فهرست مطالب

نشریه سامانه های غیرخطی در مهندسی برق
سال هشتم شماره 1 (پیاپی 13، بهار و تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/11/17
  • تعداد عناوین: 8
|
  • لیدا اصغریان، حسین ابراهیم نژاد* صفحات 4-34

    امروزه گسترش گوشی های هوشمند و نرم افزارهای سه بعدی به کار رفته در این سیستم ها، نیاز به پردازش سریع مدل های سه بعدی را کاملا آشکار می سازد. ولی حجم بالای ریوس و وجوه موجود در مدل های سه بعدی، سرعت ارسال و دریافت داده ها را کاهش داده و حافظه ذخیره سازی بیشتری را می طلبد. در این مقاله، روشی برای مش بندی مجدد غیرایزوترپیک مدل های سه بعدی پیشنهاد می شود. در این روش از معیار نایکوییست برای نمونه برداری از مدل اصلی استفاده می شود. این معیار به صورت محلی برروی هر بخش از مش اعمال شده و فرایند نمونه برداری را انجام می دهد. سپس، مش بندی مجدد به نقاط نمونه برداری شده افزوده شده و مدل ساده سازی شده تشکیل می شود. جهت کسب مدل با کیفیت بالا از مدل مش بندی شده جدید، از یک روش درون یابی زیر تقسیم غیر خطی استفاده می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهند که الگوریتم ارایه شده علاوه بر کاهش تعداد ریوس و وجوه مدل، توانایی حفظ جزییات را به خوبی دارد. الگوریتم پیشنهادی با روش های شناخته شده در زمینه ساده سازی مش مقایسه شده و نتایج بدست آمده گویای توانایی روش پیشنهادی در بازسازی مدلی با کیفیت بالا است.

    کلیدواژگان: ساده سازی مش سه بعدی، نمونه برداری نایکوئیست، مش بندی غیر ایزوتروپیک، زیر تقسیم غیر خطی
  • سعید حقوقی اصفهانی*، زهرا یوسفی صفحات 35-56

    در این مطالعه به مسئله طراحی فیدبک خروجی فازی تعقیبی با معیار ترکیبی  H2/H_infبرای سیستمهای غیر خطی مدل شده با روش T-Sپرداخته می شود. از یک فرم تعمیم داده شده مناسب تعقیبی برای ساختار هر کنترل کننده محلی استفاده شده است. کنترل کننده فازی تعقیبی ارایه شده، نه تنها موجب برقراری یک قید کنترلی تعقیبی  با معیار  H_inf می شود،که بطور همزمان یک معیار H2 را بهینه سازی می کند. نتایج این مقاله منجر به ایجاد یک تعادل نسبی  بین عملکرد تعقیبی مناسب و میزان انرژی مصرف شده سیگنال ورودی کنترل می شود. فرمول بندی این مسئله و یافتن کنترل کننده بهینه تعقیبی نهایی با حل یک دسته نامساویهای ماتریسی خطی بیان می گردند. در یک مثال گویا، نتایج این مطالعه که بر اساس معیار ترکیبی H2/H_infاست با روش سنتی H_inf تنها از جهات گوناگون مقایسه می شود.

    کلیدواژگان: کنترل تعقیبی با معیار H - inf، سیستمهای فازی تاکاگی - سوگنو (T-S)، معیار ترکیبی H2 -H، نامساویهای ماتریسی خطی، کنترل بهینه
  • مجتبی احمدی، علی بهرامی* صفحات 57-76

    از زمان معرفی اولین سلول خورشیدی سیلیکونی، در پارامترهای عملکردی آن از قبیل میزان حبس شدگی نور، جذب طیف خورشید، بازده سلول و هزینه های ساخت، به طور پیوسته، بهبودهایی ایجاد شده است. در سلول سیلیکونی با ضخامت کم، همواره تعدادی از فوتون های نوری جذب نشده توسط نیمه هادی، به شکل های گوناگون تلف می شوند. توری پراش باعث می گردد که فوتون ها در اثر برخورد به این ساختار، مسیر نوری طولانی تری را طی نمایند که باعث افزایش طول مسیر نوری فوتون ها و افزایش جذب سلول و درنتیجه بهبود بازده سلول می گردد. در هر یک از ساختارهای مذکور، به تعیین مواد بهینه و خصوصیات هندسی برای رسیدن به حداکثر بازده سلول سیلیکونی مبادرت ورزیده شده است. در یافتن پارامترهای هندسی بهینه برای ساختار، از روش های بهینه سازی هوشمند استفاده شده است. با انتخاب بهترین روش های جستجو از دو الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات و ژنتیک و ایجاد ترکیبی از  آن دو، ویژگی های مثبت هر دو الگوریتم برای دستیابی به بهترین پاسخ به کار گرفته شد. این ترکیب نتایج بسیار مثبتی ایجاد کرده است که در نتیجه آن 293/23 درصد بازده و جریان اتصال کوتاه  41/35 میلی آمپر بر سانتی متر مربع بدست آمده است.

    کلیدواژگان: سلول خورشیدی لایه نازک، به دام اندازی نور، بهینه سازی ازدحام ذرات، الگوریتم ژنتیک
  • مرتضی علی اصغری*، الهه رضازاده، محمد پورمحمود آقابابا صفحات 77-98

    سیستم های سوییچینگ به دلیل نیاز روزافزون علوم کنترل به ارایه یک مدل دقیق و یکپارچه از ساختارهای طبیعی و عملی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی، چند مدلی بودن ذاتی بسیاری از سیستم های عملی بر اهمیت بررسی این نوع از سیستم ها افزوده است. در این پژوهش، مساله کنترل تطبیقی تحمل پذیر عیب زمان محدود یک دسته از سیستم های سوییچینگ غیرخطی در حضور عیب محرک، اغتشاشات خارجی و ورودی غیرخطی ناحیه مرده مورد بررسی قرار گرفته است. کران ترم های نامعین سیستم، نامعلوم فرض شده و برای حذف اثرات مخرب این ترم ها بر روی پاسخ سیستم از قوانین تطبیقی استفاده شده است. زیرسیستم های سیستم سوییچینگ به عنوان سیستم های غیرخطی با ساختار کانونیکال در نظر گرفته شده اند. در این پژوهش هیچ گونه فرض محدود کننده ای بر منطق سوییچ سیستم اعمال نشده است. بنابراین هدف، پیشنهاد یک کنترل کننده ای است که تحت هر سیگنال سوییچ دلخواه کار کرده و بتواند بر عیب محرک، اغتشاشات و ورودی غیرخطی ناحیه مرده غلبه کند. برای تحقق این منظور، پس از ارایه یک خمینه لغزشی هموار، یک ورودی کنترل به گونه ای توسعه یافته است که مسیرهای سیستم در یک زمان محدود به دینامیک مد لغزشی مقرر برسند. در نهایت با استفاده از تیوری پایداری لیاپانوف اثبات شده است که مبدا، نقطه تعادل پایدار زمان محدود سیستم حلقه بسته کلی است. نتایج شبیه سازی ارایه شده توسط نرم افزار MATLAB، کارایی کنترل کننده پیشنهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سیستم های سوئیچینگ غیرخطی، عیب محرک، ورودی غیرخطی ناحیه مرده، کنترل مد لغزشی
  • پیمان احمدی، حسن زرآبادی پور* صفحات 99-110

    این مقاله به طراحی یک کنترل کننده بهینه برای تعیین همزمان پارامترهای مدل فیزیکی و کنترل کننده LQR[1] می پردازد. در بعضی از سیستم ها این امکان وجود دارد که برخی از پارامترهای مدل، جهت انتخاب در اختیار طراح قرار گیرند. در روش های متداول طراحی کنترل کننده بهینه برای این گروه از سیستم ها، ابتدا پارامترهای مدل توسط طراح تعیین می شوند، سپس در مرحله جداگانه ای به طراحی کنترل کننده برای مدل مشخص پرداخته می شود. در این مقاله روشی برای تعیین همزمان این دو دسته از پارامتر برای سیستم های خطی پیوسته در زمان ارایه شده است. مسئله تعیین همزمان و بهینه پارامترهای مدل و کنترل کننده یک مسئله بهینه سازی غیرخطی و غیرمحدب[2] است که در این مقاله روش جدیدی برای حل این مسئله ارایه شده است. با استفاده از برخی ساده سازی ها، مسئله غیرخطی و غیر محدب ذکر شده تبدیل به یک مسئله خطی و محدب می شود که توسط جعبه ابزار CVX نرم افزار متلب قابل حل است. نتیجه این روش، ارایه پاسخی با هزینه کنترلی کمتر نسبت به روش های متداول طراحی کنترل کننده بهینه برای این گروه از سیستم هاست. با ارایه مثال شبیه سازی، بهبود عملکرد روش ارایه شده نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: کنترل کننده بهینه، مسئله بهینه سازی غیرمحدب، LQR
  • زهرا مروج*، سجاد باقری، گئورک قره پتیان صفحات 111-132

    امروزه جهت حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت در مقابل انواع خطاها و پیشامدها از رله دیفرانسیل استفاده می گردد. با وجود پیشرفت های صورت گرفته در تکنولوژی ساخت رله ها، همچنان تشخیص و تمایز پیشامدهای مختلف از مهمترین چالش هایی است که مهندسان حفاظت با آن روبرو هستند. در این مقاله، روش ترکیبی هوشمند جهت تشخیص و کلاسه بندی خطاهای الکتریکی داخلی، خطاهای خارجی در هنگام اشباع ترانسفورماتورهای جریان و جریان هجومی در ترانسفورماتورها پیشنهاد شده است. ابتدا، جریان خطاهای داخلی، خارجی و جریان هجومی ترانسفورماتورهای قدرت توسط شبیه ساز دیجیتال زمان حقیقی(RTDS) و بسته نرم افزاری آن (RSCAD) شبیه سازی می گردد. سپس، سیگنال های نمونه برداری شده در پیشامدهای مختلف جهت تشخیص و تمایز  به نرم افزار MATLAB انتقال داده می شود. در این مرحله، با استفاده از روش طبقه بندی بیزین که اطلاعات داده های آموزشی را مستقیما مورد ارزیابی قرار می دهد، خطاهای خارجی از سایر شرایط عملکردی ترانسفورماتور تفکیک می شود. سپس، سایر  پیشامدها از قبیل جریان هجومی و خطاهای الکتریکی داخلی توسط روش های درخت تصمیم گیری و ماشین بردار پشتیبان از یکدیگر متمایز خواهند شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش حفاظت ترکیبی هوشمند پیشنهادی قابلیت تشخیص و کلاسه بندی پیشامدهای مختلف در ترانسفورماتورها را در حالت زمان حقیقی با دقت مناسبی دارد که از نوآوری اصلی این مقاله با سایر تحقیقات منتشر شده می باشد.

    کلیدواژگان: حفاظت دیفرانسیل، شبیه ساز دیجیتال زمان حقیقی، طبقه بندی کننده بیزین، درخت تصمیم گیری، ماشین بردار پشتیبان
  • مهدی فروزانفر*، حسین صفایی پور، امین رمضانی صفحات 133-154

    در فرآیندهای صنعتی، رآکتورهای حرارتی با رفتار دینامیکی غیرخطی حلقه-بسته معرفی می شوند و تشخیص به موقع عیوب تدریجی همزمان رسوب در بخش های انتقال حرارت آن ها از اهمیت بالایی برخوردار است. بدین منظور، در این مقاله یک روش تشخیص عیب تدریجی جدید برای کاربرد در سیستم رآکتور همزن دار پیوسته غیرهم دما (CSTR) تحت کنترل حلقه-بسته در حضور توام نویزهای گوسی و غیرگوسی، ارایه شده است. در این روش، ابتدا تخمین بردار حالت، بواسطه تخمین گر فیلتر ذرات انجام شده و با بهره گیری از داده های اندازه گیری سیگنال مانده اولیه تولید می شود. سپس، با تخمین بردار عیب و طراحی دو حد آستانه متغیر و ثابت، با پایش برخط سیستم و استفاده از تکنیک ارزیابی پیشنهادی، ضمن افزایش قابلیت آشکارسازی عیب، از تشخیص کاذب، جلوگیری شده است. علاوه بر آن، به منظور برنامه ریزی تعمیرات پیشگیرانه، پیش بینی رفتار عیوب تدریجی با استفاده از روش شناسایی گوس-نیوتن مورد توجه قرار گرفته است. در پایان به منظور ارزیابی این رویکرد، شبیه سازی تشخیص عیوب تدریجی همزمان رسوب در بخش انتقال حرارت سیستم CSTR، انجام شده و نتایج ارزیابی کمی بواسطه تشکیل ماتریس اختلاط، ارایه شده است.

    کلیدواژگان: تشخیص عیب، شناسایی رفتار عیب تدریجی، فیلتر ذرات، مبتنی بر مدل، میانگین متحرک نمایی
  • ناهید رحیمی، طاهره بینازاده* صفحات 155-178

    در این مقاله به طراحی کنترل کننده  های تطبیقی توزیع شده، مبتنی بر رویت گر به منظور دست یابی به توافق رهبر محور در سیستم های چند عاملی غیر خطی مرتبه بالا در حضور قید اشباع ورودی نامتقارن و عدم قطعیت های سیستم پرداخته شده است. حل مسئله ی توافق برای سیستم های چند عاملی غیرخطی در حضور ترم های نامعلوم در معادلات دینامیکی عامل های پیرو که به دلیل ساده سازی مدل، عدم قطعیت پارامترها و یا اغتشاشات خارجی می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور کاهش محافظه کاری، کران بالای ترم های نامعلوم به عنوان ثابت های نامعلوم در نظر گرفته شده است که از طریق قوانین تطبیقی به دست می آید. علاوه بر این فرض می شود که تمام متغیرهای حالت عامل ها به طور مستقیم قابل اندازه گیری نمی باشند، بنابراین ابتدا با طراحی رویت گرهای غیرخطی توزیع شده، متغیرهای حالت عامل ها تخمین زده شده است. سپس با استفاده از رویکرد مد لغزشی، قوانین کنترلی تطبیقی توزیع شده بر مبنای رویت گر به نحوی طراحی می شود که توافق بین عامل ها را تضمین کند و خروجی عامل های پیرو بتوانند در حضور ترم های نایقینی و محدودیت اشباع نامتقارن ورودی، خروجی عامل رهبر را ردیابی کنند. در انتها نتایج شبیه سازی ها کاملا دستاوردهای قوانین پیشنهادی ارایه شده را تایید کرده است.

    کلیدواژگان: توافق، سیستم های چندعاملی، رویت گر های غیرخطی توزیع شده، کنترل مدلغزشی تطبیقی، قید اشباع نامتقارن ورودی
|
  • Lida Asgharian, Hossein Ebrahimnezhad* Pages 4-34

    Nowadays, various kind of smart phones and 3D software are produced, which require large memory space. However, large number of vertices and faces in 3D models not only decrease the speed of sending and receiving of data but also can make problem in systems with low memory space. In this paper, an anisotropic re-meshing of 3D models is proposed. In this algorithm, the Nyquist theorem is employed for sampling from each selected segment of the mesh, locally. Then, the re-triangulation algorithm is applied to the selecte samples to construct the simplified mesh. In order to construct a high quality mesh from the remeshed model, a non linear subdivision is employed. The achieved results show that the algorithm can reduce the number of vertices and faces beside preserving details of model. The proposed method is also compared to the state-of-the-art algorithms are used in simplification studies, the outcomes illustrate the ability of the proposed method in producing high quality models.

    Keywords: 3D mesh simplification, Nyquist sampling, Anisotropic Re-meshing, non linear subdivision
  • Said H. Esfahani*, Zahra Yousefi Pages 35-56

    This paper is concerned with the problem of output feedback fuzzy mixed H2/H_inf tracking control design for nonlinear systems. A general and modified class of output-feedback controller structure is assumed. Using parallel distributed compensation, a fuzzy controller is proposed which not only satisfies an H_inf tracking control constraint, but also optimally minimizes a H2control performance measure. The proposed method leads to a trade-off between the tracking performance and the amount of control input effort. The problem formulation and the method of finding the optimal fuzzy tracking controller parameters involve a single step linear matrix inequalities form. On a benchmark example, the proposed method is applied on the inverted-pendulum system and is compared with traditional H_inf-only results from diffrent perspectives.

    Keywords: H, inf tracking control, T-S fuzzy systems, Mixed H2, inf, Linear matrix inequalities, Optimal control
  • Ali Bahrami * Pages 57-76

    Since the introduction of the first silicon solar cell, there have been steady improvements in its performance parameters such as light trapping, solar absorption, cell efficiency and manufacturing costs. In thin silicon cells, some of the light photons that are not absorbed by the semiconductor are always lose in various ways. The diffraction grating causes the photons to travel a longer light path due to the collision with this structure, which increases the length of the light path of the photons and cell absorption, that thus improving cell efficiency. In each of the mentioned structures, optimal materials and geometric properties have been used to achieve maximum efficiency of silicon cells. Intelligent optimization methods have been used to find the optimal geometric parameters for the structure. In choosing search methods from the two algorithms particle swarm optimization and genetics and creating a combination of the both, the positive feature of both algorithms was used to achieve the best answer. This combination has produced very positive results, which thereby, 23.293 efficiencies and 35.41 mA/cm2 short circuit current were obtained.

    Keywords: Thin film solar cell, light trapping, particle swarm optimization, genetic algorithm
  • Mortaza Aliasghary*, Elaheh Rezazadeh, Mohammad Pourmahmood Aghababa Pages 77-98

    Owing to an increasing need of control community for providing a precise and integrated model of natural and practical structures switching systems have attracted much attention. On the other hand, the multi-model inherent in many practical systems has increased the importance of reviewing these types of systems. In this paper, the problem of adaptive fault tolerant finite-time control of a class of nonlinear switching systems in the presence of actuator fault, external disturbances and dead-zone input nonlinearity is investigated. The boundary of the uncertain terms of the system is assumed to be unknown and adaptive rules are used to eliminate the destructive effects of these terms on the system response. The subsystems of switching system are considered as nonlinear systems with a canonical structure. This paper sets no restrictive assumption on the switching logic of the system. Therefore, the purpose is to propose a controller that works under any desired switch signal and can overcome the actuator fault, disturbances and dead-zone input nonlinearity. To achieve this purpose, after providing a smooth sliding manifold, an adaptive control input is developed such that the system trajectories approach the prescribed sliding mode dynamics in finite-time sense. Finally, by using the Lyapunov stability theory, it is proved that the origin is the finite-time stable equilibrium point of the overall closed-loop system. The simulation results provided by MATLAB software show the performance of the proposed controller.

    Keywords: Nonlinear switching systems, Actuator fault, Dead-zone input nonlinearity, Sliding mode
  • Peyman Ahmadi, Hassan Zarabadipour* Pages 99-110

    This paper designs an optimal controller for the simultaneous determination of physical model parameters and LQR controller parameters. In some systems, it is possible to determine some of the model parameters by the designer. In conventional methods of optimal controller design for this group of systems, first, the model parameters are determined by the designer, and then in a separate step, the controller is designed for the definite model. In this paper, a method for the simultaneous determination of these two sets of parameters is presented for continuous-time linear systems. Simultaneous parameter determination is a nonlinear and non-convex optimization problem that in this paper a new method is considered to solve this problem. The non-convex optimization problem is transformed into a convex optimization problem by performing simplifications and then solved by the CVX toolbox of MATLAB software. The result is a controller with less control cost in comparison to conventional methods for this group of systems. By providing a simulation example, the performance improvement of the proposed method is shown.

    Keywords: Optimal Control, non-convex Optimization Problem, LQR
  • Zahra Moravej*, Sajad Bagheri, Gevork Gharehpetian Pages 111-132

    Today, differential relays are used in order to protect power transformers against all kinds of faults and events. Despite advances in relay fabrication technology, the detection and discrimination of different events is still one of the most important challenges for the protection engineers in this field. In this paper, an intelligent hybrid method has been proposed to detect and classify internal electrical faults, external faults while saturating Current Transformers (CTs) and inrush current in transformers. First, the internal and external fault currents and the inrush currents of power transformers are simulated by the Real-Time Digital Simulator (RTDS) and its software package (RSCAD). Then, the sampled signals in different events are transmitted to MATLAB software for detection and discrimination. At this stage, using the Bayesian Classifier method, which directly evaluates the training data information, external faults are separated from the other operating conditions of the transformer. Then, other events such as inrush current and internal electrical faults will be distinguished from each other by Decision Tree (DT) and Support Vector Machine (SVM) methods. The results show that the proposed intelligent hybrid protection method has the ability to detect and classify different disturbances in transformers in real time state with appropriate accuracy, which is one of the main innovations of this study compared to other published research.

    Keywords: Differential Protection, RTDS, RSCAD, Bayesian Classifier, Decision Tree, Support Vector Machine
  • Mehdi Forouzanfar*, Hossein Safaeipour, Amin Ramezani Pages 133-154

    In chemical processes, thermal reactors are described by nonlinear closed-loop dynamic models. Timely detection of simultaneous fouling phenomena in the heat transfer system is a concern of this art. In this work, a new incipient fault diagnosis approach is proposed for application in the closed-loop non-isothermal continuous stirred-tank reactor (CSTR) system subjected to simultaneous Gaussian and non-Gaussian noises. First, the state vector is estimated by applying the well-known particle filter estimator. Then, the primary residual signal is generated using the system measurements, and the fault vector estimation is obtained. After that, by an adaptive either fixed threshold design applied in the online monitoring devised with the proposed evaluation technique, while the fault detectability is improved, the false detection problem is restricted to the system permitted number. Bank on, preventive maintenance scheduling also incipient fault trend prediction have become possible using the Gauss-Newton identification method. Finally, in order to evaluate the proposed approach, the simultaneous fouling incipient fault diagnosis over the heat transfer unit built-in nonlinear closed-loop CSTR system is considered. Furthermore, the confusion matrix and associated evaluation indices are employed to assess the simulation results quantitatively.

    Keywords: exponential moving average, fault diagnosis, incipient fault trend prediction, model-based, particle filter
  • Nahid Rahimi, Tahereh Binazadeh* Pages 155-178

    This paper considers the design of observer-based distributed adaptive controllers to achieve a leader-follower consensus for high-order nonlinear multi-agent systems in the presence of non-symmetric input saturation constraint and system uncertainties. Solving the consensus problem for nonlinear multi agent systems in the presence of unknown terms in the dynamics equations of follower that are due to model simplification, parameters uncertainty or external disturbances are investigated. In order to reduce the conservatism, the upper bound of uncertain term is considered to be unknown, which is obtained by adaptive laws. In addition, it is assumed that all states variables of agents are not directly measurable; therefore firstly, by designing the nonlinear distributed observers, the states variables of agents are estimated. Then, by using the sliding mode technique, the observer-based distributed adaptive control laws are designed to ensure the consensus between the agents, and the output of the followers can track the output of the leader, in the presence of non-symmetric input saturation and uncertain terms. Finally, the results of the simulations have completely confirmed the achievements of the proposed laws.

    Keywords: Consensus, Multi agent systems, Nonlinear distributed observers, Adaptive sliding-mode, Non-symmetric input saturation constraint