimensions. In the present study, by using the Arduino board as an energy management unit in the hybrid power system, tried to provide a basis for the use of renewable energy resources in real dimensions and mass production. The mathematical modeling of the system's equipment is presented and the hybrid power system is simulated using MATLAB software. Moreover, the ability of real-time data monitoring has also been added to the system. Eventually, the capabilities of the proposed smart fuzzy logic controller have been assessed by applying a usual day in springtime. The outcomes indicate that the suggested hybrid power system and the controller can save energy about 60 percent.
    Keywords: Hybrid energy system, Energy management control, Renewable Energy, fuzzy control
  • Narges Malekpour, Mohammad Amin Honarvar * Pages 133-145
    In this paper, a dual-beam end-fire Bow-tie antenna for millimeter-wave applications over 57–64 GHz is designed. By introducing a new structure in the decoration of metamaterial slabs in the horizontal plane of the Bowtie antenna, a dual-beam generated at 60° and 120°. The proposed antenna is composed of a 2×3 array of metamaterial unit cells, which leads to a considerable gain enhancement and generates a dual-beam pattern. To create a dual-beam in the E-plane, the array of metamaterial slabs integrated vertically in front of the Bowtie antenna and tilted by 15o with regard to the antenna axis to tailor the radiation beam. These unit cells are capable of creating two resonances that can play an important role to improve the gain in a wide frequency band. The resulting dual-beam radiation in the E-plane has maxima at +60 and 120 degrees with a maximum peak gain of 9.5 dBi at 60 GHz. The final design simulated with a parametric study, and the best configuration provided despite the maintenance of other radiation characteristics of the antenna.Keywords: End-Fire Antenna, dual-beam Antenna, ENZ Metamaterial unit-cell, Millimeter-Wave, High-Gain Antenna.
    Keywords: End-fire antenna, dual beam, ENZ Metamaterial unit cell, millimetre wave, high gain antenna