فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق
سال پنجاه و سوم شماره 2 (پیاپی 104، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید مجید اسماعیل زاده*، محمدصادق ضیغمی صفحات 81-91
    در این مقاله یک روش بازتعریف خروجی جدید به منظور کنترل وضعیت یک ماهواره انعطاف پذیر ارایه شده است. مانورهای وضعیت نوسانات ناخواسته ای در مکانیزم های انعطاف پذیر ایجاد می کنند که کارایی کنترل وضعیت ماهواره را تحت تاثیر قرار می دهد. الزامات نشانه روی و پایدارسازی وضعیت ماهواره در ماموریت های فضایی پیشرفته امروزی، اهمیت حذف موثر این نوسانات را نشان می دهد. اگر نقطه انتهایی مکانیزم انعطاف پذیر به عنوان خروجی مدل سیستم انتخاب شود، مدل سیستم ناکمینه فاز می شود. بازتعریف خروجی یکی از روش های موثر به منظور کمینه فاز کردن مدل سیستم است. در این مقاله برای اولین بار با نگاهی عمیق تر به این روش با یک روش بازتعریف خروجی نظام مند، علاوه بر کمینه فاز کردن مدل سیستم، کارایی سیستم حلقه بسته کنترل وضعیت بهبود داده می شود. سپس یک کنترل کننده وضعیت H∞ غیرخطی برای مدل بازتعریف شده طراحی می شود. برای حالتی که متغیرهای مودال قابل اندازه گیری نیستند، یک مشاهده گر مودال طراحی می شود. نتایج شبیه سازی، کارایی روش بازتعریف خروجی ارایه شده در کنترل وضعیت یک ماهواره انعطاف پذیر در حضور عدم قطعیت در مدل و اغتشاشات نامعلوم را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بازتعریف خروجی، کنترل وضعیت، H∞، غیرخطی، ماهواره، انعطاف پذیر
  • رسول دهقانی* صفحات 93-103

    در این مقاله تحلیل و طراحی یک تقویت کننده عملیاتی ارایه می شود. این تقویت کننده قادر به دنبال کردن سیگنال ورودی از زمین تا ولتاژ تغذیه در هر دو ورودی و خروجی آن می باشد. براساس سطح ولتاژ حالت مشترک ورودی، یکی از دو زوج دیفرانسیل nMOS و pMOS برای تقویت سیگنال ورودی انتخاب می شوند. لذا عملکرد مدار مستقل از رابطه جریان درین در ترانزیستورهای طبقه ورودی خواهد بود. جریان های بایاس وac طبقه خروجی توسط دو حلقه تراخطی با کمترین حساسیت به تغییرات فرآیند ساخت، دما و تغذیه، تامین می شوند. نتایج شبیه سازی مدار در فن آوری سی ماوس 180نانومتر نشان می دهد تقویت کننده در حالت نامی دارای بهره ولتاژ dc درحدود 80 دسی بل، پهنای باند بهره واحد 51 مگاهرتز، حاشیه فاز º63 است درحالی که توان مصرفی ایستای آن تقریبایک میلی وات است. به ازای تغییرات ولتاژ حالت مشترک ورودی بین زمین تا تغذیه، حداکثر تغییرات نسبی هدایت انتقالی طبقه دیفرانسیل ورودی، بهره ولتاژ dc، حاشیه فاز وپهنای باند بهره واحد به ترتیب %63/0، %80/0، %48/1 و %33/0 می باشد. این تقویت کننده به عنوان بافر قادر به راه اندازی ترکیب موازی یک مقاومت بار 400 اهم و خازن 20 پیکوفاراد می-باشد.

    کلیدواژگان: ضریب هدایت انتقالی ثابت، تقویت کننده عملیاتی با دامنه نوسان کامل در ورودی، طبقه AB، حلقه تراخطی
  • بیژن ذاکری*، تقی مقیمی کندلوسی صفحات 105-114
    در این مقاله به روش حل مساله مستقیم و با استفاده از مدل جدید هادی کروی غیر هم مرکز چهار لایه برای سر انسان، میدان مغناطیسی در بیرون سر انسان بدست آمد. بکارگیری روش های عددی برای سر انسان با توجه به ابعاد و فرکانس پایین امواج مغزی از دقت کمی برخوردار است. بکارگیری مدل های هم مرکز با توجه به تفاوت شکل هندسی واقعی لایه های مختلف و کره های هم مرکز باعث ایجاد خطا در تخمین مکان منبع می شود. مدل سه لایه به دلیل نادیده گرفتن تفاوت قابلیت هدایت مغز و مایع مغزی اطراف مغز می تواند باعث ایجاد خطا شود. بنابراین نتایج مربوط به مدل کروی چهار لایه غیرهم مرکز در این مقاله نسبت به نتایج مربوط به مدل کروی سه لایه دقیقتر است. مدل کروی دارای لایه های همگن است یعنی ضرایب هدایت الکتریکی هر لایه در تمام نقاط آن لایه یکسان است. معادلات به روش تحلیلی و با استفاده از یک دوقطبی به عنوان منبع، بدست آمد. با توجه به نمودارهای بدست آمده از این معادلات مشاهده شد میدان مغناطیسی مربوط به مدل جدید مورد تایید است.
    کلیدواژگان: حل مساله مستقیم، میدان مغناطیسی، مدل کروی غیرهم مرکز چهار لایه، سر انسان، دیپل الکتریکی
  • سورنا رادمقدم، محمد فرخی* صفحات 115-126
    این مقاله به طراحی کنترل کننده ای می پردازد که ضمن دستیابی به عملکردی نزدیک به بهینه، قابلیت برآورده سازی قیدهای خروجی را دارا باشد. این روش برای سیستم های غیرخطی مربعی با دینامیک داخلی پایدار طراحی می شود. برای این منظور، با استفاده از شاخص عملکرد اولیه و تقریب تیلور، مساله به صورت برنامه ریزی مقید تقریب زده می شود که قیدهای آن، به کمک تابع مانع کنترل برای برآورده سازی محدودیت های خروجی نوشته می شوند. بدین ترتیب، عملکردی نزدیک به بهینه و مقید، بدون برخورد به معادلات پیچیده همیلتون-ژاکوبی-بلمن به دست می آید. به منظور مقابله با نامعینی های مدل که در مساله بهینه سازی ظاهر می شود، ساختاری تطبیقی طراحی می شود. حل به هنگام بهینه سازی مقید نیز به وسیله شبکه عصبی بازگشتی تصویر صورت می گیرد. این امر منجر به دستیابی به پاسخی بسته می شود که سادگی پیاده سازی بدون نیاز به استفاده از محاسبه گرها و جعبه ابزارهای اضافی را به همراه دارد. پایداری سیستم حلقه بسته و برآوردگی قیدها به طور دقیق تحلیل شده-اند. در انتها نیز کارایی روش ارایه شده در تحقق اهداف یادشده با بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی کنترل مسیر کشتی و تحلیلی مقایسه ای از پایدارسازی مقید آونگ نشان داده شده است. مثال شبیه سازی اول، کارایی روش را در ردیابی مقید نشان می دهد و مثال شبیه سازی دوم، موید عملکرد مناسب کنترل کننده در کاربردهای پایدارسازی و تنظیم است.
    کلیدواژگان: کنترل نزدیک به بهینه، کنترل مقید، تابع مانع کنترل، مدل تطبیقی، شبکه عصبی بازگشتی
  • منا زنده دل، جواد حمیدزاده* صفحات 127-138
    اینترنت اشیاء، یک فناوری جدید است که این فناوری از طریق اینترنت با اشیاء پیرامون خود ارتباط برقرار می کند و باهدف سنجش و کنترل از راه دور استفاده می گردد. در زمینه امنیت شبکه اینترنت اشیاء (IoT)، شناسایی دقیق انواع حملات به این شبکه ها که توسط میزبان های زامبی تحت کنترل مهاجم راه اندازی می شوند، اهمیت زیادی دارد. برای کاهش این تهدیدات، به روش های جدیدی نیاز است تا حملاتی که دستگاه های IoT را به خطر انداخته است، در کم ترین زمان ممکن شناسایی و از زیان های ناشی از حملات جلوگیری کنند. در این مقاله، یک شبکه عصبی جدید جهت بهبود تشخیص نفوذ به شبکه اینترنت اشیاء بر اساس شبکه عصبی کانولوشنال ALEXNET و الگوریتم بهینه سازی میگوی آشوبی به نام (MONANET) پیشنهاد شده است. در شبکه ی MONANET به منظور بهبود دقت در تشخیص نفوذ به شبکه ی IOT و عدم نیاز به تنظیم دستی پارامترها، فراپارامترهای شبکه عصبی با استفاده از الگوریتم میگوی آشوبی به صورت پویا انتخاب می شوند. مقدار تابع تلفات مجموعه اعتبارسنجی که از اولین آموزش مدل شبکه عصبی با استفاده از مجموعه داده Danmini doorbell به دست می آید، به عنوان مقدار تناسب CKH در نظر گرفته می شود. عملکرد جامع شبکه ی پیشنهادی و الگوریتم های GRU، ANN، SVM،LSTM ،FNN ،R-CNN وAPSO-CNN در پنج شاخص ارزیابی و در 12 اجرای مستقل مقایسه شده اند. نتایج به دست آمده نشان دهنده بهبود تشخیص نفوذ به شبکه اینترنت اشیاء است. الگوریتم پیشنهادی توانسته است بادقت 89.99 % حملات به شبکه اینترنت اشیاء را تشخیص دهد. نتایج تجربی برتری روش پیشنهادی را نسبت به سایر روش های مرز دانش از نظر بهبود دقت طبقه بندی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: شبکه ی MONANET، شبکه ی عصبی کانولوشن، شبکه ی ALEXNET، امنیت شبکه اینترنت اشیا، الگوریتم کریل کیاتیکی (CKHA)، تشخیص حمله
  • احسان مشکسار*، تیمور قنبری صفحات 139-148

    شبکه های هوشمند سیستم هایی پیچیده، غیرخطی و نامعین هستند. این سیستم ها اغلب دارای یک یا چند تابع هدف بوده که باید بیشینه یا کمینه (بسته به منظور مورد نظر) آنها پیدا شود. همچنین در این شبکه ها نیاز است که پاسخ بهینه به صورت زمان واقعی، با کمترین میزان محاسبات و بالاترین میزان سرعت و دقت به دست آید. در این مقاله، یک روش نوین برای تعیین مقدار کمینه ی هزینه کل در مصرف انرژی به عنوان یک تابع هدف با عدم قطعیت در شبکه های هوشمند ارایه شده است. از مزایای تکنیک ارایه شده، داشتن اثبات پایداری، همگرایی سریع به پاسخ بهینه، عدم حساسیت به انتخاب شرایط اولیه و قابلیت اجرا به صورت بلادرنگ است. در انتها چند شبیه سازی کامپیوتری برای نشان دادن کارایی بالای تکنیک بهینه سازی پیشنهادی ارایه گشته است.

    کلیدواژگان: شبکه های هوشمند، تابع هدف نامعلوم، کنترل کننده تعیین نقطه بهینه، آنالیز بلادرنگ، تخمین پارامتر
|
  • S. M. Smaeilzadeh *, M. S. Zeyghami Pages 81-91
    In this paper, a novel output redefinition is presented for attitude control of a flexible spacecraft. Attitude maneuvers induce undesirable vibration in the flexible appendages which degrades attitude control system performance. The attitude pointing and stabilization requirements of today advance space missions show the undesirable vibration suppression importance. If the flexible appendage tip-point is selected as the system output, the system model is nonminimum phase. The output redefinition method is an effective method to make the model minimum phase. By a deeper insight about the output redefinition method, a novel systematic method is presented such that the attitude control system performance is modified. Then, a nonlinear H∞ attitude control method is desined based on the redefined model system. For the situation that modal variable are not measurable, a modal observer is presented. The simulation results verify the presented method effectiveness in a flexible spacecraft attitude control problem in presence of mode uncertainties and unknown disturbance.
    Keywords: Output redefinitoin, attitude control, H∞, Nonlinear, flexible, Spacecraft
  • R. Dehghani * Pages 93-103

    In this paper the analysis and design of an operational amplifier is presented. This amplifier can follow the input signal from ground to supply voltage at its input and output. Based on the level of the input common mode voltage, one of two pMOS and nMOS differential pairs are selected to amplify the input signal. This causes the amplifier performance is independent of the drain current relationship of the input differential pairs transistors. Both static and dynamic currents of the class AB output stage are provided by two translinear loops with minimum sensitivity to process, temperature and supply voltage variations. The simulation results, in a 0.18  CMOS technology, show that the amplifier in nominal condition, has about 80 dB dc voltage gain, 51 MHz unity gain bandwidth and 63  phase margin while its static power consumption is almost 1 mW. For input common mode voltage changes between ground to the supply voltage, the maximum relative variations of the input differential pairs transconductances, amplifier’s dc voltage gain, phase margin and unity gain bandwidth are , ,  and , respectively. This amplifier as a buffer can drive a load consisting of parallel connection of a resistor  and a capacitor 20 pF.

    Keywords: Constant-gm, input rail-to-rail opamp, class AB, translinear loop
  • B. Zakeri *, T. Moghimi Kandelousy Pages 105-114
    In this paper, the magnetic field outside human head was obtained by method of forward problem solution and using new four layer eccentric spherical conductor model for human head. The use of numerical methods for human head has little accuracy due to dimensions of human head and low frequency of brain waves. Using cocentric models due to the difference in the actual geometric shape of different layers of human head and cocentric spheres causes errors in estimating source location. The three layer model can cause errors due to ignoring difference in conductivity between the brain and the cerebrospinal fluid around the brain. Therefore, the results related to eccentric four layer spherical model in this paper are more accurate than the results related to three layer spherical model. The spherical model has isotropic layers, that is, the electrical conductivity coefficients of each layer are the same at all points of that layer. The equations were obtained analytically using a dipole as a source. According to our results, it was observed that the magnetic field graph of the new model has little changes compared with to other models.
    Keywords: Forward problem solution, Magnetic field, four layer eccentric spherical model, human head, electrical dipole
  • S. Radmoghadam, M. Farrokhi * Pages 115-126
    This paper proposes a controller capable of satisfying the output constraints while providing a near-optimal performance. The method is designed for square nonlinear systems with stable internal dynamics. To this end, using a primary performance index and Taylor approximation, the problem is approximated by a constrained programming, whose constraints are written with the aid of Control Barrier Function (CBF) to ensure the output restrictions. As a result, a constrained near-optimal performance without encountering difficulties in Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equations is obtained. In order to overcome the model uncertainties, which appear in the optimization problem, an adaptive structure is formulated. The online solution of the constrained optimization is obtained using a Projection Recurrent Neural Network (PRNN). As a result, a closed-form solution is provided that can be simply implemented without requiring additional solvers or toolboxes. Stability of the proposed method and constraints satisfaction are addressed thoroughly. Finally, effectiveness of the proposed method in realizing the aforementioned aims are illustrated through simulations on trajectory control of a surface vessel system and a comparative study on the constrained stabilization of a pendulum. The first simulation example shows the effectiveness of the method in constrained tracking, while the second example confirms the proper performance of the controller in stabilization and regulation applications.
    Keywords: Near-optimal control, Constrained control, control barrier function, adaptive model, recurrent neural network
  • M. Zendehdell, J. Hamidzadeh * Pages 127-138
    The Internet of Things is a new technology that communicates with the surrounding objects through the Internet and is used for the purpose of remote measurement and control. In the field of Internet of Things (IoT) network security, it is very important to accurately identify the types of attacks on these networks that are launched by zombie hosts under the control of the attacker. In this article, a new neural network is proposed to improve the detection of intrusion into the Internet of Things network based on the ALEXNET convolutional neural network and chaotic krill optimization algorithm (MONANET). In the MONANET network, in order to improve the accuracy in detecting intrusion into the IoT network and not need to manually adjust the parameters, the hyperparameters of the neural network are dynamically selected using the chaotic krill algorithm. The value of the loss function of the validation set obtained from the first training of the neural network model using the Danmini doorbell dataset is considered as the CKH fitness value. The comprehensive performance of the proposed network and GRU, ANN, SVM, LSTM, R-CNN, and APSO-CNN algorithms have been compared in five evaluation indices and 12 times independent experiments. The obtained results show the improvement of intrusion detection to the Internet of Things network. The proposed algorithm has been able to accurately detect %99.89 attacks on the Internet of Things network. The experimental results show the superiority of the proposed method over other knowledge boundary methods in terms of improving classification accuracy.
    Keywords: MONANET network, Convolutional neural network, Alexnet network, IoT Network Security, Chaotic Krill Herd (CKHA), Attack Detection
  • E. Moshksar *, T. Ghanbari Pages 139-148

    Smart grids are complex, nonlinear and uncertain systems. Smart grids may consist of one or more cost functions, in which their optimal values have to be obtained. Moreover. In these systems the optimal condition has to be find with small computation burden, high accuracy, and relatively fast in real time. In this paper, a novel approach is proposed to find the minimum value of the total cost for the energy consumption in smart grids, in which the total cost is considered as uncertain objective function. The advantages of this technique are its stability, fast convergence, insensitivity with respect to initial condition and real time implementation. Some simulation results are provided to show the effectiveness of the proposed approach.

    Keywords: Smart grids, unknown objective function, extremum seeking control, real time analysis, parameter estimation
  • Maryam Khodabakhsh, F. Jafarinejad *, M. Rahimi, M. Ghayoomi Pages 149-158
    Easy access to social media enables users to express their opinions and ideology about various topics like news, videos, and personalities freely, without any fear, and often in an offensive manner. It is a vital task to detect comments with offensive language on social media platforms and relies on a complete and comprehensive tagged dataset. Therefore, in this paper, we introduce and make publicly available PerBOLD, a new Persian comment dataset collected from Instagram as a popular platform among Iranian. We follow a two-level manual annotation process in order to determine whether a comment has offensive language or not and fine-grained tags of different types of offensive language. Furthermore, we present some interesting aspects of data and analysis them.
    Keywords: Keywords Natural language processing, offensive language, social media, annotation