فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال بیست و یکم شماره 3 (پیاپی 80، پاییز 1402)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال بیست و یکم شماره 3 (پیاپی 80، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/28
  • تعداد عناوین: 7
|
  • عبدالله میرزابیگی، علی کاظمی *، مهدی رمضانی، سید محمد عظیمی صفحات 141-154

    در بسیاری از روش های کنترلی ریزشبکه برای پایداری و سنکرون سازی ولتاژ و فرکانس از اطلاعات خروجی سنسورها و عملگرهای منابع تولید پراکنده همجوار استفاده می شود. بسیاری از مشکلات مانند اختلالات، عدم قطعیت، دینامیک مدل نشده، حملات سایبری، نویز، تاخیر و خطاهای اندازه گیری، مشکلات داده نامعتبر و خطا را در سیستم ایجاد می کند. کنترل بهتر ریزشبکه به کیفیت داده های اندازه گیری شده و یا ارسال شده از خروجی سنسورها و عملگرها بستگی دارد. در این مقاله با توجه به مزیت های روش کنترلی سلسله مراتبی توزیع شده اشتراکی از آن برای کنترل و سنکرون سازی در ریزشبکه جزیره ای با حضور خطای سنسوری و عملگری استفاده می گردد. برای سنکرون سازی منابع تولید پراکنده با سیستم های چندعامله و شبکه ارتباطی با تیوری گراف مدل می گردد. به منظور پایدارسازی و سنکرون سازی، خطای سنسوری و عملگری در مدل منابع تولید پراکنده فرمول بندی ریاضی می شود. در اثبات پایداری و سنکرون سازی تابع لیاپانوف مناسب ارایه شده و شرایط پایداری و سنکرون سازی اثبات می گردد. در نهایت برای نشان دادن کارایی کنترل کننده طراحی شده در حل مشکلات کانال ارتباطی و تایید تیوری ارایه شده، یک مدل نمونه با وجود خطا و حمله سایبری سنسوری و عملگری در محیط نرم افزار متلب/ سیمولینک شبیه سازی می شود.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، خطای سنسوری و عملگری، حمله سایبری سنسوری و عملگری، سیستم های چندعامله، کنترل سلسه مراتبی توزیع شده اشتراکی، سنکرون سازی، پایداری لیاپانوف
  • رضا محمدی نیک، محمدرضا علیزاده پهلوانی، آرش دهستانی کلاگر * صفحات 155-166

    سیستم های درایو دوموتوره به دلیل مزایای بسیاری از جمله کاهش ابعاد و هزینه، به طور گسترده مورد استقبال قرار گرفته است. در این مقاله، روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل (MPC) برای سیستم درایو دوموتوره تغذیه شده با اینورتر پنج ساق (FLI) معرفی شده است. از جمله مزایای روش MPC می توان ردیابی مستقل و سریع متغیرهای کنترلی و نیز حذف ساختارهای کنترل آبشاری وابسته به مدولاتور را برای سیستم های چندموتوره نام برد. در روش های MPC مرسوم، جهت کنترل سرعت از حلقه های PI جهت تولید سیگنال مرجع استفاده می شود. حلقه های PI، معایبی همچون پاسخ زمانی با تاخیر قابل توجه و همچنین محدودیت طراحی ضرایب PI با توجه به ساختار FLI را به همراه دارند. در این مقاله با استفاده از روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل چندهدفه متناسب با سرعت و جریان (MOMPC)، حلقه های کنترلی PI حذف شده است. یکی از چالش های این ساختار نحوه اختصاص ولتاژ لینک DC به موتورها است. بدین منظور، با تعریف دوره عملکرد متناسب با ولتاژ حالت دایمی موتورها، ولتاژ لینک DC اینورتر بین موتورها تفکیک می شود. علاوه براین، با به کارگیری این روش، اهداف کنترلی دو موتور، مجزاء از یکدیگر شده که این کار موجب کاهش ریپل گشتاور و ریپل جریان موتورها می شود.

    کلیدواژگان: کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، درایو چندموتوره، کاهش ریپل گشتاور، اینورتر پنج ساق
  • کتایون رهبری، سید علی حسینی * صفحات 167-177

    استفاده از مدارات چندسطحی می تواند باعث کاهش اتصالات داخل تراشه شود. کاهش اتصالات داخل تراشه ها باعث کاهش حجم تراشه و اتلاف توان در اتصالات می گردد. در سال های اخیر با توجه به توانایی نانوالکترونیک در طراحی مدارات چندسطحی، تحقیقاتی در این زمینه رونق گرفته است. مدارات ترتیبی، فلیپ فلاپ ها از اجزای مهم پردازنده ها و مدارات VLSI هستند. در این مقاله برای اولین بار، فلیپ فلاپ سه سطحی با پالس ژنراتور پیشنهاد گردیده و همین طور فلیپ فلاپ دیکد باینری به سه سطحی و نیز اولین فلیپ فلاپ با استفاده از بافر معرفی شده و سپس این فلیپ فلاپ ها با خودشان و مدارات قبلی مقایسه شده اند. همچنین از این فلیپ فلاپ ها در طراحی شمارنده سه سطحی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی با نرم افزار HSPICE بیانگر عملکرد صحیح مدارات پیشنهادی می باشد. در مدل فلیپ فلاپ پالس ژنراتور STI %20، در فلیپ فلاپ SP %30 و در فلیپ فلاپ با بافر 30% بهبود در تاخیر و کاهش در تعداد ترانزیستور وجود دارد. همین طور در جدول مقایسه، مزایا و معایب هر کدام مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: فلیپ فلاپ، مدارات سه سطحی، ترانزیستور نانوکربنی
  • مهدی یوسفی طبری، زهرا رحمانی *، علی وحیدیان کامیاد، سید جلیل ساداتی صفحات 178-186

    سیستم های تاخیر زمانی در چند دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند و بسیاری از آنها در سیستم ها و شاخه های مختلف علوم مانند مهندسی، شیمی، فیزیک و مدل های بیماری ظاهر می شوند. وجود تاخیر، تحلیل و کنترل چنین سیستم هایی را بسیار پیچیده تر می کند. استفاده از اصل حداکثر پونتریاگین برای مسایل کنترل بهینه با تاخیر زمانی منجر به یک مساله مقدار مرزی می شود که شامل هر دو شرایط تاخیر و تقدم است. در این مقاله، یک مساله کنترل بهینه با تاخیر زمانی را در نظر می گیریم. در بخش اول ابتدا با استفاده از اصل حداکثر پونتریاگین برای مسایل کنترل بهینه با تاخیر زمانی، شرایط بهینه لازم را برای این مساله به دست می آوریم و سپس الگوریتمی جدید برای حل عددی این مساله ارایه می گردد که بر پایه یک تقریب برای مشتقات و درون یابی خطی برای جملات تاخیر است. نهایتا معادلات حاصل به یک مساله برنامه ریزی خطی تبدیل می شوند که می توان آنها را به صورت عددی حل نمود. کارایی روش پیشنهادی با شبیه سازی عددی مورد ارزیابی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: کنترل بهینه، سیستم های تاخیری، اصل حداکثر پونتریاگین
  • مرتضی سعید، حامد زین الدینی میمند * صفحات 187-196

    ترانسفورماتورها از گران ترین و مهم ترین تجهیزات در سیستم های قدرت هستند که تحت تاثیر تنش های الکتریکی، حرارتی و واکنش های شیمیایی می باشند. شاخص سلامت ترانسفورماتور معیاریست که با استفاده از داده های آزمایشگاهی و بازرسی های میدانی برای ارزیابی وضعیت و تعیین عمر باقیمانده ترانسفورماتور از آن استفاده می شود. هدف از این مقاله به صورت یک ایده جدید، تعیین روابط بین پارامترهای الکتریکی، فیزیکی، شیمیایی روغن، گازهای محلول در روغن و شاخص سلامت ترانسفورماتور می باشد. یکی از مزایای استفاده از روش رگرسیون در تحلیل داده های ترانسفورماتور نسبت به روش های دیگر برای تعیین شاخص سلامت ترانسفورماتور، تعیین تاثیرپذیری پارامترهایی است که بیشترین تاثیر را بر یکدیگر دارند از جمله: 1) معرفی رطوبت به عنوان پارامتری که بیشترین نقش را در کاهش ولتاژ شکست روغن دی الکتریک و شاخص سلامت ترانسفورماتور دارد. 2) تعیین وجود رابطه معکوس بین مولفه اسید و مولفه فورفورال. 3) تعیین فورفورال به عنوان پارامتری که بیشترین نقش را در کاهش کشش سطحی (به هم پیوستگی مولکول های) روغن دارد. 4) تعیین گاز CO به عنوان گازی که بیشترین نقش را در تولید مولفه فورفورال دارد. 5) تعیین گاز 2H2C به عنوان گازی که بیشترین نقش را در تولید مولفه اسید دارد. در این مقاله از روش رگرسیون تخمین منحنی استفاده شده و نتایج با رسم نمودارها توسط نرم افزار آماری SPSS برای تحلیل پارامترها ترسیم گردیده است. برای انجام شبیه سازی ها داده های آزمایشگاهی مربوط به 120 عدد ترانسفورماتور در نظر گرفته شده است.

    کلیدواژگان: رگرسیون تخمین منحنی، شاخص سلامت ترانسفورماتور، گازهای محلول در روغن
  • رضا درویش خلیل آبادی، امیر باوفای طوسی * صفحات 197-204

    امروزه، طراحان سیستم های مدرن دیجیتال و آنالوگ به منظور افزایش کارایی سیستم از چندین سطح ولتاژ در یک مدار استفاده می کنند. برای تبدیل سطوح ولتاژ در مدارهای با کارایی بالا، استفاده از مدارهای مبدل سطح ولتاژ با سرعت بالا و مصرف کم ضروری است. در این مقاله، یک مدار مبدل سطح ولتاژ با کارایی بالا با نام LSBB ارایه می گردد که از سه بخش اریب سازی بدنه، مدار آینه جریان و مدار بالاکشنده و پایین کشنده تشکیل شده است. ایده اصلی این طراحی، استفاده از مدار اریب ساز برای وابسته کردن پایه بدنه ترانزیستورهای طبقات ورودی به ولتاژ VDDL است. این وابستگی منجر به تغییرات ولتاژ آستانه و در نتیجه تغییر تاخیر و توان مصرفی در راستای افزایش کارایی مدار می گردد. پیاده سازی در فناوری 180 نانومتر TSMC و شبیه سازی با مقدار VDDL برابر با 4/0 ولت، VDDH معادل 8/1 ولت و فرکانس ورودی 1 مگاهرتز حاکی از عملکرد صحیح و با کارایی بالای مدار پیشنهادی دارد. مقادیر تاخیر 9/21 نانوثانیه، توان مصرفی 129 نانووات و حاصل ضرب توان- تاخیر برابر با 2825 نانووات در نانوثانیه، موید کارایی بالای مدار پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: مبدل سطح ولتاژ، کارایی بالا، توان مصرفی پایین، اریب سازی بدنه و آینه جریان
  • آرمان صحت نیا، فرزاد هاشم زاده *، مهدی برادران نیا صفحات 205-211

    در این مقاله پیامد حضور تاخیر در سیگنال سوییچ برای سیستم های سوییچینگ خطی تبار بررسی می شود. ابتدا بر اساس اصول پایداری، روند استخراج سیگنال سوییچ به عنوان تنها ورودی کنترلی بررسی شده و سپس با ارایه مبحث پایداری عملی برای سیستم های سوییچ دار، دیدگاه واقع گرایانه تری نسبت به این سیستم ها مطرح می شود. تمرکز اصلی مقاله بر روی تاثیر تاخیر در انتقال اطلاعات سیگنال سوییچ خواهد بود. حضور تاخیر محدود در سیگنال سوییچ معمولا ناشی از حجم بالای محاسبات قانون سوییچ زنی و یا هر گونه حمله سایبری است. در این مقاله نتایج پایداری عملی لیاپانوف مربوط به حالات قبل و بعد از حضور تاخیر در سیگنال برای یک سیستم سوییچینگ خطی تبار به صورت تحلیلی و شبیه سازی مقایسه می شوند. نتایج مقایسه این حالت ها نشان دهنده آن است که با افزایش تاخیر محدود در سیگنال سوییچ، کران غایی سیستم هم بزرگ تر می شود و این به معنی کاهش همگرایی حالت های سیستم است. در این راستا نتایج به دست آمده برای یک مبدل قدرت DC-DC پیاده سازی و مقایسه های لازم در فصل آخر ارایه می شود.

    کلیدواژگان: سیستم های سوییچینگ خطی تبار، سیگنال سوییچ زنی، تاخیر محدود، پایداری عملی لیاپانوف
|
  • Abdollah Mirzabeigi, Ali Kazemy *, Mehdi Ramezani, Seyed Mohammad Azimi Pages 141-154

    In many microgrid control methods, the output information of sensors and actuators of neighbouring distributed generators (DGs) is used to stabilize and synchronize voltage and frequency. Many problems such as disturbances, uncertainty, unmodeled dynamics, cyber-attacks, noise, time delay, and measurement errors cause invalid data problems and errors in the system. Better microgrid control depends on the quality of data measured or sent from the output of sensors and actuators. In this paper, according to the advantages of the Cooperative distributed hierarchical control, it is used for control and synchronization in the islanded microgrid with the presence of sensor and actuator error. To synchronize DGs with multi-agent systems and communication channels, it is modeled with graph theory. To stabilize and synchronize, sensor and actuator error in the DG model is mathematically formulated. In the proof of stability and synchronization, the appropriate Lyapunov candidate is presented and the conditions of stability and synchronization are proved. Finally, to show the effectiveness of the designed controller in solving communication channel problems and verifying the presented theory, a case study is simulated in the MATLAB/Simulink software environment with the presence of error and cyber-attack of sensors and actuators.

    Keywords: Microgrids, Sensor, actuator fault, sensor, actuator cyber-attacks, multi-agent systems, cooperative distributed hierarchical control, synchronization, Lyapunov stability
  • Reza Mohammadi Nik, MohammadReza Alizadeh Pahlavani, Arash Dehestani Kolagar* Pages 155-166

    Dual-motor drive systems have been widely favored due to many advantages, including reduced dimensions and cost. In this paper, a model-based predictive control (MPC) method for a dual-motor drive system fed by a five-leg inverter (FLI) is introduced. Among the advantages of the MPC method, the independent and fast tracking of reference control variables and the elimination of cascade control structures dependent on the modulator for multi-motor systems can be mentioned. PI loops have disadvantages such as delayed time response, as well as design limitations of PI coefficients due to the FLI structure. In this paper, using the predictive control method based on the multi-objective model proportional to speed and current (MOMPC), the PI control loops have been removed. One of the challenges of this structure is how to allocate the DC link voltage to the motors. For this purpose, by defining the duty cycle corresponding to the steady-state voltage of the motors, the DC link voltage of the inverter is shared between the motors. In addition, by using this method, the control objectives of two motors become independent from each other, which reduce the torque ripple and current ripple of the motors.

    Keywords: Model predictive control, Multi-motor drive, Reduction of torque ripple, Five-leg inverter
  • katayoun rahbari, seyed ali hosseinoi * Pages 167-177

    Using multi-valued logic can reduce chip interconnections, which can have a direct effect on chip area and interconnections power consumption. In recent years, due to the ability of Nano electronics in the design of multi-level circuits, research in this field has flourished. The sequential circuits, flip-flops are important components of processors and VLSI circuits. In this paper, for the first time, a ternary flip-flop with a pulse generator has been proposed, and also a ternary binary-decode flip-flop and the first flip-flop using a buffer have been introduced. Then these flip-flops are compared with themselves and previous circuits. Also, these flip-flops have been used in the design of the ternary counter. The simulation results with HSPICE software show the correct performance of the proposed circuits. There is a 20% improvement in delay and a reduction in the number of transistors in the STI pulse generator flip-flop model, 30% in the SP flip-flop, and 30% in the buffer flip-flop. Also, in the comparison table, the advantages and disadvantages of each have been examined.

    Keywords: Flip-flop, Ternary Circuits, Carbon Nanotube Transistor
  • Mehdi Yousefi Tabari, Zahra Rahmani *, Ali Vahidian Kamyad, Seyed Jalil Sadati Pages 178-186

    Time-delay systems have been very much considered in the last few decades. Many of these time-delay systems appear in different systems and branches of science such as engineering, chemistry, physics, disease models. The presence of delay makes the analysis and control of such systems much more complicated. In fact, the application of Pontryagin’s maximum principle to the optimal control problems with time-delay results in boundary value problem involving both delay and advance terms. In this paper, we consider a time-delay optimal control problems. The first section, using the Pontryagin's maximum principle for optimal control problems with time delay, the necessary optimality conditions for this problem, are obtained. Then a new algorithm is proposed to solve this problem numerically. This algorithm is based on an approximation for derivatives and linear interpolation for delayed arguments. Finally, the resulting equations becomes a linear programming problem that can be solved numerically. The efficiency of the proposed method is evaluated by solving several numerical examples.

    Keywords: Optimal control, time delay systems, Pontryagin's maximum principle
  • Morteza Saeid, Hamed Zeinoddini-Meymand * Pages 187-196

    Transformers are one of the most expensive and important equipment in power systems that are under the influence of electrical, thermal and chemical reactions The transformer health index is a standard that is used to evaluate the condition and determine the remaining life of the transformer by using laboratory data and field inspections. The purpose of this article is to determine the relationships between electrical, physical, chemical parameters of oil, dissolved gases in oil and transformer health index. One of the advantages of using the regression method in the analysis of transformer data compared to other methods for determining the transformer health index is determining the influence of the parameters that have the greatest impact on each other. In this article, Curve Estimation Regression method is used and the results are drawn by drawing graphs by SPSS statistical software to analyze the parameters. To carry out the simulations, the laboratory data of some transformers have been considered.

    Keywords: Curve estimation method, Transformer health index, Dissolved gas analysis
  • Reza Darvish khalilabadi, amir bavafa toosi * Pages 197-204

    Designers of modern digital and analog systems have been using multiple voltage levels in one circuit to increase performance. To convert voltage levels in high-performance circuits, it is necessary to use voltage level shifter (LS) circuits with high speed and low power consumption. In this article, a high-performance LS circuit called LSBB (Level Shifter based on Body Biasing) is presented. LSBB consists of three parts: body biasing, current mirror circuit, and pull-up and pull-down circuit. The main idea of this design is to use the biasing circuit to depend on the base of the body of the transistors of the input stages to the VDDL voltage. This dependence leads to changes in the threshold voltage and as a result changes in the delay and power consumption to increase the performance of the circuit. Implementation in 180 nm TSMC technology and simulation with VDDL equal to 0.4 V, VDDH equal to 1.8 V and input frequency 1 MHz indicates the correct operation and high-performance of the proposed circuit, the delay values are 21.9 nS, the power consumption is 129 nW and the PDP equal to 2825 nW*nS confirms the high-performance of LSBB.

    Keywords: Voltage level shifter, low power consumption, body biasing, current mirror
  • Arman Sehatnia, F. Hashemzadeh *, Mahdi Baradarannia Pages 205-211

    In this article, the consequence of the presence of delay in the switch signal for switched affine systems is investigated. First, based on the principles of stability, the process of extracting the switch law as the only control input is examined, then by presenting the practical stability issue for switched systems, more realistic view of these systems is proposed. The main focus of the article will be on the effect of delay in the transmission of switching signal information. The presence of limited delay in switching signal is usually caused by high volume of switching law calculations or any cyber attacks. In this paper, the practical Lyapunov stability results related to the states before and after the presence of delay in switching signal for a linear switched affine system are compared analytically and simulated. The results of the comparison of these modes show that when the value of delay in switching signal increases, the ultimate limit of the error for system states becomes larger, and this means a decrease in the convergence of the system states. In this regard, the results implemented for a DC-DC power converter and the necessary comparisons are presented in the last chapter.

    Keywords: Switched Affine Systems, Practical Stability, Delay in Switching signal, DC-DC Converters