فهرست مطالب

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 66 (پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/07/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • مهدی نوذریان، علیرضا فریدونیان* صفحات 1-21

    سیستم ازسیستم ها مجموعه ای از سیستم های مستقل است که به منظور نیل به مجموعه ای از ماموریت های اختصاص یافته به سیستم بزرگتر، یکپارچه شده اند. یکی از ویژگی های اساسی هر سیستم ازسیستم ها، رفتار به اصطلاح پدیداری می باشد که به معنای توانایی سیستم ازسیستم ها در ارایه رفتارهای نوپدید حاصل از تعامل بین سیستم های سازنده ی مستقلی می باشد که توسط هیچ یک از آن ها در انزوا قابل انجام نمی باشد. موفقیت در بهره برداری سیستم ازسیستم ها مستلزم شناخت، مدیریت و بهره برداری موثر از این رفتار پدیداری می باشد. هدف از ارایه این پژوهش ارایه مدلی بدیع به منظور تحلیل رفتار پدیداری پایایی در سیستم ازسیستم های شامل هاب های انرژی می باشد. براین مبنا، اثر تعامل سیستم های مستقل هاب انرژی در جهت بهبود شاخص های پایایی و اقتصادی در مدیریت برنامه ریزی بهره برداری از سیستم ریزشبکه مورد بررسی قرار می گیرد. براین اساس، مدل پیشنهادی بر شبکه توزیع استاندارد 33 باسه اصلاح شده اعمال و نتایج مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی، بیانگر اثر قابل توجه این تعامل در بازنمایی رفتار پدیداری این سیستم ازسیستم ها به منظور بهبود شاخص های پایایی، کاهش هزینه ها، کاهش میزان انرژی تجدیدپذیرقطع شده همزمان با نیاز کمتر به ایجاد منابع متعدد تولیدی است.

    کلیدواژگان: سیستم ازسیستم ها، رفتار پدیداری، برنامه ریزی ریزشبکه، هاب انرژی، پایایی
  • آرمینه دستگیری، مجید حسین پور*، علی سیفی صفحات 23-36

    مبدل های DC-DC افزاینده با بهره ولتاژ بالا به طور گسنرده در کاربردهای مختلفی از جمله منابع انرژی تجدیدپذیر مورد استفاده قرار می گیرند. در مبدل بوست مرسوم، بهره ولتاژ از طریق تنش ولتاژ بالا، ریپل جریان زیاد و بازده کم ناشی از به کارگیری نسبت سیکل کاری بالا محدود می شود. در این مقاله برای رفع این مشکل، مبدل DC-DC افزاینده مبتنی بر شبکه خازن سوییچ شده فعال (ASC) پیشنهاد شده است. در این ساختار پیشنهادی هر دو تکنیک خازن سوییچ شده فعال (ASC) و سلف سوییچ شده فعال (ASL) به همراه شاخه سوییچ و دیود برای دستیابی به بهره ولتاژ بالا ترکیب شده است. به کارگیری سه سوییچ با دو سیکل کاری مختلف و افزایش بهره ولتاژ با افزودن صرفا یک دیود و خازن از جمله مزایای این مبدل محسوب می شوند. در کنار این مزایا، در مبدل پیشنهادی بر خلاف سایر ساختارهای خازن سوییچ شده مورد استفاده برای افزایش ولتاژ، جریان های گذرای زیاد برای خازن سوییچ شده فعال وجود ندارد. در این مقاله به ارایه اصول عملکردی مبدل پیشنهادی در رژیم هدایتی پیوسته، طراحی سلف ها و خازن های ساختار ارایه شده و مقایسه این ساختار با دیگر ساختارهای مشابه پرداخته شده است. همچنین المان های پارازیتی برای محاسبه بهره ولتاژ DC واقعی و بازده مورد بررسی قرار گرفته اند. در نهایت برای نمایش صحت عملکرد مبدل پیشنهادی، نتایج شبیه سازی در محیط نرم افزار PSIM ارایه شده است.

    کلیدواژگان: خارن سوئیچ شده فعال (ASC) سلف سوئیچ شده فعال (ASL)، مبدل بدون ترانسفورماتور افزاینده، بهره ولتاژ بالا
  • بابک حسینی منتظر، جواد علمایی، مجید حسین پور*، بابک مظفری صفحات 37-51

    اینورترهای چندسطحی نسبت به اینورتر دوسطحی معمولی از نظر کیفیت ولتاژ خروجی، نیاز به فیلتر و بازده پیشرفت زیادی برای کاربردهای انرژی های تجدیدپذیر و صنعتی کرده است. در این مقاله یک توپولوژی جدید برای اینورتر چندسطحی تک فاز طراحی شده است. این توپولوژی با هدف کاهش تعداد منابع ولتاژ ایزوله، سوییچ ها و درایورها ارایه شده است که قادر است به صورت ماژولار تعداد سطوح خروجی را افزایش دهد. ساختار پیشنهادی برای دستیابی به تعداد سطوح ولتاژ خروجی بالا نسبت به تعداد سوییچ، درایور و منبع ولتاژ DC بهبود داده شده است. برای تعیین مقادیر ولتاژ منابع DC سه الگوریتم مختلف پیشنهاد شده است. برای تایید برتری ساختار پیشنهادی یک مقایسه دقیق با سایر توپولوژی های اینورترهای چندسطحی انجام شده است. ساختار پیشنهادی برای کاربردهای انرژی تجدیدپذیر مانند اتصال آرایه های فتوولتاییک به شبکه گزینه مناسبی است. ساختار پیشنهادی در محیط Matlab/Simulink با استفاده از مدولاسیون نزدیک ترین سطح در هر دو حالت منابع DC متقارن و نامتقارن شبیه سازی شده و عملکرد آن مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: اینورتر چندسطحی، ساختار دوطرفه، کاهش تعداد سوییچ، ساختار حاوی دیود
  • مهدی صفائیان*، ابوالفضل جلیلوند، اصغر طاهری صفحات 53-63

    موتور القایی به عنوان یکی از پرمصرف ترین موتورهای الکتریکی در صنعت و حتی زندگی روزمره می باشد. روش های کنترلی مختلفی برای این موتور ارایه شده است که یکی از آنها، روش کنترل پیش بین است. عمده مشکل این روش نسبتا جدید، عدم دقت پارامتر های موتور و عدم دسترسی به اطلاعات دقیق موتور است. این عدم دقت می تواند منجر به بروز خطا در عملکرد کنترل کننده شود. در این مقاله، کنترل موتورهای القایی به صورت پیش بین مدنظر قرار گرفته است. برای بهبود عملکرد این کنترل کننده، از رویتگر لغزشی استفاده شده که اثر نامعینی های موجود در ساختار موتور القایی را کاهش دهد. همچنین از یک تخمینگر تطبیقی مدل مرجع برای بهبود تخمین سرعت موتور در کنترل بدون سنسور و تخمین آنلاین مقدار مقاومت استاتور بهره گرفته شده است. در انتها نیز با افزودن کنترل کننده فازی، بهبودهایی در عملکرد این تخمینگر حاصل گردیده است. نتایج شبیه سازی در هر دو مود راه اندازی و تغییر بار، حاکی از عملکرد مطلوب این روش در حذف اثر نامعینی و کنترل بهینه موتور القایی می باشد.

    کلیدواژگان: موتور القائی، کنترل مقاوم، کنترل مدل پیش بین، رویتگر لغزشی، کنترل فازی
  • سعید مقصودی، یوسف کاظمی سنجی، محمد فرهادی کنگرلو*، سجاد گلوانی صفحات 65-78

    این مقاله پس از مطالعه‎ ‎ای جامع در بحث نامتعادلی ولتاژ و ذکر معایب بعضی از ‏معیارهای نامتعادلی موجود، به اهمیت در نظر گرفتن زاویه شاخص نامتعادلی ولتاژ ‏مختلط (‏CVUF‏) در تحلیل شرایط نامتعادلی می‎ ‎پردازد. سپس در راستای ارزیابی ‏دقیق عملکرد حالت ماندگار موتور القایی در شرایط نامتعادل، مقاله بر روی شاخص ‏نامتعادلی جریان مختلط (‏CCUF‏) متمرکز شده که این شاخص برگرفته از شاخص ‏نامتعادلی ولتاژ مختلط و شاخص نامتعادلی امپدانس (‏IUF‏) بوده و علاوه بر نامتعادلی ‏ولتاژ تاثیر پارامترهای ماشین را نیز در نظر می گیرد. ازآنجاکه پارامترهای ماشین بر ‏عملکرد ماشین در شرایط نامتعادل تاثیر می گذارند، شاخص نامتعادلی جریان مختلط ‏با در نظر گرفتن پارامترهای ماشین تخمینی دقیق‎ ‎تر از گشتاور و توان خروجی ‏ماشین به دست می‎ ‎دهد. در این مقاله با تکیه بر شاخص نامتعادلی جریان مختلط ‏بهبود عملکرد ماندگار موتور القایی در شرایط نامتعادل با کوپل کردن دو موتور ‏کوچک تر نسبت به یک موتور بزرگ تر مورد بررسی و اثبات قرار گرفته است.‏

    کلیدواژگان: شاخص نامتعادلی ولتاژ ‏‏(‏VUF‏)، ‏ موتور القایی (‏IM‏)، ‏ ‏ شاخص نامتعادلی ولتاژ ‏مختلط (‏CVUF‏)، ‏ ‏ شاخص نامتعادلی جریان ‏مختلط (‏CCUF‏).‏
  • دانیال قهرمانی مقدم*، جواد پزشکی قره چه صفحات 79-94

    امروزه به دلیل استفاده از ماهواره های مکعبی چند واحدی که از استاندارد مشخصی در طراحی آن ها استفاده می شود، ارایه تحقیقاتی که منجر به افزایش کارایی آن ها شود دارای اهمیت است. در این مقاله یکی از ساختارهای متداول این نوع ماهواره ها که با نام U1 شناخته می شود مورد بررسی قرار می گیرد. این بررسی با تمرکز بر زیرسیستم سازه است و به سبب ارتباط مستقیمی که با سایر زیرسیستم ها خواهد داشت اهمیت بالایی دارد. در این تحقیق بعد از کسب اطلاعات لازم از شرایط وارد بر ساختار ماهواره و همچنین استفاده از روابط حاکم بر دینامیک حرکتی آن، تحلیل های حرارتی، مودال و استاتیکی با کمک روش عددی FEM در چند بخش مجزا انجام می شود. تحلیل ها جهت دقت بالاتر با توجه به استانداردها و الزامات طراحی برای این نوع ماهواره ها صورت می گیرد. با بررسی نتایج حاصل از تحلیل ها مشخص شد که محدوده تغییرات دمایی ساختار بیرونی ماهواره تحت تاثیر تشعشعات بین -79/19 درجه سانتی گراد تا 85/18 درجه سانتی گراد متغیر است همچنین بیشترین مقدار تنش وارد بر ساختار ماهواره 42/45 مگاپاسکال بدست آمد که مقاومت ساختار در برابر تنش های وارده را نشان می دهد. فرکانس اول تشدید ساختار ماهواره نیز برابر 647/467 هرتز است. با بررسی مقادیر تنش ها در ساختار، مقدار ضریب اطمینان محاسبه شد و درنهایت با جمع بندی نتایج به دست آمده از تحلیل ها، مشاهده شد که ساختار، مقاومت لازم در برابر تنش های وارده را دارد. همچنین اطلاعات خروجی این مقاله برخی از پیش نیازهای لازم برای طراحی بهینه زیرسیستم سازه و برخی از زیرسیستم های دیگر را فراهم خواهد ساخت.

    کلیدواژگان: ماهواره مکعبی، زیرسیستم سازه، تحلیل حرارتی، تحلیل تنش، تحلیل مودال
  • رضا بلالی دهکردی، علیرضا سیف زاده*، فاطمه فرهت نیا، علی مختاریان صفحات 95-106

    رایج ترین اقدام برای جبران نقایص اعضای مختلف بدن، پیوند عضو است. مشکلات این روش سبب شده مهندسی بافت با رویکرد طراحی جایگزین های بافت یا عضو در دهه اخیر رشد زیادی داشته باشد. بدین منظور تعیین خواص مکانیکی مربوط به بافت مورد نظر حایز اهمیت می باشد. در این تحقیق جهت به دست آوردن پارامترهای معادلات ساختاری بافت غضروف مفصلی از توابع انرژی کرنشی پروهایپرویسکوالاستیک همسانگرد مونی ریولین و نیوهوک استفاده شده است. ضرایب این مدل ها به روش مهندسی معکوس و با بکارگیری یک الگوریتم ترکیبی المان محدود- بهینه سازی با استفاده از تست های محدود نشده آسودگی تنش، با خطای جذر میانگین مربعات کمتر از 0.036 برای مدل نیوهوک و کمتر از 0.033 برای مدل مونی ریولین بدست آمده اند. با استفاده از مدل های نیوهوک و مونی رولین، مدول الاستیسیته به ترتیب0.47 مگا پاسکال و 0.44 مگا پاسکال و مدول برشی به ترتیب 0.188 مگا پاسکال و 0.184 مگا پاسکال بدست آمدند. نتایج پیش بینی پاسخ مکانیکی بافت بدست آمده توسط مدل المان اجزا محدود نشان می دهد که مدل مونی ریولین در مقایسه با مدل نیوهوک تطابق بیشتری با پاسخ بافت غضروف در آزمایش های آسودگی تنش دارد. نتایج نشان داد در طول مدت آزمایش آسودگی تنش، با اعمال بارگذاری بر روی نمونه و فشرده شدن آن، در ابتدا نیروی ناشی از بالارفتن فشار مایع در منافذ بیشترین سهم را در تحمل بار اعمال شده (مجموع تنش) دارا می باشد. در طول آزمایش و با گذشت زمان این مقدار کاهش می یابد و سهم ماتریس جامد در تحمل بار اعمال شده (مجموع تنش) بیشتر می شود.

    کلیدواژگان: غضروف مفصلی، آسودگی تنش، الگوریتم بهینه سازی، ویسکوالاستیک، المان محدود، پروهایپرویسکوالاستیک
  • محمدرضا مستخدمین حسینی* صفحات 107-120

    هدف اصلی نظریه قابلیت اعتماد سیستم های سازه ای، طرح بهینه براساس مفهوم قابلیت اعتماد است. امروزه خرپاها و سازه های فضاکار به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرند و بنابراین هزینه تمام شده این سازه ها از یکسو و تامین ایمنی لازم برای آنها از سوی دیگر حایز اهمیت می باشد. بنابراین در این پژوهش به بهینه یابی وزن این سازه ها براساس نظریه قابلیت اعتماد (بهینه یابی احتمال اندیشانه) پرداخته تا هردو هدف فوق تامین گردد. باتوجه به اینکه الگوریتم ژنتیک ازجمله روش های بسیار مناسب در امر بهینه سازی می باشد، در تحقیق حاضر جهت بهینه یابی مورد استفاده قرارگرفته است. در فرآیند بهینه یابی احتمال اندیشانه، تابع هدف کمینه سازی وزن سازه و قیود آن احتمال خرابی مجاز اعضا، گره ها و یا سیستم سازه می باشند. در این تحقیق، از شکل احتمال اندیشانه روابط کمانش ارایه شده در آیین نامه های معتبر استفاده گردیده تا دقت محاسبات ایمنی سازه افزایش یابد. نتایج نشان می دهد که با افزایش احتمال خرابی مجاز سیستم خرپا، وزن بهینه آن کاهش می یابد. روند این کاهش وزن در ابتدا با شیب بسیار سریع و سپس با شیب ملایم رخ داده و به تدریج به مقدار ثابتی میل می کند. وزن بهینه حساسیت بالاتری به تغییرات ضریب پراکندگی در مقایسه با تغییرات احتمال خرابی مجاز دارد. وزن بهینه در حالت یقین اندیشانه و حالت احتمال اندیشانه با ضرایب پراکندگی و احتمال خرابی مجاز نزدیک به صفر اختلاف کمی دارد. البته سرعت همگرایی در حالت یقین اندیشانه به مراتب بیشتر است.

    کلیدواژگان: قیود احتمال اندیشانه، بهینه یابی وزن، خرپا، الگوریتم ژنتیک
  • سید محمدحسین دهناد*، علیرضا نوری صفحات 121-129

    ارتباط مستقیم و پیوسته مسافرین و وسایل نقلیه عمومی، بعنوان دو عضو اصلی از یک سامانه حمل ونقل، باعث شده است که هرگونه بهبود و خللی در بهره برداری از سیستم-های حمل ونقل عمومی اثر مستقیمی بر روی زمان سفر و زمان انتظار مسافرین داشته باشد. همچنین کاهش زمان سفر و انتظار برای مسافرین از جمله عواملی است که باعث افزایش تمایل عابرین پیاده بر استفاده از سیستم های حمل ونقل عمومی می شود. از طرفی با استفاده از نرم افزارهای شبیه ساز، که امروزه یکی از قوی ترین و قابل قبول ترین ابزارهای تحلیل سیستم ها هستند، می توان استراتژی های مختلف را شبیه سازی نموده و سپس مورد ارزیابی قرار داد. در این پژوهش با استفاده هم زمان از نرم افزارهای ایمسان و لجیون، اجزا شبکه مورد نظر شامل قطار شهری، ایستگاه ها و احجام تردد عابرین پیاده شبیه سازی و محدوده ایستگاه قیطریه تا شهید حقانی از خط 1 مترو تهران مدل سازی شد. با ساخت مدل بر اساس زمان بندی های حال حاضر مترو و تغییر زمان بندی تردد قطارها مشاهده گردید که با درنظر گرفتن سرفاصله زمانی معادل 5 دقیقه، مجموع زمان انتظار مسافرین حدود 15 درصد نسبت به حالت فعلی کاهش می یابد. همچنین کاهش یک دقیقه ای سرفاصله زمانی و در نظر گرفتن آن معادل 4 دقیقه، کاهش 45 درصدی در زمان انتظار مسافرین را در پی خواهد داشت.

    کلیدواژگان: حمل ونقل، سرفاصله زمانی، مدل سازی، شبیه سازی، عابرپیاده، زمان انتظار
  • علی کرمی ملائی*، علیرضا خاکشور رباط صفحات 131-140

    موتورهای کلاف صوتی، در تجهیزات بسیار کوچک مانند دوربین تلفن های همراه استفاده می شوند و استفاده از روش های کنترلی مقاوم، مانند کنترل حالت لغزشی در آن ها اجتناب ناپذیر است. مهمترین خصوصیت کنترل حالت لغزشی تغییرناپذیری آن نسبت به نامعینی های سازگار بوده که به دلیل استفاده از تابع علامت در ورودی سیستم می باشد. تغییرناپذیری خاصیتی قویتر از مقاوم بودن است. اما این روش کنترلی، نسبت به نامعینی ناسازگار تغییرپذیر و حساس می باشد. همین امر استفاده از کنترل حالت لغزشی در موتورهای کلاف صوتی را با چالش مواجه کرده است زیرا در مدل دینامیکی آن ها نامعینی ناسازگار وجود دارد. در این مقاله برای حل این مشکل، ابتدا ورودی سیستم را با استفاده از کنترل حالت لغزشی محاسبه نموده و سپس ضرایب سطح لغزشی را طوری تعیین می کنیم که اثر نامعینی ناسازگار بر روی سیستم حلقه بسته حذف شده و تغییرناپذیری سیستم محفوظ بماند. در ضمن به دلیل اینکه متغیرهای حالت سیستم در دسترس نیستند یک رویتگر غیرخطی جدید نیز برای شناسایی مدل سیستم پیشنهاد شده است. در شبیه سازی از مدل الکترومکانیکی موتور استفاده می نماییم که هم شامل نامعینی سازگار بوده و هم نامعینی ناسازگار. نتایج شبیه سازی گویای مزایای روش پیشنهادی خواهد بود.

    کلیدواژگان: موتور کلاف صوتی، رویتگر غیرخطی، نامعینی ناسازگار، کنترل حالت لغزشی
  • محمد قضوهی، مسعود نصیری زرندی*، محمدحسن ملاح، جابر صفدری صفحات 141-156

    در فرآیندهای استخراج مایع - مایع، مشخصه های هیدرودینامیکی سیستم پارامترهای مهمی در انتقال جرم هستند. در این تحقیق اثر سرعت فاز های مداوم، پخش شده و شدت ضربه بر مشخصه های هیدرودینامیکی سیستم بررسی شده است. نتایج نشان داد که شدت ضربه یک پارامتر تاثیرگذار است. با افزایش شدت ضربه، قطر قطره کاهش یافته و هلدآپ در سیستم افزایش می یابد. در ادامه اثر نانو ذره و ماده فعال سطحی، بر مشخصه های هیدرودینامیکی سیستم بررسی گردید. نتایج نشان داد که با اضافه کردن نانو ذره و ماده فعال سطحی، اندازه قطرات کاهش و هلدآپ افزایش می یابد. رابطه ای نیمه تجربی برای پیش بینی قطر قطره بر حسب پارامترهای عملیاتی و خواص سیستم و غلظت نانو ذره ارایه شده است. نتایج نشان داد، با افزایش غلظت نانو ذره، قطر قطرات کاهش می یابد و مکانیسم غالب انتقال جرم، نفوذ مولکولی است. در این حالت با بکارگیری نانو ذره بازده استخراج از 46 به 78 درصد افزایش می یابد. با اضافه کردن ماده فعال سطحی به سیستم، بازده استخراج از 70 به 91 درصد افزایش پیدا می کند. مکانیسم انتقال جرم در سیستم بدون حضور نانو ذره و ماده فعال سطحی و باحضور آنها بررسی گردید. نتایج نشان می دهد که در این سیستم با حضور نانو ذره و ماده فعال سطحی تیوری نیومن مدل مناسبی برای پیش بینی ضریب انتقال جرم محسوب می گردد.

    کلیدواژگان: نانو ذره، ماده فعال سطحی، ستون ضربه ای، استخراج مایع - مایع
  • سعید پاسبانی اصل، نادر غفاری نسب*، فرید ممیزی صفحات 157-173

    مسایل مکان یابی هاب جهت تعیین بهترین مکان برای تاسیس تسهیلات هاب از بین تمام گره های شبکه و نحوه تخصیص سایر گره های شبکه به هاب ها با توجه به مفروضات مختلف می باشد. هاب ها تسهیلات ویژه ای هستند که در بسیاری از سیستم های توزیع به عنوان نقاط تعویض، جابجایی و طبقه بندی بکار گرفته می شوند. تسهیلات هاب در یک شبکه، جهت کاهش تعداد جریان های مستقیم بین هر زوج مبدا- مقصد ایجاد می شوند که نقش ایستگاه های واسط در شبکه را دارند. در اکثر تحقیقات انجام شده در خصوص مسایل مکان یابی هاب، تقاضاها (جریان های درون شبکه) بصورت قطعی در نظر گرفته شده است در حالیکه در دنیای واقعی تقاضا یک پارامتر غیرقطعی است. در این مقاله، مسئله مکان یابی هاب تک تخصیصی با تقاضای غیرقطعی بصورت صفر و یک (تقاضای بین هر زوج مبدا- مقصد یک متغیر تصادفی برنولی با احتمال مشخص p) توسعه داده شده است همچنین در صورت تکمیل شدن ظرفیت هاب، برون سپاری برخی از تقاضاها نیز در نظر گرفته شده است که تاکنون در مسایل مکان یابی هاب، عدم قطعیت تقاضا بصورت برنولی و برون سپاری تقاضا در صورت تکمیل ظرفیت هاب مورد بررسی قرار نگرفته اند. یک مدل ریاضی جدیدی از نوع برنامه ریزی عدد صحیح مختلط توسعه داده شده است که با استفاده از نرم افزار GAMS حل شده است. نتایج حاصل از حل مسایل در نمونه های مختلف با استفاده از اطلاعات فرودگاه های ایالات آمریکا (Civil Aeronautics Board) که به مجموعه داده CAB معروف است بررسی شده و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی جواب بهینه مسئله نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: مسئله مکان یابی هاب، تقاضای برنولی، شبکه حمل و نقل
|
  • Mahdi Nozarian, Alireza Fereidunian * Pages 1-21

    System of systems is a collection of independent systems that pool their resources and capabilities together to create a new, more functional system. One of the basic features of any system of systems is emergent behavior that arises out of the interactions between components of a system and cannot easily be predicted or extrapolated from the behavior of those individual components. The purpose of this study is to provide an analysis of reliability-emergent behavior in the system of systems involving energy hubs. Based on this, the effect of the electrical interaction of energy hubs is examined, in order to improve reliability and economic indices in the management of the microgrid system. In order to evaluate the proposed model, the method has been implemented on IEEE 33-bus 12.66 kV test system. Numerical experiments confirm the performance and effectiveness of the proposed method. Keywords: Systems of systems, Emergent behavior, Microgrid operation scheduling, Smart energy hubs, Reliability

    Keywords: Systems of systems, Emergent behavior, Microgrid operation scheduling, Energy hubs, Reliability
  • Armineh Dastgiri, Majid Hosseinpour *, Ali Seifi Pages 23-36

    High step-up DC-DC converters are widely used in various applications such as renewable energy sources. The voltage gain of the conventional boost converter is limited by high voltage stress, high current ripple and low efficiency due to the high duty cycle ratio. In order to solve these problems, a step-up DC-DC converter based on active switched capacitor (ASC) network is proposed. In the proposed structure, both active switched capacitor (ASC) and active switched inductor (ASL) techniques are combined together with the switch and diode array to achieve high voltage gain. Employing three switches with two different duty cycles and increasing the voltage gain by adding only one extra diode and capacitor are the main advantages of this converter. Beside these advantages, unlike other voltage-boosting structures that utilized switched capacitor, the proposed converter avoids the extreme instantaneous currents of capacitor. The operational principles of the proposed converter in the continuous conduction mode (CCM), inductor and capacitor design and comparison of the proposed converter with other similar structures are presented in this article. Also, the parasitic elements are assumed to calculate the DC-voltage gain and the efficiency of the converter accurately. Finally, simulation results are presented in PSIM software to validate the feasibility of the proposed converter.

    Keywords: Active switched capacitor (ASC), Active switched inductor (ASL), Transformerless high step-up converter, High voltage gain
  • Babak Hosseini Montazer, Javad Olamaei, Majid Hosseinpour *, Babak Mozafari Pages 37-51

    Multi-level inverters (MLIs) have made great strides in the use of renewable and industrial energy compared to conventional two-level inverters in terms of output voltage quality, filters and high efficiency requirements. This paper describes a new topology for single-phase multi-level invereter. This topology is presented with the aim of reducing the number of isolated voltage sources, switches and drivers that are able to modularly increase the number of output levels. The proposed structure has been improved to achieve a higher number of output voltage levels relative to the number of switches, drivers and DC voltage source. To confirm the superiority of the proposed structure, a detailed comparison has been performed with other multi-level inverter topologies. In this paper, the Nearest Level Modulation (NLM) is used to generate the output voltage and is simulated in Matlab/Simulink environment. The performance of the designed structure is comprehensively evaluated in symmetric and asymmetric topologies.

    Keywords: Multilevel Inverter, Bidirectional structure, Switch count reduction, Diode containing structure
  • Mehdi Safaeian *, Abolfazl Jalilvand, Asghar Taheri Pages 53-63

    Induction motor is one of the most widely used electric motors in the industry and even in everyday life. Various controllers are provided for this motor, one of which is the predictive control method. The main problem with this new method is the inaccuracy of the motor parameters and the lack of access to accurate system information. This inaccuracy can lead to errors in the controller operation. In this paper, the predictive control of induction motors is considered. To improve the performance of this controller, a super twisting sliding observer is used to reduce the effect of uncertainties in the structure of the induction motor. A model reference adaptive estimator has also been used to improve speed estimation in sensor-less control and online estimation of stator resistance. Finally, by adding a fuzzy controller, improvements in the performance of this estimator have been achieved. The simulation results indicate the optimal performance of this method in eliminating the uncertain effect and optimal control of the induction motor.

    Keywords: Induction motor, Robust control, Predictive Control, Sliding Observer, Fuzzy Control
  • Saeed Maghsoodi, Yusef Kazemi Sanji, Mohammad Farhadi Kangarlu *, Sadjad Galvani Pages 65-78

    After a comprehensive study of voltage unbalance issue, this ‎paper presents the defects of some unbalance factors and ‎concentrates on the importance of considering the angle of ‎complex voltage unbalance factor (CVUF) in order to ‎unbalanced condition assessment. Then, for the sake of precise ‎analyzing of the steady state performance of the induction ‎motor (IM) under unbalanced condition, the paper concentrates ‎on the complex current unbalance factor (CCUF) that consists of ‎complex voltage unbalance factor and impedance unbalance ‎factor (IUF). Therefore, the method considers the effects of ‎induction motor parameters as well. Because, the induction ‎machine parameters affect the performance of the induction ‎motor under unbalanced condition, complex current unbalance ‎factor gives a precise estimation of the electromagnetic torque ‎and the output power of the motor. In this paper, the ‎improvement of the steady state performance of an induction ‎motor under unbalanced condition by coupling small sized ‎induction motors instead of a large one is proved.‎

    Keywords: voltage unbalance ‎factor (VUF), ‎induction motor ‎‎(IM), complex ‎voltage unbalance ‎factor (CVUF), ‎complex current ‎unbalance factor ‎‎(CCUF).‎
  • Danial Ghahremani Moghadam *, Javad Pezeshki Pages 79-94

    The use of multi-unit cubic satellite (CubeSats), designed nowadays, in accordance with a certain standard, have made any research aimed towards their optimization, quite significant. In the present paper, studies one such common satellite design structure known as “1U”. Our study is carried out with a focus on the structure subsystem, which is of high consequence, due to the direct relationship, it would establish with other subsystems. Informed by the conditions, such satellite structure is exposed to, the present paper, defines the dynamic equations governing its motion, as well as relevant heat, modal and static equations, and utilizes the finite element method (FEM), in several separate portions to solve them. To attain a higher accuracy, our study takes into account, the standards and design specifications for such satellites. Analysis indicate temperature variations on the outer structure of the satellite is in a range from −19.79°C up to 18.85. Moreover, the highest stress value taken by the satellite structure is 45.42 MPa, demonstrating structural resilience versus stress excreted. The first mode of satellite structural resonance is 467.647 Hz. reliability factor was obtained as well, from an investigation of stress values inside the structure. Put together, the results from the analyses have allowed us to conclude that the structure, is in fact resilient, against the excreted stress. Supplementary output from the present study is also valuable, in provision of various prerequisites to an optimal design of the structure subsystem, as well as several other subsystems.

    Keywords: CubeSats, Structural Subsystem, Thermal Analysis, Modal Analysis, Static analysis
  • Reza Balali Dehkordi, Alireza Seifzadeh *, Fatemeh Farhatnia, Ali Mokhtarian Pages 95-106

    Recently, the most common tool to compensate for various organ defects is tissue transplantation with several problems involved. These problems have led to the rapid growth of tissue engineering with a designed tissue approach or organ substitute in the last decade. For this purpose, it is important to determine the tissue mechanical properties. In this study, to obtain the cartilage structural parameters, isotropic Pro-Hyper-Viscoelastic Mooney-Rivlin and Neo-Hooke are used. These model coefficients are obtained by reverse engineering methods and using a coupled finite element-optimization algorithm utilized unconfined stress relaxation tests with root-mean-square error (RMSE)) less than 0.036, 0.033 for Neo-Hooke and Mooney-Rivlin respectively. Using Neo-Hooke and Mooney-Rivlin models, the modulus of elasticity was 0.47 MPa and 0.44 MPa, and the shear modulus was 0.188 MPa and 0.184 MPa, respectively. The predicted tissue mechanical response obtained by the finite element model showed that the Mooney-Rivlin model is more consistent with the stress relaxation experiments than Neo-Hooke one. The results showed that during the stress relaxation test, by applying a compressing load on the sample, initially the fluid pressurization in the matrix pores has the most contribution in the load-bearing (total stress). When time elapses, the fluid contribution in the load-bearing decreases, and the solid matrix contribution increases.

    Keywords: Articular cartilage, Stress relaxation, Optimization algorithm, Viscoelastic, Finite element, Pro-hyper-viscoelastic
  • MohammadReza Mostakhdemin Hosseini * Pages 107-120

    The main purpose of the reliability theory of structural systems is the optimal design based on the reliability concept. Trusses and space structures are widely used, and cost and safety both are important in these structures. Therefore the weight optimization of these structures based on the theory of reliability (probabilistic optimization) using Genetic Algorithms was studied in this paper. The objective function was weight of structure and the constraints were based on the failure probability of elements or nodes or the system. To increase the accuracy of structural safety calculations, the probabilistic form of buckling is presented in this research. The results of this study show that increasing the system allowable failure probability decreases the optimum weight of structure. The process of this weight loss occurred at first with a very fast slope and then with a gentle slope and finally tended to a constant value. Optimum weight was very sensitive to coefficient of variation comparison of allowable failure probability. In the probabilistic optimization, if the system allowable failure probability and coefficient of variation of load and yield stress are considered near zero, and if results are compared to the deterministic optimization, the difference in optimum weight is less than 9%. In this case, convergence for deterministic optimization was very fast and occurred in less than 20 generations but convergence in probabilistic optimization occurred slowly after 85 generations.

    Keywords: Probabilistic constraints, Weight optimization, Truss, Genetic algorithms
  • MohamadHosein Dehnad *, Alireza Noori Pages 121-129

    Each variation in public transportation system has a direct effect on passengers travel time. It’s due to the integrated, direct and continuous relationship between passengers and public transportation system. In addition to, reduction in travel and waiting time for passengers will increase the use of public transport systems in a metropolitan. On the other hand, now a days, using simulation software, is one of the strongest and most acceptable tools for traffic analysis. In this study the AIMSUN (Advanced Interactive Microscopic Simulator for Urban and non-urban) and Legion software has been used for simulation of pedestrian travel time between a group of urban subway stations from Gheitarieh to Shahid Haqqani. The pedestrian flow in each station, waiting time, boarding, alight and travel time inside the vehicle has been considered too. According to the current schedule of trains, sum of the waiting time for pedestrian will be 15% more than the schedule with 5 minutes headway. Also the 4 minutes headway will cause the 45% decrease in passengers waiting time.

    Keywords: Transportation, Headway, Micro Simulation, Passenger waiting time
  • Ali Karami-Mollaee *, Ali Reza Khakshoor-Robat Pages 131-140

    Voice coil motors (VCM) are used in very small equipment such as mobile phone cameras and the use of a robust control feature as sliding mode control (SMC) is inevitable in them. The most important property of SMC is its invariant against matched disturbances and uncertainties which is due to the using of Sign function in input control signal. The invariant property is stronger than robustness. But, this method is not invariant with respect to the mismatched uncertainties i.e. is variant and sensitive. This is the challenge of SMC in VCM because of existents mismatched uncertainty in their models. To solve this problem in this paper, input control signal is calculated at first via SMC and then, coefficients of the sliding surface are determined in such a way that the effect of mismatched uncertainties or disturbances is removed in closed loop system and invariant property is retained. The proposed approach is simple in concept and realization. Moreover, due to the inaccessible system states, a new nonlinear observer is proposed for system model identification. In simulation, the electro-mechanical model of motor has been used which has both matched and mismatched uncertainties. Simulation results show the effectiveness of this approach.

    Keywords: Voice Coil Motor, Nonlinear Observer, Mismatched Uncertainty, sliding mode control
  • Mohammad Ghazvehi, Masoud Nasiri Zarandi *, MohammadHasan Mallah, Jaber Safdari Pages 141-156

    In liquid-liquid extraction processes, the hydrodynamic characteristics of the system are important parameters in mass transfer. In this research, the effect of continuous and dispersed phases speed, and pulsation intensity on the hydrodynamic characteristics of the system has been investigated. The results showed that the pulsation intensity is an influential parameter. As the pulsation intensity increases, the droplet diameter decreases and the hold-up in the system increases. Then, the effect of nanoparticle and surfactant on the hydrodynamic characteristics of the system was investigated. The results showed that by adding nanoparticle and surfactant, the droplet size decreased and the hold-up increased. A semi-empirical correlation is proposed to predict droplet diameter in terms of operating parameters and system properties and nanoparticle concentration. The results showed that with increasing nanoparticle concentration, the droplet diameter decreases and the predominant mechanism of mass transfer is molecular diffusion. In this case, by using nanoparticles, the extraction efficiency increases from 46 to 78%. By adding a surfactant to the system, the extraction efficiency increases from 70 to 91%. The mechanism of mass transfer in the system without the presence of nanoparticle and surfactant was investigated in their presence. The results show that in this system with the presence of nanoparticle and surfactant Newman theory is a suitable model for predicting mass transfer coefficient.

    Keywords: nanoparticle, surfactant, Pulsed packed column, Liquid-liquid extraction
  • Saeed Pasbani Asl, Nader Ghaffarinasab *, Farid Momayezi Pages 157-173

    Hubs are special facilities used as switching, transferring, and sorting points in many distribution systems. Instead of serving each origin-destination pair directly, the hub facility concentrates flow to take advantage of the resulting economic savings. Flows from the same source combine with different destinations on their path to a hub and combine with flows that have different sources but have the same destination. The accumulation of flows takes place in the path from the origin to the hub and from the hub to the destination, as well as between the hubs. These types of systems, commonly known as hub-and-spoke, are studied in the form of hub location problems. In this paper, we develop the single allocation hub location problem with uncertain zero-one demands, in which the amount of demand between each origin-destination pair is considered as a Bernoulli random variable with a definite probability p. Due to the fact that this problem has not been studied in the literature so far, a new mathematical model of mixed integer programming type is developed for the problem and is solved using GAMS software. Also, the results of solving different test problems from the CAB data set are examined and the effect of different parameters on the optimal solution of the problem is examined.

    Keywords: Hub Location Problem, Bernoulli Demand, Transportation Network