فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 51 (پاییز 1401)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 51 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/02
  • تعداد عناوین: 9
|
  • محمدرضا رضایتمند، علیرضا نقش* صفحات 1-18

    در کار با تصاویر پزشکی، اولویت اصلی تامین امنیت اسناد بیمار در برابر هرگونه دست کاری توسط افراد غیرمجاز است؛ بنابراین، نگرانی اصلی سیستم پزشکی الکترونیکی موجود، ایجاد برخی از راه حل های استاندارد برای حفظ اصالت و یکپارچگی محتوای تصاویر پزشکی است. بر این اساس نهان نگاری تصاویر دیجیتال زمینه های کاربردی فراوانی دارد، یکی از مهمترین کاربردهای آن در حفاظت از تصاویر پزشکی، حک کردن اسم ها، امضاها و مشخصات بیماران بر روی تصاویر، ویدیو ها و غیره می باشد به طوری که مشخص نخواهد بود. شیوه های مختلفی برای نهان نگاری تصاویر دیجیتال ارایه شده اند، اما در این بین یکی از پرکاربردترین روش ها جهت دستیابی به نهان نگاری مقاوم در برابر انواع حملات به کار گیری ترکیب حوزه تبدیل موجک گسسته و تجزیه مقدار منفرد می باشد. ما در این تحقیق از 2 مرحله تبدیل موجک هار روی تصویر میزبان و یک سطح تجزیه ی مقدار منفرد روی زیر گروه فرکانس پایین آن و ترکیب با ضریبی از نهان نگار و یک سطح دیگر تجزیه ی مقدار منفرد جهت جایگذاری نهان نگار و افزایش مقاومت نهان نگاری استفاده کرده ایم به صورتی که در زمان استخراج نهان نگار بتوان به صورت نیمه کورعمل کرد. با این روش توانسته ایم به طور متوسط به نسبت حداکثر سیگنال به نویز 55 و 7 درصد بهبود جهت غیر قابل مشاهده بودن نهان نگار و همچنین به طور متوسط به ضریب همبستگی 0.97 و 34 درصد بهبود جهت افزایش مقاومت نهان نگاری نسبت به حملات مختلف برسیم.

    کلیدواژگان: تبدیل موجک گسسته، تبدیل موجک هار، تجزیه مقدار منفرد، نهان نگاری تصاویر دیجیتال، نهان نگاری تصاویر پزشکی، نهان نگاری مقاوم، نهان نگاری نیمه کور
  • حامد طبیبی، محسن پارسا* صفحات 19-30
    با توجه به نقش حساس و پر اهمیتی که توربین‏های گازی در صنایع تولیدی مادر ایفا می کنند، پایش عملکرد آن ها اهمیت بسیار داشته زیرا این امر می تواند در پیش گیری از بروز خسارت‏های سنگین مالی به صنایع مادر و افزایش عمر مفید توربین ها موثر باشد. یکی از قسمت‏های مهم توربین های گازی محفظه‏ی احتراق بوده که پایش وضعیت آن از لحاظ فشار و دما حایز اهمیت است و می‏تواند به طور مستقیم در عمر مفید توربین تاثیر گذار باشد. اما برخلاف اهمیت بالای کمیت فشار محفظه ی احتراق، امکان اندازه گیری آن توسط سنسور وجود ندارد. بنابراین انتظار می رود که با در اختیار داشتن متغیر فشار تخمین زده شده بتوان به عملکرد و پایداری نسبی بیشتری نسبت به روش هایی که امکان دسترسی به متغیر فشار را ندارد، دست یافت. از این رو در این تحقیق ابتدا یک مدل دینامیکی غیرخطی مناسب با نظر گرفتن خروجی های توان تولیدی و دمای گاز خروجی انتخاب شده است. در ادامه برای تخمین متغیرهای حالت توربین که شامل فشار و دمای محفظه ی احتراق هستند یک رویت گر غیرخطی مبتنی بر روش سطح لغزش تطبیقی طراحی گردیده است. سپس با به کار گیری متغیرهای حالت تخمین زده شده و طراحی کنترل کننده ی مد لغزشی، توان تولیدی و دمای گاز خروجی به مقدار مطلوب همگرا خواهند شد. در این مقاله پایداری سیستم حلقه بسته شامل رویت گر و کنترل کننده به کمک روش لیاپانوف بررسی و تضمین می گردد. در انتها صحت نتایج به کمک شبیه‏سازی در محیط سیمولینک متلب بررسی خواهد شد.
    کلیدواژگان: توربین گازی، پایداری لیاپانوف، رویت گر غیرخطی تطبیقی، کنترل مد لغزشی، محفظه احتراق
  • محمد صفری، الهام پروین نیا*، علیرضا کشاورز حداد صفحات 31-51
    اغلب سیستم های کنترل، دارای شبکه ارتباطی با پروتکل های خاص هستند. سیستم های تشخیص نفوذی که بر پایه روش های کنترل ترافیک شبکه با پروتکل های معمول توسعه داده شده اند و یا از مجموعه داده های موجود استفاده کرده اند، برای سیستم های کنترل کارایی لازم را ندارند. همچنین کدهای مخرب جدید و پیچیده برای حمله به سیستم های کنترل و در نهایت خراب کاری در فرایند فیزیکی از دستورات شناخته شده و قابل درک سیستم های کنترل استفاده می کنند. این حملات تغییری در ترافیک شبکه ایجاد نمی کنند، بنابراین به وسیله سیستم های تشخیص نفوذ مبتنی بر شبکه قابل تشخیص نیستند. در این مقاله روشی ابتکاری و ترکیبی برای شناسایی انواع حملات به سیستم های کنترل با شبکه اختصاصی پیشنهاد شده است. به منظور شناسایی کامل حملات به سیستم های کنترل ترکیبی از روش های شناسایی حملات معنایی یا دزدکی و شناسایی حملات با تاثیر بر ترافیک شبکه سیستم کنترل ارایه شده است. برای اولین بار به صورت عملی تاثیر انواع حملات معمول بر روی یک سیستم کنترل با شبکه خاص بررسی و قوانین تشخیص این حملات به دست آمده است. نتایج تجربی در این مطالعه نشان داده است که قوانین استخراج شده به صورت صددرصد حملات مرتبط از قبل شناخته شده را شناسایی می کند. روش جدید ارایه شده مبتنی بر شناسایی دستورات سیستم کنترل از روی رکوردهای استخراج شده شبکه نیز به صورت کامل حملات معنایی را تشخیص می دهد. روش مبتنی بر داده های فرایندی نیز قادر به تشخیص حدود 99 درصد از حملات معنایی با استفاده از الگوریتم های طبقه بندی و مجموعه داده استفاده شده است.
    کلیدواژگان: حملات معنایی و دزدکی، سیستم تشخیص نفوذ فرایندی، سیستم های کنترل صنعتی، سیستم تشخیص نفوذ صنعتی
  • محمدرضا میوه*، امیرحسین احمدی، مجتبی پیشوایی صفحات 53-73
    امروزه با رو به اتمام بودن سوخت های فسیلی، گرایش به سمت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر بیش از پیش شده است. در میان انواع منابع تولید انرژی تجدیدپذیر، نیروگاه های خورشیدی به دلایل فنی، زیست محیطی و اقتصادی از جایگاه مهمی برخوردار هستند. با این وجود، راندمان پنل های خورشیدی به دلایل مختلف در سطح بالایی قرار ندارند. در کنار استفاده از تجهیزات کنترلی پیشرفته مانند روش های ردیابی نقطه حداکثر توان، پاک سازی سطح پنل های خورشیدی یکی از بهترین و ساده ترین روش های بهبود راندمان تولید در این نیروگاه ها است. در این مقاله، جهت افزایش بازدهی و عمر مفید صفحات خورشیدی، یک ربات هوشمند تمیزکننده صفحات خورشیدی با قابلیت تنظیم ارتفاع به کمک تکنولوژی چرخ تانک طراحی شده است. با توجه به جدی بودن مشکل کم آبی در کشور، طراحی این ربات بر اساس تکنیک تمیزکاری بدون آب صورت گرفته است. با توجه به اینکه ربات طراحی شده دارای سیستم مخابراتی بوده و قابلیت کنترل از راه دور را دارد، سرعت تمیز کاری در آن بسیار بالا بوده و نیازی به وجود اپراتور در آن نیست. نرم افزار اختصاصی به کار رفته در ربات، برنامه ریزی زمان بندی شده ای را جهت تمیزکاری دوره ای در ربات فراهم می کند. علاوه بر مزایای ذکر شده، ربات پیشنهادی نسبت به تمامی نمونه محصولات خارجی قیمت بسیار کمتری دارد. عملکرد این ربات بر روی نیروگاه خورشیدی پنج کیلواتی دانشگاه تفرش مورد ارزیابی قرار گرفته است. افزایش بازده تولید نیروگاه، درآمد بیشتر ناشی از فروش انرژی به شبکه، عدم استفاده از اپراتور و صرفه جویی قابل توجه در مصرف آب از مزایای اصلی این ربات هستند.
    کلیدواژگان: انرژی های تجدید پذیر، بازده، ربات تمیزکننده، پنل های خورشیدی
  • شیما علیزاده زنجانی، ابومسلم جان نثاری*، پویا ترکزاده صفحات 75-90
    در این مقاله، یک مبدل سیگما دلتای زمان گسسته فوق کم مصرف مرتبه دوم، برای کاربرد سمعک پیشنهاد شده است. در تجهیزات پزشکی مانند سمعک که دایما استفاده می شود، طول عمر باتری و مصرف انرژی مورد توجه است. در مبدل های سیگما-دلتا نوعی، OTA ها بیشترین مصرف را دارند. حذف OTAها در مبدلهای سیگما دلتا همچنان یک چالش محسوب می شود. بنابراین مبدلی با یک تقویت کننده مبتنی بر اینورتر دیفرانسیلی کامل خود بایاس با اتلاف توان استاتیک 1.15 µW با ولتاژ تغذیه 1 ولت طراحی شده است. این تقویت کننده مبتنی بر اینورتر، به جای OTA در هر دو طبقه مدولاتور استفاده شده است. ساختار این مبدل، CIFB ، تک حلقه و تک بیتی است. مدولاتور دیفرانسیل پیشنهادی با استفاده از فناوری استاندارد 180 نانومتر CMOS طراحی و شبیه سازی شده، و مقدار SFDR و SNDR آن به ترتیب برابر با 95.2878dB و 64.004 dB بدست آمده است. فرکانس نمونه برداری 2.56 MHz در نظر گرفته شده و پهنای باند سیگنال ورودی برابر با 10 kHz است. این مدولاتور، تنها 5.1091 µW انرژی مصرف می کند و FOMW آن برابر با 0.197 pj/step است.
    کلیدواژگان: تقویت کننده مبتنی بر اینورتر، سمعک دیجیتال، سیگما دلتای زمان گسسته، مبدل سیگما دلتا، فوق کم مصرف، مدولاتور
  • ناصر طاهری*، حامد اروجلو، فرامرز ابراهیمی صفحات 91-110
    در این مقاله طراحی کنترل کننده تکمیلی میراساز در سیستم های انتقال فشارقوی جریان مستقیم با منبع ولتاژی (VSCHVDC) که رابط نیروگاه بادی فراساحلی (OWPP) با سیستم قدرت اصلی است، مورد مطالعه قرار می گیرد. ابتدا نشان داده می شود که منحنی سرعت-توان در توربین بادی بر میراسازی مودهای نوسانی و الکترومکانیکی سیستم قدرت اثرگذار بوده و بسته به شرایط کاری توربین، میزان این اثرگذاری متفاوت است. سپس، جهت بهبود پایداری دینامیکی سیستم قدرت، استفاده از کنترل کننده کمکی میراساز بهینه شده در سیستم VSCHVDC پیشنهاد خواهد شد. کنترل کننده پیشنهادی به عنوان یک حلقه تکمیلی به مدارهای کنترلی مبدل ها در VSCHVDC اضافه می شود و از طریق تصحیح ضریب میرایی مودهای نوسانی سیستم، باعث تقویت گشتاور میراکننده در مولدها خواهد شد. علاوه بر این، راه کاری برای به کارگیری کنترل کننده کمکی در بهینه ترین مسیر ممکن ارایه می شود به طوری که بیشترین کنترل پذیری بر مودهای نوسانی و کمترین تداخل با سایر کانال های موجود بین سیگنال های ورودی-خروجی فراهم می شود. جهت طراحی کنترل کننده پیشنهادی، از کنترل کننده PID مرتبه کسری استفاده خواهد شد که ضرایب آن از طریق الگوریتم بازار سهام بهینه شده تنظیم می شوند. بهینه سازی الگوریتم از طریق به کارگیری عملگرهای جهش و ترکیب در الگوریتم ژنتیک و با هدف اجتناب از به دام افتادن خفاش ها در نقاط اکسترمم محلی انجام می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی این مقاله نه تنها باعث بهبود پایداری دینامیکی سیستم قدرت می شود بلکه نمایه ولتاژ را نیز تقویت خواهد کرد.
    کلیدواژگان: الگوریتم بازار سهام، فشارقوی جریان مستقیم با منبع ولتاژی، کنترل کننده مرتبه کسری، نیروگاه بادی فراساحلی
  • سعید کیانی، رسول ترکش اصفهانی*، زهرا زجاجی صفحات 111-124
    در این پژوهش متغیرهای اثر گذار بر روی کیفیت برش ورق اینکونل 718 در فرایند برشکاری با لیزر بررسی شده است. با کمک طراحی آزمایش به روش تاگوچی، متغیرهای ورودی شامل توان لیزر دی اکسید کربن و سرعت برش برای برش سه ضخامت مختلف از آلیاژ اینکونل 718 مورد بررسی قرار گرفت تا شرایط بهینه در نهایت به دست آید. پس از مشخص شدن داده های تست های تجربی، مجموعه داده به دست امده به کمک الگوریتم شبکه عصبی مدل سازی گردید. این مدل در مرحله بعد توسط الگوریتم بهینه سازی تجمعی ذرات (PSO) استفاده شد تا پارامترهای کاندید به دست امده را ارزیابی کند و کیفیت برش را بر این اساس پیش بینی نماید. در نهایت الگوریتم بهینه سازی تجمعی ذرات، مقدار بهینه شرایط برش را تعیین می کند. نتایج نشان داد که هنگامی که توان لیزر 1714 وات، سرعت برش 1382 میلی متر بر دقیقه و ضخامت قطعه 8/0 میلی متر باشد، بهترین کیفیت برای برش ورق سوپر آلیاژ اینکونل 718 با دستگاه برش لیزر دی اکسید کربن به دست می آید. نتایج به دست آمده برای مقادیر بهینه برای پارامترهای برش آلیاژ اینکونل با لیزر دی اکسید کربن با استفاده الگوریتم بهینه سازی تجمعی ذرات توسط یک آزمایش تجربی و تحقیقات مشابه راستی آزمایی شد. نتایج این آزمایش تجربی بسیار نزدیک به مقادیر بهینه الگوریتم بهینه سازی تجمعی ذرات است و این نشان دهنده کارایی مدل شبکه های عصبی در تخمین کیفیت برش و کارایی بهینه سازی انجام شده توسط PSO در یافتن شرایط بهینه است.
    کلیدواژگان: الگوریتم ازدحام ذرات، برش لیزر CO2، بهینه سازی، صافی سطح، ورق اینکونل 718
  • شکوه شعبانی، مجید دلشاد*، رامتین صادقی صفحات 125-138
    در این مقاله، یک مبدل غیر ایزوله بسیار افزاینده جدید با کلیدزنی نرم ارایه شده است. یک مدار کمکی با حداقل تعداد المان به مبدل پیشنهادی اضافه شده که شرایط کلیدزنی نرم را برای کلیه المان های نیمه هادی فراهم می نماید، لذا مشکل بازیابی معکوس دیودها را برطرف و تلفات کلیدزنی و هدایتی کلیدها را کاهش می دهد. همچنین، در مبدل پیشنهادی تنها از یک هسته مغناطیسی استفاده شده که موجب کاهش مقاومت مسی سیم پیچ ها می گردد، در نتیجه راندمان مبدل پیشنهادی در مقایسه با مبدل بوست متداول بهبود یافته است. همچنین برای پایداری ولتاژ خروجی مبدل در سطح دلخواه در لحظه های تغییر بار، از کنترل کننده انتگرالی تناسبی استفاده شده و نتایج شبیه سازی آن با نرم افزار متلب ارایه شده است. برای اثبات تحلیل های تیوری کلیدزنی نرم، یک نمونه آزمایشگاهی 250 واتی پیاده سازی گردیده و نتایج عملی آن ارایه شده است.
    کلیدواژگان: بسیار افزاینده، کلیدزنی نرم، گذر-ولتاژ-صفر، مدولاسیون پهنای پالس
  • روناک جهانشاهی باوندپور، حمید قدیری*، حامد خدادادی صفحات 139-156
    انرژی های تجدیدپذیر در سال های اخیر به دلیل محدودیت و احتمال اتمام منابع سوخت های فسیلی و مسایل زیست محیطی مرتبط به شدت توسعه یافته است. مهمترین چالش در این نوع سیستم ها، دستیابی به اندازه بهینه برای داشتن یک سیستم مقرون به صرفه بر اساس ذخیره انرژی خورشیدی و بادی است. در این مقاله بهینه سازی سیستم هیبرید بادی-خورشیدی با سیستم ذخیره باتری برای تامین یک بار مشخص ساعتی با هدف حداقل سازی هزینه های سالیانه سیستم و احتمال تلفات عرضه توان مورد توجه قرار گرفته است. هزینه های سالیانه سیستم شامل هزینه های سرمایه گذاری اولیه، هزینه نگهداری و هزینه تعویض تجهیزات می باشد. هدف بهینه سازی، تعیین بهینه تعداد پنل های خورشیدی، توربین های بادی، تعداد باتری ها، ارتفاع برج بادی و زاویه پنل خورشیدی نسبت به تابش خورشید است. به این منظور الگوریتم جدید بهینه سازی ملخ مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در این مطالعه، اثر تغییرات راندمان اینورتر، تغییرات تقاضای بار و اثر تغییرات ماکزیمم احتمال تلفات عرضه توان بر طراحی سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کاهش راندمان، افزایش بار و حداکثر قابلیت اطمینان در سیستم در قالب کاهش احتمال تلفات عرضه توان موجب افزایش هزینه های سالیانه انرژی سیستم می گردد. به علاوه، نتایج حاصله موید برتری روش بهینه سازی ملخ نسبت به روش اجتماع ذرات در دست یابی به تابع هدف بهتر و هزینه کمتر می باشد.
    کلیدواژگان: احتمال عدم تامین بار، باتری، بهینه سازی، توربین بادی، الگوریتم بهینه سازی ملخ
|
  • Mohammadreza Rezayatmand, Alireza Naghsh * Pages 1-18

     In the handling of medical images, the main priority is to secure protection for the patient’s documents against any act of tampering by unauthorized persons. Thus, the main concern of the existing electronic medical system is to develop some standard solution to preserve the authenticity and integrity of the content of medical images.Accordingly, digital image watermarking has many applications, one of its most important applications in Protection of medical images, engrave names, Signatures and Patient data on pictures, Videos etc. that are not so clear.There are several ways to digital image watermarking, but one of the most widely used methods to achieve robust watermarking to all kinds of attacks using the combination dwt and svd.We used in this research 2 level of haar wavelet transform on the host image and one level of single value decomposition on its low frequency subset and combined with a watermark coefficient and another level of singular value decomposition to embed the watermark and increase the watermark robustness in a way that when extracting a watermark can be done semi-blindly. With this method, we were able to improve the average peak signal to noise ratio of 55 and 7% improvement for the invisibility of the watermark and also the average correlation coefficient of 0.97 and 34% improvement to increase the resistance of the watermark to various attacks.

    Keywords: Discrete Wavelet transform, Haar wavelet transform, singular value decomposition, digital image watermarking, Medical image watermarking, Robust watermarking, Semi blind watermarking
  • Hamed Tabibi, Mohsen Parsa * Pages 19-30
    According to the critical role of gas turbines in the industry, monitoring the performance of gas turbines is an important issue since it can prevent unexpected shutdowns and the serious consequent financial harms. One of the most important parts of a gas turbine is the combustion chamber. Although the internal pressure and temperature of the combustion chamber can directly affect the performance and useful life of this part, however, it is not possible to measure it directly through sensors. Therefore, estimation of pressure variable is a good choice to achieve greater performance and more relative stability comparing with the methods in which there is no access to the internal pressure of the chamber. In this research, a suitable nonlinear dynamic model with produced power and exhausted gas temperature as its outputs is chosen. Thereafter, an adaptive surface sliding observer is designed in order to estimate the combustion pressure and temperature which are the state variables of the gas turbine. Afterward, utilizing a sliding mode controller and applying the estimated states, the produced power and exhaustion gas temperature of the gas turbine is controlled. In this paper, the stability of the closed-loop system in the presence of the state observer through the Lyapunov approach is guaranteed. Finally, simulation results are provided to verify the validity and efficiency of the proposed method.
    Keywords: gas turbine, Lyapunov Stability, Adaptive nonlinear state observer, sliding mode control, Combustion Chamber
  • Mohammad Safari, Elham Parvinnia *, Alireza Keshavarz Haddad Pages 31-51
    Most control systems use a dedicated communication network with specific protocols. Intrusion detection systems developed based on network traffic with standard protocols, or existing datasets can not detect significant threats on these control systems. New sophisticated malicious codes usually attacked these systems by sending known and understandable commands to the control systems and ultimately sabotaging the physical process. These attacks do not alter network traffic, so they are not detectable with standard network-based intrusion detection systems. In this paper, we proposed an innovative combined method for identifying different types of attacks on control systems with a dedicated network. We have provided a combination of methods for detecting semantic or stealth attacks and identifying attacks that affect the traffic of the control system network. For the first time in practice, the effect of common types of attacks on a control system with a specific network has been investigated, and the rules for detecting these attacks have been obtained. Experimental results in this study show that the extracted rules identify 100% of the already known attacks. The proposed new approach, based on identifying the control system commands from the extracted network records, also thoroughly detects semantic attacks. The process data behavioral method used in this study can detect about 99% of semantic attacks using classification algorithms base on Data set which is created in this study.
    Keywords: behavioral intrusion detection system, industrial control system, industrial intrusion detection system, semantic, stealthy attacks
  • Mohammadreza Miveh *, Amirhossein Ahmadi, Mojtaba Pishvaei Pages 53-73
    Today, with the depletion of fossil fuels, the trend towards using renewable energies has increased. Among the various types of renewable energy resources, solar systems received more attention due to technical, environmental and economic reasons. However, the efficiency of solar panels is not high due to several reasons. In addition to using high-efficiency control equipment such as maximum power point tracking (MPPT) methods, cleaning the surface of solar panels is one of the best and easiest ways to improve their efficiency and performance. In this paper, to increase the efficiency of solar panels, a robot for cleaning solar panels with the ability to adjust the height with the help of tank wheel technology has been developed. Moreover, due to water shortages in the country, the design of this robot has been done without the use of water. Considering that the designed robot has a telecommunication system with remote control capability, the speed of cleaning is very high and there is no need for the operator. The used software in the robot provides proper scheduling for the cleaning of solar panels. In addition to the aforementioned advantages, the proposed robot has a much lower price than foreign products. The performance of this robot on the five kW solar power plant of Tafresh University has been evaluated. Increasing the efficiency of the power plant, more revenue from the sale of energy to the grid and significant savings in water consumption are the main advantages of this intelligent robot.
    Keywords: Cleaning Robot, Efficiency, Renewable Energy, solar panels
  • Shima Alizadeh Zanjani, Abumoslem Jannesari *, Pooya Torkzadeh Pages 75-90
    In this paper, an ultra-low-power, second-order, discrete-time sigma-delta converter is proposed for hearing aids application. In portable biomedical devices such as hearing aids that permanently use, the battery lifetime and power dissipation are very considerable. In a typical delta-sigma modulator, the OTAs are the most power-consuming parts. The OTAs elimination in the converters is now challenging. Therefore the converter with a self-biased fully differential inverter-based amplifier was designed with only 1.15 µw static power dissipation at a 1-volt power supply. The inverter-based amplifier was used instead of the OTAs in two stages of the modulator. The modulator’s structure is CIFB, single-loop, and single bit. The proposed differential modulator was designed and simulated using a standard 180 nm CMOS technology, which obtained SFDR and SNDR of 95.2878 dB and 64.004 dB, respectively. The sampling frequency is considered 2.56 MHz, and the input signal bandwidth is 10kHz. The modulator consumes power just about 5.1091 µW, and the FOMW achieves 0.197 pj/step.
    Keywords: Digital hearing aids, modulator, inverter-based amplifier, sigma-delta converter, discrete-time sigma-delta, ultra-low-power
  • Naser Taheri *, Hamed Orojlo, Faramarz Ebrahimi Pages 91-110
    In this paper, the design of damping supplementary controller in VSC HVDC transmission systems, which is the interface of Offshore Wind Power Plant (OWPP) with the main power system, is studied. First, it is shown that the speed-power curve in a wind turbine affects the damping of oscillation and electromechanical modes of the power system, and depending on the operating conditions of the turbine, the extent of this effect varies. Then, to improve the dynamic stability of the power system, the use of an optimized supplementary controller in the VSC HVDC system will be proposed. The proposed controller is added as an additional loop to the converter control circuits in VSC HVDC and will amplify the damping torque in the generators by correcting the damping coefficient of the system oscillation modes. In addition, a solution is provided to use the supplementary controller in the most optimal path, so that the most controllability on the oscillation modes and the least interference with other channels between the input-output signals are provided. To design the proposed controller, a fractional order PID controller will be used whose coefficients are adjusted through an optimized exchange market algorithm. The optimization of the algorithm is done by using mutation and crossover operators in the genetic algorithm with the aim of avoiding bats being trapped at local extremum. The simulation results show that the method proposed in this paper not only improves the dynamic stability of the power system but also strengthens the voltage profile.
    Keywords: exchange market algorithm, fractional order PID, High voltage direct current, Offshore wind Power plants, voltage source converter
  • Saeid Kiani, Rasoul Tarkesh Esfahani *, Zahra Zojaji Pages 111-124
    In this paper, the impact of different operative variables on the quality of cutting of Inconel material 718 is studied. Utilizing Taguchi test design, the input variables including carbon dioxide laser power and the cutting speed for cutting three different thicknesses of Inconel 718 alloy were investigated in order to achieve the optimal conditions. After obtaining experimental test results, dataset was modeled using artificial neural networks. The neural network model is then used for evaluating candidate solutions in particle swarm optimization (PSO) algorithm which is employed for optimization of cutting conditions. The results indicated that when the laser power of is 1714 (W), the cutting speed is 1382 (mm/min) and the thickness of the material is 0.8 (mm), The best quality for cutting Inconel 718 is achieved with a carbon dioxide laser cutting machine. The results of optimal cutting parameters of Inconel alloy with carbon dioxide laser which were obtained by PSO were verified through an experimental test and similar papers. The results of this experimental test were very close to the optimal values of the PSO, which demonstrates the efficiency of neural network model in predicting the quality of cutting and the efficiency of PSO in finding optimal conditions.
    Keywords: CO2 Laser Cutting, particle swarm optimization, Inconel 718 sheet, Optimization, Surface smoothness
  • Shabani Shabani, Majid Delshad *, Ramtin Sadeghi Pages 125-138
    In this paper, a new soft switched non-isolated high step-up DC-DC converter is proposed. An auxiliary circuit with minimum number of elements is added to the converter to provide the soft switching conditions for all the semiconductors solving the reverse recovery problem of the diodes, and reducing the conduction and the switching losses of the power switches. Moreover, there is only one magnetic core used in the converter decreasing the copper resistance; thus, the power losses and the electromagnetic interference of the converter is reduced so the efficiency of the proposed converter compared to the conventional hard switched boost converter, is improved. Further, in order to adjust the output voltage of the proposed converter to the desired value under the load variations, a PI controller has been applied to the output of the proposed converter and its operation is simulated by MATLAB. In order to verify the theoretical analysis of the soft switching operations, a 250W prototype is implemented and its experimental results are provided.
    Keywords: high step-up, Pulse Width Modulation, soft switching, zero voltage transition
  • Ronak Jahanshahi Bavandpour, Hamid Ghadiri *, Hamed Khodadadi Pages 139-156
    Renewable energy has been developed in recent years due to the limited sources of fossil fuels, their possibility of depletion, and the related environmental issues. The main challenges of these type of systems is reaching to the optimum size in order to have an affordable system based on storing the solar and wind energy. In this paper, optimization of a solar-wind hybrid system is presented with a saving battery system for supplying a specific hourly load annually to minimize annual system expenses and the probability of Loss of Power Supply Probability (LPSP). Annual expenses of the system include initial investment, maintenance, and replacement costs. The purpose of optimization is to determine the numbers of solar panels, wind turbines, batteries, the height of the wind tower, and the angle of the solar panel toward solar radiation. For this issue, a new method named Grasshopper Optimization Algorithm (GOA) is employed. Also, the effects of changes in inverter efficiency, load demand, and of maximum probability of LPSP on system designing are evaluated. Simulation results show that the efficiency reduction, load increase, and increasing the load and maximum reliability in the system in the form of reducing of LPSP lead to an increase in annual energy costs of systems. Furthermore, the results indicate the superiority of the GOA method toward particle swarm optimization (PSO) in reaching better target function and less cost.
    Keywords: grasshopper optimization algorithm, Optimization, loss of power supply probability, particle swarm optimization, solar-wind hybrid system