فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق
سال پنجاه و سوم شماره 3 (پیاپی 105، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • معصومه پورعزت، پیوند قادریان*، حامد داننده حصار صفحات 159-170

    آپنه خواب انسدادی یک اختلال شایع تنفسی در حین خواب است که می تواند عواقب منفی قابل توجهی بر کیفیت زندگی و عملکرد روزانه افراد داشته باشد. در حال حاضر، پلی سومنوگرافی استاندارد اصلی تشخیص آپنه خواب است که نمی تواند انتظارات یک تشخیص سریع و اقتصادی را با تحلیل چندین سیگنال به صورت همزمان تامین کند. در این راستا توسعه الگوریتم های تشخیصی خودکار، قابل اعتماد و مقرون به صرفه حایز اهمیت است. از این رو در این مطالعه، با هدف تشخیص رویدادهای آپنه خواب انسدادی، یک الگوریتم تشخیص خودکار بر اساس تحلیل تک لید سیگنال الکتروکاردیوگرام ارایه شده است. بدین منظور از یک روش تطبیقی جدید مبتنی بر تجزیه فوریه تجربی و استخراج ویژگی های آماری و بعد فرکتال از توابع باند ذاتی فوریه سیگنال به همراه الگوریتم انتخاب ویژگی ReliefF و طبقه بند جنگل تصادفی استفاده شده است. روش تجزیه فوریه تجربی می تواند به عنوان یک ابزار جدید تجزیه سیگنال قابلیت مناسبی در استخراج نوسانات مرتبط با اجزای غیر ایستای سیگنال ارایه دهد. در این مطالعه جهت بررسی قدرت تشخیص روش پیشنهادی از پایگاه داده Apnea-ECG که شامل 70 ثبت از سیگنال الکتروکاردیوگرام تک کانال می باشد، استفاده شده است. نتایج حاصل نشان داده است که الگوریتم پیشنهادی قادر به تشخیص رویدادهای آپنه خواب انسدادی با مقادیر صحت 03/88%، حساسیت 44/83% و اختصاصیت 84/90% می باشد. صحت بالای نتایج به دست آمده به همراه تعداد ویژگی های مناسب نشان دهنده مصالحه بین دقت و تعداد ویژگی های استخراج شده می باشد که منجر به بار محاسباتی مناسب الگوریتم پیشنهادی می گردد که استفاده آن را در کاربردهای کلینیکی ممکن می سازد.

    کلیدواژگان: آپنه خواب انسدادی، سیگنال الکتروکاردیوگرام، تجزیه فوریه تجربی
  • یاسر دامچی، جواد صائبی* صفحات 171-182
    یکی از مهمترین تصمیمات در سیستم های قدرت، مدیریت بهینه دارایی هاست. مدیریت دارایی در شرکت های توزیع عمدتا بر مبنای بهبود قابلیت اطمینان سیستم صورت می گیرد. با این وجود، نگرانی های شرکت های توزیع تنها به بهبود قابلیت اطمینان شبکه تحت بهره برداری محدود نمی شود. معیارهای مهم دیگری مرتبط با ریسک که کسب و کار آنها را تهدید می کند می تواند بر تصمیم گیری برنامه ریزی فعالیت های تعمیرات و نگهداری (نت) تاثیرگذار باشد که به عنوان ریسک نامشهود تعریف می گردد. این ریسک ها عمدتا شامل ایمنی کارکنان، اثرات زیست محیطی و اعتبار شرکت می باشد. بنابراین، لحاظ نمودن شاخص های ریسک نامشهود در مساله برنامه ریزی نت، در کنار در نظرگرفتن شاخص های ریسک مشهود (شاخص های قابلیت اطمینان و هزینه)، حایز اهمیت است که تاکنون در مطالعات بررسی نشده است. بنابراین در این مقاله، در راستای دستیابی به کاربرد مدیریت ریسک در مدیریت دارایی ها در سیستم های توزیع انرژی الکتریکی، مدل برنامه ریزی نت پیشگیرانه مبتنی بر ریسک با در نظرگرفتن شاخص های ریسک مشهود و نامشهود پیشنهاد شده است. مدل پیشنهادی بر روی یک فیدر نمونه از شبکه توزیع خراسان شمالی پیاده سازی شده است. برنامه ریزی نت پیشگیرانه مبتنی بر ریسک برای یک دوره 5 ساله برای فیدر مورد مطالعه و تاثیرگذاری آن در مدیریت دارایی های شرکت ارایه شده است. نتایج حاکی از کاهش 23 درصدی هزینه های نت شرکت توزیع خراسان شمالی با استفاده از روش نت پیشنهادی در مقایسه با روش های موجود می باشد.
    کلیدواژگان: تعمیرات و نگهداری، ریسک، قابلیت اطمینان، سیستم توزیع، بهینه سازی، مدیریت دارایی
  • فهیمه دباغی زرندی، زینب موحدی* صفحات 183-195
    در سال های اخیر، با توجه به افزایش استفاده از اینترنت، میزان انرژی مصرفی زیرساخت های شبکه های ارتباطی و به تبع آن هزینه های اقتصادی و دی اکسیدکربن تولید شده به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. از این رو، امروزه مسیله مخابرات سبز در راستای کاهش هزینه های اقتصادی و آلودگی های زیست محیطی مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در این مقاله، یک روش توزیع شده مبتنی بر زمان بندی خواب پیشنهاد شده است که تعدادی از گره ها و لینک های شبکه را در ساعات کم ترافیک به منظور ذخیره سازی انرژی خاموش می کند. به این منظور، روش پیشنهادی بر اساس مسیله پوشش راسی و رخداد مولفه ها در شبکه، تعدادی از گره ها را برای خاموشی انتخاب می کند. سپس، تعدادی از لینک های کم رخداد به شرط ارضای حداقل کارایی شبکه از پیش تعریف شده، از گراف شبکه حذف می شوند. روش پیشنهادی به هیچ کنترل گر مرکزی وابسته نیست و با توجه به عدم استفاده از ماتریس ترافیک شبکه و بهره گیری از اطلاعات ارسال شده توسط پروتکل های مسیریابی وضعیت-لینک، سربار ترافیکی و محاسباتی کمی دارد. نتایج بدست آمده حاصل از شبیه سازی با استفاده از سناریوی شبکه واقعی نشان می دهد که روش پیشنهادی ضمن ذخیره سازی انرژی قابل توجه، کارایی شبکه ای بالاتری را نسبت به روش های مشابه تضمین می نماید.
    کلیدواژگان: مخابرات سبز، زمان بندی خواب، آگاهی از انرژی، بهینه سازی انرژی، رخداد لینک و گره، پوشش راسی
  • محراب رستمی، مریم شهریاری کاهکشی*، هادی آروین صفحات 197-207
    این مقاله به طراحی یک کنترل کننده سطح دینامیکی بهبود یافته تطبیقی برای کلاسی از سیستم های غیرخطی نامعین در حضور هیسترزیس ورودی و جهت کنترلی نامعین می پردازد. در ساختار پیشنهادی فرض می شود که توابع به ازای در دینامیک سیستم و هم چنین پارامترهای محدودیت ورودی نامعین هستند. لذا برای طراحی کنترل کننده، ابتدا توابع نامعین در دینامیک سیستم توسط سیستم فازی به عنوان یک تقریب زن خطی شناسایی می-شود. سپس، کنترل کننده سطح دینامیکی بهبودیافته پیشنهادی بر اساس مدل فازی سیستم طراحی می گردد. در کنترل کننده پیشنهادی از تابع نوع ناسبام برای غلبه بر جهت کنترلی نامعین استفاده می شود. هم چنین برای حذف معضل "انفجار جملات" در روش پسگام و حذف حساسیت به ثابت زمانی فیلترها در روش کنترل سطح دینامیکی متداول، از مشتق گیر ردیابی غیرخطی برای محاسبه مشتق ورودی های مجازی استفاده می شود. بعلاوه با در نظر گرفتن نرم پارامترهای قابل تنظیم در مدل فازی به عنوان پارامتر تطبیقی، تعداد پارامترهای تطبیقی و در نتیجه حجم محاسبات برخط به میزان چشم گیری کاهش پیدا می کند. تحلیل پایداری کنترل کننده پیشنهادی تضمین می کند که تمامی سیگنال های سیستم حلقه بسته نهایتا به صورت یکنواخت کراندار هستند. هم چنین قوانین تطبیقی برای تنظیم پارامترها به صورت برخط بر اساس روش لیاپانف پیشنهاد می گردند. نتایج شبیه سازی بر روی دو مثال عددی و کاربردی موید کارایی و عملکرد مناسب کنترل کننده پیشنهادی می باشند.
    کلیدواژگان: کنترل سطح دینامیکی بهبود یافته، هیسترزیس ورودی، جهت های کنترلی نامعین، کنترل کننده فازی تطبیقی
  • رامین شریک آبادی، امیر عبداللهی*، مسعود رشیدی نژاد، مهدی شفیعی صفحات 209-222
    از جمله مزایای خودروهای برقی، قابلیت ذخیره سازی انبوه آن ها می باشد که می تواند به تغییر سبد تولید ساعتی و کاهش هزینه های بهره برداری مسیله برنامه ریزی مشارکت امنیت مقید واحدهای نیروگاهی (SCUC) کمک کند. از طرفی عدم قطعیت موجود در سیستم قدرت، می تواند منجر به رخداد عدم تعادل در تولید و مصرف و در نتیجه آن بروز خاموشی های غیرقابل پیش بینی گردد. بنابراین مطالعات انعطاف پذیری سیستم قدرت از اهمیت ویژه ای برخوردار گردیده است. در این مقاله، تاثیر حضور خودروهای برقی (V2G) به عنوان منبع پاسخگوی سریع، بر شاخص انعطاف پذیری و هزینه بهره برداری سیستم قدرت بررسی شده است. عدم قطعیت خودروهای برقی با استفاده از روش Z-number مدل گردیده است. در واقع این روش تعداد خودروهای موجود در پارکینگ را به عنوان یک متغیر امکانی و احتمالاتی توصیف می کند. بهبود انعطاف پذیری زمانی معقول است که هزینه بهره برداری در حداقل سطح ممکن قرار گیرد. به همین جهت برای رسیدن به سطح انعطاف پذیری مورد انتظار، مسیله برنامه ریزی مشارکت واحدهای نیروگاهی بطور همزمان با درنظر گرفتن قیود امنیت و انعطاف پذیری حل شده است. تحلیل های عددی حاکی از بهبود سطح انعطاف پذیری با حداقل هزینه بهره برداری می باشد. به منظور نشان دادن اثربخشی روش پیشنهادی از سیستم تست 24 باس IEEE استفاده شده است.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی مشارکت امنیت مقید واحدهای نیروگاهی، انعطاف پذیری، خودروی برقی، عدم قطعیت، مدل Z-number
  • فریما مقدم، پیوند قادریان*، موسی شمسی صفحات 223-233
    تشخیص بیماری های عصب تحولی مانند اختلال نقص توجه-بیش فعالی به دلیل تاثیر آن بر کیفیت زندگی انسان، مورد توجه زیادی در مطالعات بالینی قرار گرفته است. این اختلال در اثر عوامل ژنتیکی، ناهنجاری های آناتومیکی و کارکردی مغز ایجاد می شود که می تواند منجر به نقص در ادراک زمان، اختلال در حافظه کاری و بی-توجهی شود. ازآنجایی که بررسی تقارن بین فعالیت های نواحی مختلف مغز ممکن است نقش مهمی در تشخیص زودهنگام این اختلال ایفا کند، کمی سازی شباهت بین سیگنال های مغزی یکی از چالش های موجود در زمینه تشخیص اختلال نقص توجه-بیش فعالی است. هدف از این مطالعه محاسبه تقارن مابین جفت کانال های موجود در نواحی قشری بین نیم کره ای یا درون نیم کره ای مغز است. بدین منظور، الگوریتم جدیدی مبتنی بر تاب خوردگی هیلبرت پویا به صورت ویژگی دو متغیره در مرحله استخراج ویژگی ارایه شده و به جهت بررسی توانایی و قدرت تفکیک پذیری این ویژگی ها در نواحی مختلف مغزی، طبقه بند ماشین بردار پشتیبان پیشنهاد گردیده است. توانایی روش پیشنهادی در ایجاد تمایز مابین مناطق مختلف مغزی نیز بررسی شده است. الگوریتم پیشنهادی به کمک مجموعه داده های سیگنال الکتروانسفالوگرام، شامل 14 کودک بیمار مبتلا به اختلال نقص توجه-بیش فعالی از نوع ترکیبی و 19 کودک سالم که تکالیف بازتولید زمانی را انجام می دادند، ارزیابی شد. این روش در تفکیک افراد بیمار از گروه سالم به میانگین صحت بالای007/0±38/94 درصد دست یافت. نتایج تجربی همچنین عملکرد بهتر روش پیشنهادی را در مقایسه با روش های قبلی تشخیص بیماری نقص توجه-بیش فعالی با استفاده از سیگنال های EEG نشان دادند.
    کلیدواژگان: اختلال نقص توجه-بیش فعالی، سیگنال الکتروانسفالوگرام، ماشین بردار پشتیبان، ویژگی های دو متغیره، تاب خوردگی زمانی پویا، اختلال در ادراک زمان
|
  • Masoumeh Pourezzat, Hamed Danandeh Hesar Pages 159-170

    Obstructive sleep apnea (OSA) is a common sleep-related breathing disorder that can have significant effects on people's quality of life and daily functioning. polysomnography is the gold standard for diagnosing sleep apnea which cannot provide the expectations of a fast and economical diagnosis by analyzing several signals simultaneously. In this regard, the development of automatic, reliable and cost-effective diagnosis algorithms is important. Therefore, in this study, with the aim of diagnosing obstructive sleep apnea events, an automatic diagnostic algorithm based on single-lead Electrocardiogram (ECG) signal has been proposed. For this purpose, a new adaptive method based on Empirical Fourier Decomposition (EFD) and extraction of statistical and fractal dimension features from the Fourier Intrinsic Band Functions (FIBF) of the signal along with the ReliefF selection algorithm and Random Forest classification has been used. Empirical Fourier Decomposition can be a new tool for signal decomposition, which provides a suitable capability in extracting oscillations related to non-stationary components of the signal. In order to evaluate the proposed algorithm, the Apnea-ECG database, which contains 70 recordings of single-channel ECG signals, has been used. The results have shown that the proposed algorithm is able to detect obstructive sleep apnea events with %88.03 accuracy, %83.44 sensitivity, and %90.84 specificity. The high accuracy of the obtained results along with the number of suitable features indicates a compromise between the accuracy and the number of extracted features, which leads to a suitable computational load for the proposed algorithm, which makes it possible to use it in clinical applications.

    Keywords: Obstructive sleep apnea (OSA), Electrocardiogram (ECG) signal, Empirical Fourier Decomposition (EFD)
  • Y. Damchi, J. Saebi * Pages 171-182
    One of the most important decisions in power systems is the optimal management of assets. Asset management in power distribution companies is mainly based on improving system reliability. Nevertheless, the concerns of distribution companies are not be limited to improving the reliability of the network. Other important criteria related to the risks that threaten their business can influence decision to plan maintenance programs, which are defined as intangible risks. These risks mainly include safety, environmental effects and company reputation. Hence, it is important to include the intangible risk index in the asset management decision-making problem, along with improving the tangible risk index (reliability index), which is not studied in research studies. In this paper, in order to achieve the application of risk management in asset management in electrical energy distribution systems, a risk-based preventive maintenance planning model is proposed from the perspective of tangible and intangible risk indices. The proposed model is applied to a sample feeder from the North Khorasan distribution network in Iran. Risk-based preventive maintenance planning for a 5-year period for the studied feeder and its impact on the company's asset management are presented. The results showed that, using the proposed model, the maintenance costs are decreased by 23 percent compared to existing methods.
    Keywords: Maintenance, Risk, reliability, distribution system, optimization, Asset management
  • Fahimeh Dabaghi Zarandi, Zeinab Movahedi * Pages 183-195
    In recent years, due to the increase in internet usage, the energy consumption of communication networks' infrastructures has been significantly increased, resulting in more monetary costs and carbon pollution. To address this challenge, green communication is investigated in order to reduce economic costs and environment pollution of ICT section. In this paper, a distributed sleep-scheduling method is proposed that switches off some network links and nodes in order to save energy during low traffic periods. The proposed approach selects switching-off nodes based on vertex cover problem and the occurrence of their related links. Then, some low-occurrent links in the new topology are switched off if the network performance remains satisfied. The proposed approach does not depend on any central controller and imposes minimum computing and network traffic overload since it does not use the network matrix and profits from the information already provided by link-state protocols. Simulation results performed on real network scenarios show that our proposed technique allows higher network performance compared to other green alternatives, while a significant amount of energy conservation is achieved.
    Keywords: Green communication, Sleep-scheduling, Energy awareness, Energy efficiency, Link, node occurrence, Vertex cover
  • M. Rostami, M. Shahriari-Kahkeshi *, H. Arvin Pages 197-207
    This paper designs an adaptive improved dynamic surface controller for a class of uncertain nonlinear systems in the presence of input hysteresis and uncertain control direction. It is assumed that nonlinear functions in the system dynamics and parameters of the input nonlinearity are uncertain. At first, uncertain dynamics of the system is identified by the fuzzy system as a linear approximator. Then, the proposed improved dynamic surface controller is designed. In the proposed controller, a Nussbaum-type function is used to deal with the uncertain control direction problem. Also, for eliminating the “explosion of complexity” problem in the backstepping approach and sensitivity to the time constant of the filters in the dynamic surface control approach, a nonlinear tracking differentiator is used to obtain the virtual inputs derivative. Furthermore, by considering the norm of the adjustable parameters as an adaptive parameter, number of adaptive parameters and consequently computational burden are decreased considerably. Stability analysis of the proposed controller guarantees that all of the closed-loop signals are uniformly ultimately bounded. Also, adaptive laws for online tuning of adjustable parameters are proposed based on the Lyapunov method. Simulation results on two numerical and application examples verify the effectiveness and proper performance of the proposed controller.
    Keywords: Improved dynamic surface control, Input hysteresis, Unknown control directions, Adaptive fuzzy control
  • R. Sharikabadi, A. Abdollahi *, M. Rashidinejad, M. Shafiee Pages 209-222
    One of the advantages of electric vehicles is their mass storage capability, which can help to change the hourly generation portfolio and reduce the operating costs of the SCUC scheduling problem. On the other hand, the uncertainty in the power system can lead to an imbalance in production and consumption, and as a result, unpredictable blackouts. Therefore, studies of the flexibility of the power system have gained particular importance. In this paper, the effect of Vehicle-to-grid (V2G) on the flexibility index and operating cost of the power system has been investigated as it’s considered a quick response source. The uncertainty of electric vehicles (EVs) has been modeled using the Z-number method. In fact, this method describes the number of v2g capable charging stations in each parking lot as a probabilistic–possibilistic variable. Improving flexibility is reasonable when operating costs are at the lowest possible level. For this reason, in order to reach the expected level of flexibility, the SCUC problem has been solved, considering security and flexibility, and the numerical analysis shows the improvement of the level of flexibility with the minimum cost of operation. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed method, the IEEE 24-bus test system has been used.
    Keywords: Security-Constrained Unit Commitment, flexibility, Vehicle-to-grid, uncertainty, Z-number model
  • F. Moghaddam, P. Ghaderyan *, M. Shamsi Pages 223-233
    The diagnosis of neurodevelopmental diseases, such as attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD), has gained great attention in clinical studies due to its effect on the quality of human life. This disorder is caused by genetic factors, and anatomical and functional brain abnormalities, which can lead to timing deficits, working memory impairments, and inattention. Since the investigation of symmetry between activities of different brain regions may play an important role in the early diagnosis of this disorder, similarity quantification between brain signals is one of the existing challenges in the field of ADHD detection. The goal of this study is to compute symmetry between certain cortical areas from inter-hemispheric or intra-hemispheric channel pairs. For this purpose, a new algorithm based on dynamic time warping as a bivariate feature extraction step and support vector machine (SVM) classifier has been proposed. The proposed method's ability in distinct brain regions has also been explored.The proposed methods have been evaluated on electroencephalogram (EEG) recordings of 14 ADHD children and 19 age-matched healthy controls performing a time-reproduction task. It has achieved high average accuracy rates of 94.38±0.007 in discriminating between healthy controls and patients with ADHD. The experimental results have also demonstrated the superior performance of the proposed method in comparison with previous ADHD detection methods using EEG signals.
    Keywords: ADHD, EEG Signals, Support Vector Machine, Bivariate Features, Dynamic time warpping, Timing Deficits
  • Z. Sohrabi *, M. Zare Pages 235-243
    This paper presents a Transimpedance Amplifier (TIA) for high sensitivity Near Infrared Spectroscopy (NIRS). The proposed TIA is based on the Regulated Cascode (RGC) structure with an extra transistor employed to implement additional feed-forward path and achieve higher gain values. The extra transistor senses a partially amplified input signal, available in the conventional circuit, and conveys an additional ac current into the load, which provides a higher gain. In addition, a bandwidth extension method is introduced using a capacitor and resistor, which can improve amplifier’s bandwidth by 40%. The proposed TIA is designed in 0.18µm CMOS technology and achieves a transimpedance gain of 101.9dB with a -3dB bandwidth of 91.2 MHz considering 2pF of photodiode capacitance at the TIA input. The input referred noise is 4.4pA/√Hz while dissipating 151µW power.
    Keywords: Transimpedance amplifier, Regulated Cascode, high-gain, bandwidth extension, NIRS