فهرست مطالب
نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال نوزدهم شماره 4 (پیاپی 66، زمستان 1400)
- تاریخ انتشار: 1401/01/22
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 225-237
این مقاله، یافتههای یک تحقیق عملی را جهت آشکارسازی عوامل تخریب برقگیرهای اکسید فلزی در یک شبکه توزیع فشارمتوسط هوایی در منطقه کوهستانی ایذه در استان خوزستان ارایه میدهد که از نظر آب و هوایی، سالانه دو دوره گرم و معتدل را تجربه میکند. برقگیرها در هر دو دوره که شرایط بهرهبرداری شبکه و شرایط جوی کاملا متفاوت هستند، معیوب شدهاند و تغییر شکل ظاهری آنها در این دورهها با هم متفاوت است. در این مقاله با شبیهسازی شبکه مورد مطالعه، رفتار حالت دایم و گذرای شبکه تحلیل میشود و بر اساس نتایج حاصل و شرایط محیطی منطقه، مشخصات برقگیر مناسب برای شبکه محاسبه و با مشخصات برقگیرهای موجود مقایسه میشود. سپس با در نظر گرفتن سناریوهای مختلف برای مقاومت زمین برقگیرها، تغییرات انرژی جذبشده توسط برقگیرها ارزیابی میشود و نتایج حاصل با نتایج واقعی دریافتشده در شبکه در نتیجه کاهش عملی مقاومت زمین تعدادی از برقگیرها مقایسه میشود. به علاوه با افزودن تعدادی برقگیر به شبکه، تغییرات جذب انرژی برقگیرها بررسی میشود. بر اساس یافتههای پژوهش، علل معیوبشدن برقگیرها در دورههای گرم و معتدل بررسی شده و اعتبار یافتههای این تحقیق از طریق مقایسه نتایج حاصل با رخدادهای میدانی صحهگذاری میشود و راهکارهای رفع مشکل ارایه میگردد.
کلیدواژگان: اضافه ولتاژ حالت دایم، اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه، برق گیر، قابلیت جذب انرژی، سیستم زمین -
صفحات 238-250
فناوری انتقال توان بی سیم که با عناوینی مانند انتقال توان بدون تماس و انتقال توان به روش تزویج مغناطیسی نیز شناخته می شود، انتقال توان را به گونه ای ایمن و قابل اطمینان انجام می دهد که نیازی به اتصال مکانیکی مابین منبع و بار نباشد. در این روش، انتقال توان به روش بیسیم با استفاده از تزویج القای تشدیدی صورت میپذیرد. با عملکرد مبدل در حالت تشدید، انتقال مقدار قابل توجهی از توان در یک فاصله هوایی چند 10 سانتیمتری، در حالی که بازده سیستم زیاد میباشد و تنش ولتاژ و جریان مبدل در حد معقول است، امکانپذیر خواهد بود. در این مقاله با ارایه روش مبتنی بر کنترل مقاوم H- بینهایت و الگوریتمهای فراابتکاری به بهبود فرایند شارژ خودروهای الکتریکی با در نظر گرفتن شرایط عدم قطعیت میپردازیم. نتایج حاصل از شبیهسازی، نشاندهنده عملکرد مناسبتر کنترلر پیشنهادی در مقایسه با کنترلرهای دیگر است. همچنین در این مقاله اثر اتصال ایستگاه شارژ خودروهای الکتریکی به شبکه توزیع با ملاحظه سیستمهای برنامهریزی بهینه شارژ و دشارژ برای حداکثرسازی سود اقتصادی خودروها و ایستگاه شارژ بررسی شد. در برنامهریزی پیشنهادی، بهترین برنامه برای شارژ و دشارژ خودروها به منظور حداکثرسازی سود خود بر پایه الگوریتم ژنتیک استخراج شده است. مطابق نتایج شبیهسازی، برنامهریزی بهینه شارژ و دشارژ به کاهش ارزش تلفات به انرژی کل شبکه به ازای بارگذاری ایستگاه در برخی شینها منجر شده است، به طوری که اهداف شبکه مانند تلفات و شاخص انحراف ولتاژ، حداقل و شاخص پایداری ولتاژ حداکثر شده است. در این مطالعه، حداقلسازی تلفات، انحراف ولتاژ و همچنین حداکثرسازی شاخص پایداری ولتاژ، بررسی شده و مکان بهینه ایستگاه با در نظر گرفتن این اهداف به همراه سود ایستگاه و خودروها به دست آمده است. مطابق با نتایج، با برنامهریزی شارژ و دشارژ خودروها علاوه بر تامین شارژ مورد نیاز، سود ایستگاه و خودروها نیز افزایش یافته است.
کلیدواژگان: خودروی الکتریکی، شارژ بی سیم، کنترل مقاوم، عدم قطعیت، ایستگاه شارژ -
صفحات 251-261
در این مقاله از روش زیرناحیه برای تحلیل ماشین سنکرون مغناطیس دایم روتور بیرونی استفاده شده است. در این روش بر اساس فرضیاتی از قبیل هندسه، مشخصات الکتریکی و مغناطیسی، ماشین به چهار زیرناحیه شیار، دهانه شیار، فاصله هوایی و آهنربا تقسیم گردیده است. بر اساس معادلات ماکسول و فرضیات در نظر گرفته شده، معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی حاکم برای هر زیرفضا ارایه و به صورت تحلیلی حل شده است. در این مقاله پس از محاسبه چگالی شار فاصله هوایی ناشی از جریان سیمپیچی آرمیچر و آهنرباها با سه الگوی مغناطیسکنندگی شعاعی، موازی و هالباخ، دیگر کمیتهای اصلی ماشین با توجه به آن محاسبه شده است. برای اعتبارسنجی مدل تحلیلی، نتایج به دست آمده از MATLAB با مقادیر حاصل از روش المان محدود مقایسه گردیده است.
کلیدواژگان: ماشین سنکرون آهن ربای دایم، مدل تحلیلی، روتور بیرونی، الگوهای مغناطیس کنندگی، روش زیرناحیه -
صفحات 262-270
در این مقاله، از کدهای فضا زمان برای رادار MIMO برای رسیدن به وضوح بالا در برد و سرعت هدف استفاده شده است. تابع ابهام دوبعدی به عنوان یک ابزار برای مقایسه عملکرد رادار در زمینه قدرت تفکیک شناخته میشود. یک کد فضا زمان میتواند بر اساس کمینهسازی فاصله بین پارامترهای واقعی هدف در برد، سرعت و زاویه طراحی شود. بدین منظور میتوان با تحلیل تابع ابهام و باریکسازی آن در حد امکان به قدرت تفکیک بالا دست یافت. در این مقاله، تابع ابهام با دو متغیر عدم انطباق دامنه و سرعت در نظر گرفته شده و یک معیار جدید برای دستیابی به عملکرد با وضوح بالا در این زمینه پیشنهاد گردیده است. در این مورد با استفاده از بهینهسازی توابع هزینه پیشنهادی، کد فضا زمان مطلوب استخراج میشود. طرح پیشنهادی را میتوان به رادار آرایه فازی MIMO نیز تعمیم داد. همچنین نتایج شبیهسازی نشان میدهد که طرح پیشنهادی ما دارای تابع ابهام بسیار باریک در اطراف مبدا است در حالی که عملکرد بسیار نزدیک به حالت بهینه در زمینه احتمال شناسایی هدف را نیز دارا میباشد.
کلیدواژگان: کد فضا زمان، رادار آرایه فازی MIMO، قدرت تفکیک، تابع ابهام، برنامه ریزی غیر خطی -
صفحات 271-278
در این مقاله یک آنتن چاپی پهنباند روی سطح رسانای مغناطیسی ساختگی ارایه شده که میتوان از آن در کاربردهای بیسیم مانند WLAN، WiMAX و سیستمهای چندین ورودی و چندین خروجی (MIMO) استفاده کرد. در ساختار پیشنهادی، سطح رسانای مغناطیسی ساختگی (AMC) مسطح به عنوان صفحه زمین برای یکطرفه شدن الگوی این آنتن و افزایش پهنای باند امپدانسی استفاده شده است. طرح آنتن پیشنهادی از دو المان ریز نوار چاپی تغذیهشده به وسیله یک خط میکرواستریپی E شکل برای تزویج المانهای چاپی تشکیل گردیده است. پهنای باند آنتن ساختهشده از 94/4 تا 9/6 گیگاهرتز در محدوده موج برگشتی حدود 10- دسیبل برای قطبش خطی در باند C را شامل میشود. سلول واحد AMC لوزیشکل، پهنای باند 24/5 تا 15/7 گیگاهرتز برای فاز بازتابی 90± درجه را نشان میدهد. با اضافهکردن سطح AMC به آنتن چاپی، یک ساختار پهنباند با کوچکسازی قابل قبول و افزایش بهره تا dBi 25/7 به دست میآید. نتایج شبیهسازی خواص امپدانسی آنتن به وسیله نرمافزارهای تمام موج HFSS و CST انجام گرفته است. همچنین، آرایه دوالمانه از طرح پیشنهادی برای قطبشهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، پهنای باند کاری محدوده فرکانسی 18/5 تا 81/6 گیگاهرتز را در بر میگیرد و جداکنندگی بین عناصر آرایه کمتر از dB 22- است. به همین منظور، آرایه آنتنها میتواند برای سیستمهای MIMO مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژگان: آنتن چاپی، رسانای مغناطیسی ساختگی (AMC)، پهن باند، WLAN، WiMAX -
صفحات 279-286
زمان نشست و نرخ چرخش، یکی از پارامترهای مهم در آپامپهای فیدبکدار است. در این مقاله زمان نشست و نرخ چرخش در تقویتکننده دوطبقه تمام تفاضلی CMOS با جبرانسازی کسکود مورد تحلیل قرار میگیرد. ویژگی تحلیل ارایهشده آن است که رفتار ترانزیستورها پس از اعمال پله در ورودی به طور دقیقتر مورد بررسی قرار میگیرد و نشان داده میشود که زمان نشست و همچنین نرخ چرخش به اندازه پله ورودی وابستگی دارد. تحلیل انجامشده میتواند برای طراحی و محاسبات دستی در مدارهای مجتمع مفید واقع شود. همچنین جهت بررسی اعتبار و دقت تحلیل ارایهشده، شبیهسازیهای مختلفی انجام شده که تطابق عالی بین مدل تحلیلی ارایهشده و نتایج شبیهسازی را نشان میدهد.
کلیدواژگان: زمان نشست، نرخ چرخش، اسلویینگ، جبران سازی کسکود، تقویت کننده عملیاتی و پاسخ پله -
صفحات 287-293
سامانههای مرتبه کسری و سیستمهای کنترل مرتبه کسری در سالهای اخیر به صورت فزایندهای مورد توجه پژوهشگران در حوزههای مختلف علوم و مهندسی بوده است. از دیگر سو، بسیاری از رویکردهای کنترلی مرتبه صحیح برای استفاده در مورد سامانههای مرتبه کسری توسعه داده شدهاند. با وجود این، پژوهشهای انگشتشماری در زمینه گسترش رویتگرهای کلاسیک به حالت کسری انجام شده است. با توجه به گسترش روزافزون کاربردهای سامانههای مرتبه کسری، توسعه رویتگرهای مرتبه کسری نیز ضروری به نظر میرسد. در این مقاله، مسئله طراحی یک رویتگر مد لغزشی تطبیقی غیر شکننده برای دستهای از سامانههای مرتبه کسری شبهخطی دارای تاخیر زمانی بررسی شده است. ابتدا حالتهای سیستم مرتبه کسری تاخیردار با قسمت غیر خطی سازگار با استفاده از روش کنترل مد لغزشی تخمین زده شده و سپس مسئله تخمین حالت برای سیستم مرتبه کسری با قسمت غیر خطی غیر سازگار بررسی شده است. پایداری مجانبی دینامیک خطای تخمین با استفاده از روش تحلیل پایداری لیاپانوف برای سامانههای مرتبه کسری اثبات گردیده و شرایط کافی پایداری در قالب نابرابریهای ماتریسی خطی استخراج شده است. در نهایت عملکرد موثر روش ارایهشده در این مقاله با شبیهسازی بر روی یک مثال عددی و نیز مطالعه موردی بر روی یک سامانه اقتصادی مرتبه کسری نشان داده شده است.
کلیدواژگان: رویتگر تطبیقی غیر شکننده، سامانه مرتبه کسری شبه خطی، مد لغزشی، نابرابری های ماتریسی خطی -
صفحات 294-300
در این مقاله یک تقویتکننده کسکود تاشده با بازیابی مجدد بر مبنای تقویتکننده کسکود تاشده بازیافته متداول ارایه شده است. عملکرد تقویتکننده پیشنهادی نسبت به تقویتکننده کسکود تاشده بازیافته مرسوم به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در تقویتکننده پیشنهادی، منابع جریان طبقه خروجی تقویتکننده کسکود تاشده بازیافته که دارای مقدار ثابتی هستند مورد توجه قرار گرفتهاند و با ایجاد مسیری بین ورودی و خروجی به کمک اتصالات خازنی به منابع جریان پویا تبدیل شدهاند. بهره ولتاژ، پهنای باند، فرکانس بهره واحد و نرخ چرخش در توان برابر در مقایسه با تقویتکننده پیشین بهبود قابل توجهی یافته است. نتایج شبیهسازی با استفاده از شبیهساز HSPICE و با فناوری فایلهایnm CMOS 180نشان میدهد که بهره ولتاژ 6 دسیبل، نرخ چرخش 35% و پهنای باند تقریبا 30% نسبت به تقویتکننده کسکود تاشده بازیافته، افزایش و علاوه بر آن نویز معادل در ورودی نیز در حدود 36% کاهش یافته است. نرخ چرخش،توان مصرفی و بهره ولتاژ تقویتکننده بهبودیافته به ترتیب برابر 5/93 ولت بر میکروثانیه، 02/1 میلیوات و 3/68 دسیبل میباشد.
کلیدواژگان: تقویت کننده کسکود تاشده بازیافته، تقویت کننده کسکود تاشده بازیافته بهبودیافته، فرکانس بهره واحد، نرخ چرخش، نویز معادل در ورودی
-
Pages 225-237
This paper presents the findings of a practical study to detect the degradation factors of metal-oxide surge arresters in a distribution network in the mountainous region of Izeh, which experiences two warm and temperate climates annually. The surge arresters have defected in both periods when the network operating conditions and weather conditions are completely different. However, the appearance of the defected surge arresters in these periods is different. In this paper, by simulating the network, its permanent and transient state behaviors are analyzed. Based on the results and environmental conditions, the appropriate arresters' specifications for the network are obtained and compared with existing arresters. By considering different scenarios for ground resistance of arresters, the changes in energy absorbed by arresters are evaluated and the results are compared with those obtained in the practical reduction of ground resistance of some of arresters. By adding several arresters to the network, changes in the absorbed energy of arresters are investigated. Based on the research findings, the causes of arresters' failures in both warm and temperate periods are investigated. Finally, the findings of this research are validated by comparing the simulation results with field events, and some solutions are presented to overcome the problems.
Keywords: Surge arrester, continuous overvoltage, lightning overvoltage, energy absorption capability, earthing system -
Pages 238-250
Wireless power transmission technology with titles such as contactless power transmission, magnetic coupling power transfer, etc.are known and in fact, this method safely and reliably transmits power in such a way that does not require a mechanical connection between the source and the load. In this method, power transmission is done wirelessly using resonance induction coupling. By operating the transducer in the resonant mode, it will be possible to transfer a significant amount of power over an air distance of a few tens of centimeters, while the system efficiency is high and the voltage and current stress of the transducer are reasonable. In this paper, by presenting a method based on robust control and meta-heuristic algorithms, we improve the charging process of electric vehicles by considering uncertainty conditions. The simulation results show the better performance of the proposed controller compared to other controllers. Also, in this paper, the effect of connecting the charging station of electric vehicles to the distribution network is investigated by considering the optimal charging and discharging scheduling systems to maximize the economic profit of the vehicles and the charging station. In the proposed method, the best program for charging and discharging cars in order to maximize their profit is extracted based on genetic algorithm. According to the simulation results, optimal charging and discharging planning has reduced the value of losses to the total network energy to load the station in some trains, so that network targets such as losses and voltage deviation index are minimized and voltage stability index is maximized. In this study, minimization of losses, voltage deviation as well as maximization of voltage stability index have been investigated and the optimal location of the station has been obtained by considering these goals along with the profit of the station and vehicles. Finally, according to the results, with the planning of charging and discharging cars, in addition to providing the required charge, the profit of the station and cars has also increased.
Keywords: Electric vehicle, wireless charging, robust control, uncertainty, charging station -
Pages 251-261
In this paper, the sub-region method is used to analyze the outer-rotor permanent magnet synchronous machine. In this method, based on hypotheses such as geometry, electrical and magnetic characteristics, the machine is divided into four sub-regions of groove, groove opening, air gap and magnet. Based on Maxwell's equations and considered assumptions, the governing partial differential equations for each sub-region are presented and solved analytically. In this paper, after calculating the air-gap flux density caused by the armature winding current and magnets with three patterns of radial, parallel and Halbach magnetization, the other main quantities of the machine are calculated accordingly. To validate the analytical model, the results obtained from MATLAB software are compared with the values obtained from the finite element method.
Keywords: Permanent magnet synchronous machine, analytical model, outer rotor, magnetization patterns, sub-region method -
Pages 262-270
In this paper, space-time codes for MIMO radar are used to achieve high resolution at target range and speed. The two-dimensional ambiguity function is known as a tool to compare radar performance in terms of resolution. A space-time code can be designed based on minimizing the distance between the actual target parameters in range, speed and angle. For this purpose, high resolution can be achieved by analyzing the ambiguity function and narrowing it down as much as possible. In this paper, the ambiguity function with two variables of amplitude and speed mismatch is considered and a new criterion to achieve high resolution performance in this field is proposed. In this case, by optimizing the proposed cost functions, the optimal space-time code is extracted. The proposed design can also be extended to phased-MIMO radar. The simulation results also show that our proposed scheme has a very narrow ambiguity function around the origin, while it has a performance very close to the optimal state in terms of target identification probability.
Keywords: Space-time code, phased-MIMO radar, resolution, ambiguity function, non-linear programming -
Pages 271-278
In this paper, a wideband printed antenna over an artificial magnetic conductor (AMC) surface is introduced which can be utilized for wireless applications such as WLAN, WiMAX, and multiple-input multiple-output (MIMO) systems. In the proposed structure, a planar AMC surface as the antenna ground plane is used to direct the radiation pattern of the antenna, and enhancing the impedance bandwidth. The proposed antenna design is composed of a pair of printed microstrip elements fed by an E-shape feed line for coupling the elements. The bandwidth of the designed antenna includes from 4.94 GHz to 6.9 GHz with a return loss of less than -10dBforlinear polarization in C-band. The rhombic-shape AMC unit cell indicates the bandwidth of 5.24-7.15 GHz for the ±90˚ reflection phase. By adding the AMC surface into the printed antenna, a wideband structure with acceptable miniaturization and gain enhancement to 7.25 dBi is achieved. The simulated results of the antenna’s impedance properties are performed by using full-wave simulators of HFSS and CST. Also, two-element array of the proposed design are investigated for different polarizations. Based on the obtained results, the operating bandwidth includes the frequency range from5.18GHz to 6.81 GHz and the isolation between the array elements is less than -22 dB. For this purpose, the antenna arrays can be applied for MIMO systems.
Keywords: Printed dipole antenna, artificial magnetic conductor (AMC), wideband, WLAN, WiMAX -
Pages 279-286
Slew rate and settling time are the important parameters in opamps with feedback. In this paper, the slew rate and settling time of the fully differential two stages folded cascade architecture amplifier with cascade compensation is analyzed. An important characteristic of the proposed analytical model is that the behavior of the transistors is examined in detail after applying the step in the input, and it is shown that the settling time as well as slew rate would depend on the size of the input step. The performed analysis can be beneficial for design and manual calculations in integrated circuits. Moreover, circuit level simulation is used to validate the analytical results with particular emphasis on slew rate and settling time. Simulations results show excellent conformance between the analytical equations and the simulation results.
Keywords: Settling time, slew rate, slewing, cascode compensation, operational amplifier, step response -
Pages 287-293
In recent years, fractional order systems and fractional order control have increasingly attracted the attention of researchers in various fields of science and engineering. On the other hand, numerous control approaches have been extended in order to be utilized in fractional order systems. Despite this fact, few research studies have been devoted to generalizing integer order observers to fractional order ones. Since the applications of fractional order systems are increasing, developing fractional order observers seems to be essential. In this paper the problem of non-fragile adaptive sliding mode observer design for a class of fractional-order nonlinear systems with time delay is addressed. First, the states of the fractional-order pseudo-linear time-delay system with matched nonlinearity are estimated employing the sliding mode control method. Then the state estimation problem of fractional order systems with mismatched nonlinearity has been investigated. The asymptotic stability of the estimation error dynamics is proven by employing the Lyapunov stability analysis method for fractional order systems. The sufficient stability conditions are derived in the form of Linear Matrix Inequalities (LMIs). Eventually, the effective performance of the proposed approach in this paper has been corroborated through simulation of a numerical example and also a case study of a fractional order economic system.
Keywords: Von-fragile adaptive observer, fractional-order pseudo-linear systems, sliding mode, LMIs -
Pages 294-300
A double recycling Op-Amp based on a simple recycling folded cascode Op-Amp is presented. The proposed Op-Amp has significantly improved performance compared to a recycling folded cascode. In the proposed Op-Amp, those cascode output current sources of recycling folded cascode that still have a constant value have been considered and have taken on a dynamic state through capacitive couplings in the path created between the input and output of the amplifier. DC gain, unity-gain bandwidth, and slew rate have been improved compared to the previous amplifier at the same power consumption. Simulation results using the 0.18μm CMOS technology show a DC gain enhancement of 6dB, 35% improvement in slew rate, and almost a 30% increase the bandwidth compared to the traditional recycling folded cascode Op-Amp. Also, smaller input-referred noise is achieved. Simulated results of proposed circuit show the values of SR, power consumption and DC gain are about 93.5 V/µs, 1.02mW and 68.3 dB respectively.
Keywords: Recycling folded cascode, DC voltage gain, unity-gain frequency, slew rate