فهرست مطالب

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 80 (بهار 1404)

  • تاریخ انتشار: 1404/01/01
  • تعداد عناوین: 20
|
  • سید مصطفی نصرت آبادی*، علی پیوند، مرتضی جدیدالاسلام صفحات 1-19
    امروزه با توجه به نگرانی آلودگی و گازهای گلخانه ای، تولید یک انرژی پاک و استفاده از انرژی های تجدیدپذیر به بهترین نحو (با بازدهی بالا) مسئله بسیار مهمی است. اگر چه همیشه اهداف اقتصادی از اهداف زیست محیطی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، اما در این مقاله، در برنامه ریزی بهینه پیشنهادی سیستم در شبکه میکروانرژی ملاحظات بیشتری به منظور در نظرگیری مسئله زیست محیطی صورت گرفته است. این سیستم بهینه، سیستم هاب انرژی را که بخش اصلی شبکه میکروانرژی است، به صورت شبکه مبتنی بر CCHP که با انرژی های تجدیدپذیر ترکیب شده است، مورد مطالعه قرار می دهد. این سیستم از سه هاب انرژی و دستگاه های ذخیره ساز و مبدل انرژی استفاده می کند. از این رو در این مقاله، یک چارچوب برنامه ریزی چندمرحله ای برای سیستم هاب انرژی و برای بهینه کردن عملکرد آن شامل کاهش آلودگی و هزینه عملیاتی پیشنهاد شده است. در این مدل برای توان تولیدی توسط منابع انرژی تجدیدپذیر حدود بالا و پایین در نظر گرفته شده است تا بیانگر احتمال انقطاع توان به دلیل نوسانات آن ها باشد. همچنین، با در نظر گرفتن چندین تابع هدف میتوان شرایط تصمیم گیری بهینه را برای اپراتور تصمیم گیرنده تضمین کرد. برای حل مسئله چند هدفه در این مقاله از روش اپسیلون پیشرفته استفاده شده است. علاوه برآن در این مقاله دو روش تصمیم گیری بهینه پیشنهاد و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج بدست آمده پس از اجرای مدل پیشنهادی نشان دهنده کارایی مدل در کاهش هزینه و آلودگی زیست محیطی می باشد.
    کلیدواژگان: مدلسازی چند مرحله ای، روش اپسیلون مقید پیشرفته، شبکه میکرو انرژی، مدلسازی چند هدفه، هاب انرژی، تولید همزمان برق گرمایش و سرمایش (CCHP)
  • فهیمه باغبانی*، احمدرضا باقری، نوید یکتای صفحات 21-30
    یخچال های خانگی سهم قابل توجهی در مصرف انرژی را دارند و لذا طراحی کنترل کننده مناسب جهت کاهش مصرف انرژی و افزایش کارایی آن ها ضروری به نظر می رسد. روش کنترل مرسوم هیسترزیس در حضور عدم قطعیت هایی همچون زمان روز و یا تعداد باز و بسته شدن درب نمی تواند کارایی متفاوتی از خود نشان دهد. همچنین بسیاری از کنترل کننده های فازی که بر اساس خطای دما طراحی شده اند، رفتار کاربر در باز و بسته کردن درب یخچال را در نظر نگرفته اند. لذا در این مقاله، سیستم های فازی جهت بهبود عملکرد یخچال خانگی بکار گرفته شده اند. بر اساس داده های جمع آوری شده از تعداد باز و بسته شدن درب، زمان های روز به چند بازه تقسیم شده اند و یک سیستم فازی برای تعیین دمای مرجع یخچال در طول روز طراحی شده است. همچنین یک کنترل کننده فازی با دریافت زمان روز و خطای دما از مقدار دمای مرجع، سرعت کمپرسور را کنترل می کند. روش پیشنهادی بر روی یک مدل سیمولینک از سیستم سردسازی در نرم افزار متلب پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده مصرف انرژی کمتر و خطای دمای کمتر روش پیشنهادی در مقایسه با یک کنترل فازی طراحی شده بدون در نظر گرفتن رفتار کاربر در طراحی قواعد فازی می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل هوشمند، سیستم های فازی، یخچال خانگی، کنترل دما
  • زهرا حسن زاده کامی، علی اکبر عبدوس* صفحات 31-45

    حفاظت دیفرانسیل یکی از مهمترین طرحهای حفاظتی ترانسفورماتورهای قدرت میباشد. در شرایط عادی، جریان تفاضلی تقریبا صفر است، اما در هنگام وقوع خطای داخلی جریان تفاضلی افزایش می یابد. افزایش جریان تفاضلی می تواند دلایل دیگری غیر از وقوع خطای داخلی داشته باشد، لذا وجود جریان تفاضلی لزوما نشانه رخداد خطای داخلی نیست. پدیده هایی مانند جریان هجومی، اشباع ترانسفورماتورهای جریان و اضافه تحریک نیز موجب ظهور جریان تفاضلی می گردند. بنابراین، تمایز بین جریان هجومی و خطای داخلی برای عملکرد صحیح رله دیفرانسیل ضروری است. در طرح حفاظتی ارائه شده، سیگنال جریان تفاضلی با استفاده از تبدیل فوریه گسسته تحلیل می شود. در مرحله اول با استفاده از این ویژگی که شدت تغییرات اندازه هارمونیک دوم جریان دیفرانسیل در خطای داخلی با اشباع ترانسفورماتور جریان، بسیار بیشتر از جریان هجومی میباشد، دو حالت ذکر شده از هم متمایز میشوند. در مرحله دوم با استفاده از این نکته که نسبت اندازه هارمونیک دوم به مولفه اصلی جریان دیفرانسیل، پس از رخداد خطای داخلی بدون اشباع ترانسفورماتور جریان، به سرعت افت میکند و تقریبا به صفر می رسد، میتوان آن را از دیگر شرایط کاری ترانسفورماتور قدرت تفکیک نمود. به منظور دستیابی به حداکثر قدرت تفکیک پذیری، شبیه سازیهای مختلفی جهت تعیین دو مقدار آستانه برای شاخصهای ذکر شده انجام شده است. نتایج به دست آمده بر روی یک ترانسفورماتور واقعی 63/230 کیلو ولت با ظرفیت 160 مگا ولت آمپر نشان میدهد که الگوریتم پیشنهادی در شرایط خطای خارجی و برق دار کردن ترانسفورماتور قدرت حتی در زمان اشباع ترانسفورماتور جریان پایدار باقی میماند.

    کلیدواژگان: ترانسفورماتور قدرت، ترانسفورماتور جریان، حفاظت دیفرانسیل، جریان خطا، جریان هجومی، اشباع ترانسفورماتور جریان
  • علی اکبر تجری سیاه مرزکوه*، علی رحیمی حسین آباد صفحات 47-57
    استفاده از تلفن های همراه با سیستم عامل اندروید روز به روز در حال گسترش است. سیستم عامل اندروید به خودی خود ابزار قدرتمندی برای تشخیص بدافزار ندارد. از این رو، مهاجمان به راحتی از طریق گوشی تلفن همراه افراد وارد حریم خصوصی آنها شده و آنها را در معرض خطر جدی قرار می دهند. تاکنون تحقیقات زیادی بر روی تشخیص بدافزار صورت گرفته است. یکی از مشکلات عمده این راهکارها، دقت پایین در تشخیص چند کلاسه روی مجموعه داده ها و یا عدم حصول نتیجه مطلوب در هر دو نوع تشخیص دودویی و چند کلاسه است. در این مقاله با استفاده از شبکه عصبی کانولوشن (CNN) و تغییر در تعداد لایه های مختلف، سعی کرده ایم تا حداکثر تعداد ویژگی های مهم را از مجموعه داده استخراج نماییم. در فاز طبقه بندی داده ها نیز از الگوریتم یادگیری شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت (LSTM) استفاده می کنیم تا با آزمایش آن بر روی ویژگی های انتخاب شده، داده ها با حداکثر دقت ممکن طبقه بندی شوند. نتایج آزمایش بر روی مجموعه داده جدید MalMemAnalysis-2022 نشان می دهد که استفاده از این دو الگوریتم و تغییر در تعداد لایه ها می تواند در بهترین حالت به ترتیب منجر به دقت های 99.99% و 71.99% در دسته-بندی دودویی و چند کلاسه در تشخیص بدافزار شود که نسبت به روش های موجود برتری دارد.
    کلیدواژگان: تشخیص بدافزار، شبکه عصبی کانولوشن (CNN)، شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت (LSTM)، مجموعه داده Malmemanalysis-2022
  • جواد علیخانی کوپایی*، محمدجواد عبادی صفحات 59-73

    یکی از قدیمی ترین و اساسی ترین مسایل ریاضیات حل معادلات غیرخطی به شکل f(x)=0 می باشد. امروزه روش های تکراری ومتنوع بسیاری جهت حل اینگونه مسائل ارائه شده است. یکی از قدرتمندترین روش ها جهت حل معادلات غیرخطی، الگوریتم نیوتن-رافسون می باشد. اگرچه این الگوریتم از کارایی بالایی برخوردار است ولیکن با دو چالش، یکی حساس بودن به نقطه شروع و دیگری در حلقه قرار گرفتن دنباله جواب در برخی موارد ، مواجه است. در این مقاله میخواهیم با اضافه کردن یک جمله آشوبی کوچک به رابطه بازگشتی نیوتن عملا یک دنباله شبه تصادفی آشوبی تولید کرده و به این ترتیب دو مشکل فوق را برطرف کنیم. کارامد بودن نسخه پیشنهادی بصورت عددی بر روی چندین معادله غیرخطی نشان داده شده است. نتایج نشان می دهند نسخه بهبودیافته به شرط اولیه حساس نمی باشد و به علت تولید دنباله تصادفی از قرار گرفتن در حلقه تکرار فرار می کند و در عین حال بخاطر استفاده از یک سیستم قطعی در تولید دنباله تصادفی از زمان اجرای قابل قبولی برخوردار است.

    کلیدواژگان: الگوریتم نیوتن-رافسون، روش های حل معادلات غیرخطی، نگاشت های آشوبی، دنباله تصادفی
  • مجید حسین پور*، میلاد حیدروند، مهدی شاهپرستی صفحات 75-94
    این مقاله یک مبدل کاهنده-افزاینده DC-DC غیرمعکوس جدید با محدوده گسترده ای از نسبت تبدیل را ارائه می دهد. مبدل کاهنده-افزاینده پیشنهادی بر مبنای مبدل ZETA است و مزایای مبدل ZETA نظیر جریان ورودی پیوسته و قطبیت مثبت ولتاژ خروجی را دارد و آن را برای کاربردهای صنعتی و انرژی های تجدیدپذیر مناسب می سازد. بهره ولتاژ مبدل پیشنهادی بالاتر از مبدل ZETA است و پیوستگی جریان ورودی نیز باعث کاهش تنش جریان ورودی می شود. این مبدل در مد هدایتی پیوسته (CCM) در دو حالت کاری عمل می کند. کلیدزنی سوئیچ ها به صورت همزمان اتفاق می افتد که منجر به کنترل ساده آن می شود. ریپل ولتاژ خروجی و تنش جریان خازن خروجی مبدل با توجه به جریان خروجی پیوسته کاهش می یابد. تحلیل محاسباتی، مدل سازی سیگنال کوچک و بازده مبدل پیشنهادی با لحاظ تاثیر المان های پارازیتی در این مقاله ارائه شده است. همچنین تحلیل مقایسه ای با دیگر توپولوژی های مشابه انجام شده است. در نهایت، یک نمونه اولیه برای تایید صحت تحلیل محاسباتی پیاده سازی شده و نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: مبدل کاهنده-افزاینده، مبدل ZETA، جریان ورودی پیوسته، ساختار غیرمعکوس
  • ایوب اسلامی، یوسف نیشابوری*، محمد فرهادی کنگرلو، رضا بهین فراز صفحات 95-109
    مقاله حاضر، تشخیص خطای مدارباز کلیدهای نیمه هادی قدرت در اینورتر مهار نقطه خنثی را با استفاده از شبکه عصبی مورد مطالعه قرار می دهد. اینورتر مهار نقطه خنثی شامل چهار کلید نیمه هادی قدرت و دو دیود کلمپ در هر فاز است. افزایش تعداد کلیدهای نیمه هادی قدرت در اینورترهای چند سطحی احتمال وقوع خطا را افزایش می دهد. بنابراین تشخیص و جایابی سریع کلید معیوب برای رفع سریع خطا و مقاوم سازی اینورتر در برابر خطا ضروری است. در این تحقیق، سیستم های مبتنی بر شبکه عصبی برای تشخیص خطای مدارباز در یک و یا دو کلید نیمه هادی بر روی اینورترهای مهار نقطه خنثی سه فاز سه سطحی مورد بررسی قرارگرفته است. روش پیشنهادی جایابی خطا، بر اساس اندازه گیری جریان خروجی اینورتر و همچنین محاسبه مقدار متوسط استوار است. به منظور آموزش شبکه عصبی از مقدار متوسط جریان هر سه فاز خروجی استفاده شده است. سیستم تشخیص خطای پیشنهادی وقوع خطای یک یا دو کلید که مجموعا شامل 60 حالت خطا و یک حالت عملکرد بدون خطا را پوشش می دهد. این سیستم در محیط نرم افزار MATLAB/SIMULINK شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده دقت و سرعت تشخیص وقوع خطای مدارباز برای کلیدهای قدرت نیمه هادی را در یک سیکل فرکانس مرجع نشان می دهد.
    کلیدواژگان: اینورتر سه سطحی مهار نقطه خنثی، تشخیص و جایابی خطای مدارباز کلیدهای نیمه هادی قدرت، متوسط جریان خروجی، شبکه عصبی
  • سید امید گلپایگانی، مصطفی جزائری*، ناصر اسکندریان صفحات 111-129

    در این مقاله، یک مدل میانگین کاهش مرتبه یافته (RAVM) برای یک مبدل پل فعال دوگانه (DAB) ارائه می شود. این مدل می تواند برای تمام روش های مدولاسیون، نظیر مدولاسیون شیفت فاز منفرد (SPS)، مدولاسیون شیفت فاز گسترش یافته (EPS)، مدولاسیون شیفت فاز دوگانه (DPS) و مدولاسیون شیفت فاز سه گانه (TPS) بکار برده شود. این مدل پیشنهادی، تلفات هدایتی، تلفات سلف، تلفات ترانسفورماتور و تلفات کلیدزنی به همراه فیلترهای ورودی/خروجی را به منظور بهبود دقت مدل سازی در نظر می گیرد. این مقاله با استفاده از یک مقاومت مجازی معادل برای تلفات کلیدزنی به مدل سازی سیگنال بزرگ و سیگنال کوچک مبدل پل فعال دوگانه با مدولاسیون شیفت فاز سه گانه می پردازد. استفاده از این مقاومت مجازی منجر به بهبود دقت مدل سازی و تخمین بهتر بازدهی و تلفات مبدل بخصوص در فرکانس های کلیدزنی بالا می گردد. مدل پیشنهادی با موفقیت در نرم افزار PLECS پیاده سازی شده و سپس تحلیل های سیگنال بزرگ و سیگنال کوچک انجام شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی در شرایط کاری مختلف دقت مناسب مدل پیشنهادی را در دنبال کردن رفتار مبدل DAB نسبت به سایر روش ها بدون در نظر گرفتن تمام المان های تاثیرگذار بر عملکرد مبدل را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: مدل مقدار میانگین کاهش مرتبه یافته، مبدل پل فعال دوگانه، مدولاسیون شیفت فاز سه گانه، مدل سازی سیگنال کوچک
  • محمدامین قماشی*، رضا کاظمی صفحات 131-145

    هدف از این پژوهش توسعه یک سیستم الگوریتم یکپارچه جهت ردیابی مسیر حرکت خودرو در سناریوی تعویض خط دوگانه با شرایط بحرانی می باشد. سیستم کنترل پیشنهادی شامل دولایه می باشد. لایه اول وظیفه کنترل حرکت خودرو را بر عهده دارد و از پیاده سازی دو نوع کنترلر متفاوت در سیستم الگوریتم پیشنهادی بهره مند می باشد. در لایه اول، از کنترلر مود لغزشی جهت کنترل حرکت طولی خودرو استفاده می گردد و وظیفه کنترل حرکت جانبی خودرو بر عهده کنترلر مبتنی بر پیش بینی مدل می باشد. لایه دوم، شامل یک تابع توزیع بهینه جهت تخصیص گشتاور چرخشی به چهار تایر خودرو می باشد. به منظور در نظر گرفتن رفتار واقعی خودرو، دینامیک غیرخطی تایر لحاظ می گردد. الگوریتم کنترل پیشنهادی در سناریوهای مختلف با شرایط متفاوت کاری و شرایط بحرانی و اضطراری مورد تحلیل و بررسی واقع می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام شده عملکرد مطلوب و اثربخش الگوریتم کنترل پیشنهادی را به نمایش می گذارد. همچنین جهت صحه گذاری شبیه سازی های انجام شده از نرم افزارهای متلب/کارسیم استفاده می گردد.

    کلیدواژگان: ردیابی مسیر، مود لغزان، پایداری، سطح لغزش، موتور در چرخ
  • ویدا اسماعیلی، محمود محصل فقهی* صفحات 147-158
    پایگاه داده های درموسکوپی در دسترس سرطان پوست ملانوما دارای تصاویر کم و نامتوازن با روشنایی غیریکنواخت هستند که روش های شناسایی ملانوما را با چالش مواجه کرده اند. برای حل این مشکلات، در این مقاله، روش جدیدی را برای تولید داده های جدید شامل ملانوما پیشنهاد شده است. در واقع، روش جدید پیشنهادی، شبکه متخاصم مولد را با الگوی باینری محلی ترکیب می کند. به عبارت دیگر، ابتدا تصاویر موجود در پایگاه داده برای آموزش وارد شبکه ی متخاصم مولد می شوند. سپس، تصاویر جدید فراوانی تولید می شود و در نهایت، روش الگوی باینری محلی به آن ها اعمال می شود. بنابراین، تعداد داده های جدید تولید شده زیاد و متعادل است و داده های تولید شده، تغییرات روشنایی ندارند. همچنین، این داده ها ویژگی های مفید و معناداری را نشان می دهند که تمایز بین ملانوما و خال را بیشتر می سازد. آزمایش های انجام شده نشان داده است که روش پیشنهاد تاثیر خوبی در افزایش دقت شناسایی ملانوما دارد. طبق نتایج روش پیشنهادی عملکرد شبکه عصبی کانولوشنی را %7 افزایش داده است.
    کلیدواژگان: الگوی باینری محلی، تولید داده های جدید، سرطان پوست، شبکه متخاصم مولد، ملانوما
  • رضا حاجی آقائی وفائی*، الناز پوررضا صفحات 159-174
    تیله مایع قطره ای است که با نانوذرات در سایز میکرو یا نانوی آبگریز، محصور می شود. با به کارگیری این تیله ها، چالش ها و مشکلات مربوط به قطره حل می گردد. این تیله های مایع در هنگام استفاده از پوشش مغناطیسی در اطراف قطره درونی یا استفاده از محتویات مغناطیسی، واکنش زیادی به نیروی مغناطیسی خارجی نشان می دهند. در این تحقیق ابتدا در بخش تجربی، انتقال تیله مایع مغناطیسی تحت تاثیر میدان مغناطیسی یک آهنربای مستطیلی دائمی انجام می شود. در مرحله بعد، در بخش شبیه سازی، با مدل سازی تیله مایع مغناطیسی توسط یک قطره با پوسته الاستیک، اثر گرانش در حرکت تیله به سمت پایین یک سطح شیب دار خمیده با روش اجزای محدود انجام می گردد. از این تیله مایع بر روی سطح شیب دار به عنوان یک شتاب سنج بر پایه تیله مایع استفاده می شود. در ادامه، نمودارهای جابجایی کل و استرس، سرعت و شتاب این شتاب سنج استخراج می گردد.
    کلیدواژگان: ریز سیال قطره ای، کشش سطحی، تیله مایع مغناطیسی، شتاب سنج بر پایه تیله مایع، اجزا محدود، نیروی مغناطیسی
  • مجتبی کمایستانی، محراب فلاحی* صفحات 175-196

    مطالعه حاضر با هدف بکارگیری روشی نوین و دقیق جهت مدلسازی و ارزیابی سناریوهای محتمل حریق و انفجار در نیروگاه تولید برق بیوگاز شهر مشهد طراحی شده است. در این مطالعه ابتدا سناریوهای بالقوه نشتی و پارگی تجهیزات با استفاده از روش HAZID شناسایی و مدلسازی پیامدهای ممکن با در نظر گرفتن کلیه پارامترهای تاثیر گذار با استفاده از نرم افزارPHAST انجام شد. در این مطالعه سه سناریو با اندازه نشتی های 5، 25 و 130میلی متر (پارگی کامل لوله ها) برای مدلسازی پیامد نیروگاه تعیین شد. نتایج مدلسازی پیامد سناریو نشتی 5 میلی متر نشان داد که شدت تشعشع آتش فورانی ناشی از رهایش مواد ناچیز بوده (حداکثر 03/0 کیلووات بر مترمربع) و حداکتر تا فاصله تقریبا 2 متر ادامه خواهد داشت. میزان تشعشع این حریق در سناریو نشتی 25 میلی متر، نزدیک 2 کیلوات بر مترمربع است و تشعشات آن تا فاصله 9 متری از محل حادثه ادامه خواهد داشت. در حالیکه سناریو پارگی خطوط لوله (نشتی 130 میلی متر) منجر به آتش فورانی قابل ملاحظه می گردد. تشعشع این حریق در این سناریو نزدیک به 26 کیلوات بر مترمربع است و تشعشات آن تا فاصله 30 متری از محل حادثه ادامه خواهد داشت. این میزان تشعشع برای ایجاد آسیب جدی و غیر قابل جبران افرادی که در این ناحیه قرار دارند کافی می باشد.

    کلیدواژگان: ایمنی، مدلسازی پیامد، ارزیابی پیامد، نیروگاه بیوگاز
  • حمیدرضا حبیبی، بهرام عزیزالله گنجی*، رمضانعلی جعفری تلوکلایی ‏ صفحات 197-208

    در این مقاله یک ساختار جدید از میکروفون خازنی‎ ‎ممز(‏MEMS‏)‏ ‏ بی سیم ‏ طراحی، ‏آنالیز و مدلسازی شده است. در ساختار پیشنهادی از یک میکروفون با ولتاژ پولین ‏ ‏بسیار کم استفاده شده که با یک سلف ممزی سری است. سلف ممزی با یک سلف ‏خارجی در حالت القای متقابل قرار دارد و ولتاژ مورد نیاز میکروفون را تامین می کند. ‏اطلاعات دریافتی میکروفون نیز از طریق القای متقابل ‏ منتقل می شود. سنسور برای ‏استفاده در سمعک ناشنوایان طراحی شده است. ابعاد میکروفون برابر ‏μm2‎‏250‏‎×‎‏250 ‏است که در میان سلف ممزی با ابعاد ‏mm2‎‏2‏‎×‎‏2 قرار دارد. میکروفون و سلف ممزی هر ‏کدام به صورت جداگانه تحلیل شده و سپس با استفاده از المان های فشرده الکترونیکی ‏مدل سازی شده و روابط ریاضی برای طراحی سنسور ارائه شده است. شبیه سازی بخش ‏ممزی در‎ ‎نرم افزار ‏Intellisuite‏ و شبیه سازی بخش مداری، در نرم افزارADS‏ انجام ‏شده است. سنسور به علت استفاده از المان های غیر فعال ‏ و ممزی، کم نویز و کم توان ‏بوده و سیگنال به نویز و توان مصرفی آن به ازای ورودی ولتاژ ‏mv‏100 برابرdb‏79.6 و ‏mW‏204 است. به دلیل عدم وجود باتری، ابعاد سنسور پیشنهادی کوچک است و ‏برای کاربرد های پزشکی و امنیتی مناسب است.‏

    کلیدواژگان: سنسور بیسیم، ‏مدلسازی، میکروفون ممزی، سلف ممزی، تغذیه غیر فعال
  • تیمور تاجداری* صفحات 209-217
    موضوع این مقاله‏ طراحی و مدل سازی یک حسگر الکترودینامیک با مدار و مشخصات بهبود یافته برای اندازه گیری بار ذرات متحرک است. این حسگر می تواند با رصد تغییرات میدان مغناطیسی، در طراحی و ساخت ادوات نوع غیرمستقیم در اندازه گیری پارامترهای سرعت ، تراکم و توزیع ذرات متحرک در لوله ها و انتقال دهنده های صنعتی استفاده گردد. دو جزء اصلی حسگر شامل ترانسدیوسر و مدار شکل دهنده سیگنال است. بخش ترانسدیوسر از یک الکترود فلزی سکه ای و یک مبدل جریان به ولتاژ ساخته شده است که فرآیند طراحی آن شامل بدست آوردن مدل حساسیت الکترومغناطیسی الکترود و محاسبه جریان القاء شده به آن است. همچنین، اجزای مدار شکل دهنده سیگنال، با قطعات الکترونیکی بروز، شامل تقویت کننده های متوالی ولتاژ و فیلتر های کاهش نویز است که بر مبنای نتایج مدل سازی ترانسدیوسر طراحی شده اند. نتایج حاصل از آزمایشها و شبیه سازی های طرح نهایی نشان داد که حسگر می تواند طیف وسیعی از دامنه میدان مغناطیسی ناشی از ذرات متحرک را با حساسیت بالا و پایداری مناسب مدار تشخیص دهد و می تواند گزینه مناسبی در استفاده در ابزار های اندازه گیری باشد.
    کلیدواژگان: حسگر الکترودینامیک، روش اجزاء محدود، ترانسدیوسر، مدل حساسیت، مدار شکل دهنده سیگنال
  • سمیرا محمدی، علی جهانگیری*، محمد امام زاده، سهند مجیدی صفحات 219-232
    در بیشتر کاربردهای صنعتی به دلیل خاصیت نامنظمی و نوسانات فشار بالا در رژیم جریان اسلاگ، سعی بر آن است که از تشکیل آن جلوگیری شود. هدف از این تحقیق، بررسی گرادیان فشار، کسر حجمی مایع اسلاگ، فرکانس اسلاگ و طول اسلاگ با استفاده از شبیه سازی عددی برای جریان اسلاگ با وجود شیر دروازه ای در لوله افقی می باشد. برای دستیابی به این هدف، شبیه سازی عددی برای رژیم جریان اسلاگ در یک لوله افقی به طول 10 متر و قطر 20 میلی متر با سه نسبت بازشدگی سطح مقطع مجزا انجام شد. ابتدا نتایج عددی (فرکانس اسلاگ) در مقایسه با سایر مطالعات عددی اعتبارسنجی شد و توافق منطقی با خطای کمتر از 3 درصد به دست آمد. دوم، نتایج عددی در مقایسه با داده های تجربی از نظر زمان و مکان برای حالتی که جریان اسلاگ در مواجهه با شیر دروازه ای قرار دارد، تایید شد و خطای کمتر از 15٪ به دست آمد. در نهایت، گرادیان فشار، فرکانس اسلاگ، طول اسلاگ و کسر حجمی مایع با وجود شیر دروازه ای با استفاده از روش عددی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر این بود که فرکانس اسلاگ به میزان 3/4 درصد افزایش می یابد و این پدیده به دلیل موج های کوچکی است که به دلیل افت فشار زیاد در محل شیر به وجود می آیند. طول اسلاگ مایع با کاهش بازشدگی دهانه شیر دروازه ای به میزان 89/20 افزایش و با افزایش سرعت سطحی گاز به میزان 4/30 درصد کاهش می یابد. با افزایش فاصله از شیر دروازه ای افت فشار به میزان 65/15 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، فرکانس اسلاگ، افت فشار، لوله افقی، شیر دروازه ای، جریان دو فاز
  • فرزانه اصلانی گزنق، یوسف نیشابوری*، محمد فرهادی کنگرلو صفحات 233-249
    روند رو به رشد استفاده از مبدل های چندسطحی در کاربردهای توان بالا، ضرورت توجه به قابلیت اطمینان و تحمل پذیری خطا در این مبدل ها را افزایش داده است. از این رو در این پژوهش، عملکرد اینورتر ضربدری که از روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل برای کلیدزنی بهره می برد، در شرایط وقوع خطای مدارباز در هر یک از کلیدهای نیمه های موجود در ساختار مبدل مورد بررسی قرار گرفته و رویکردی برای بهبود بهره برداری از ظرفیت آن در شرایط پس از خطا پیشنهاد شده است. به این منظور، ابتدا روشی برای تشخیص و جایابی خطای مدارباز با استفاده از انحراف ولتاژ انداز گیری شده نسبت به ولتاژ مرجع پیشنهاد شده و سپس با تعریف شاخص های خطا بر اساس وضعیت سیگنال خطا در هنگام تولید سطوح ولتاژ مختلف در مدت زمان یک سیکل پس از تشخیص خطا، کلید معیوب شناسایی می شود. در این روش از حداقل تعداد سنسورهای ولتاژ و جریان استفاده می شود. سپس به منظور دستیابی به حداکثر ولتاژ خروجی در شرایط پس از خطا، پیشنهاد می شود یک سلول ضربدری با لینک خازنی به عنوان سلول پشتیبان در ساختار مبدل تعبیه شود. در نهایت، صحت و کارایی روش های پیشنهادی بر روی اینورتر نه-سطحی ضربدری از طریق شبیه سازی در محیط MATLAB/SIMULINK تایید شده است.
    کلیدواژگان: مبدل چندسطحی، خطای مدارباز، شناسایی خطا، تحمل پذیری خطا، مبدل ضربدری، کنترل پیش بین مبتنی بر مدل
  • شقایق نایبی، سید ابراهیم افجه ای* صفحات 251-268
    سیستمهای ذخیره ساز انرژی (ESS) می توانند در ریزشبکه ها نصب شوند و تامین بار و رزرو را بر عهده بگیرند.این سیستمها کاربردهای گسترده ای را به شبکه قدرت مانند کاهش مشکلات نوسان و قطعی منابع انرژی تجدیدپذیر،تبعیت از بار،پایداری ولتاژ و فرکانس،مدیریت بار پیک و بهبود کیفیت توان سیستم ارایه می کنند.همچنین به عنوان منابع تولیدی در برنامه ریزی روزانه،سود زیادی از تبادل انرژی ریزشبکه با شبکه اصلی بدست می آید.با توجه به هزینه های سرمایه گذاری بالای ESS،در این مقاله برای توجیه اقتصادی و جلوگیری از بهره برداری کم یا بیش از حد آن،مدلی دقیق برای تعیین اندازه بهینه ای ذخیره ساز ارائه شده است.برای لحاظ عدم قطعیتهای سیستم فوتوولتائیک،توربین بادی و بارهای الکتریکی،از شبیه سازی مونت کارلو برای تولید سناریوها و الگوریتم K-means برای کاهش آنها استفاده شده است.از طرفی جهت یافتن راهکاری برای کاهش آسیب پذیری شبکه و بهبود عملکرد فنی و اقتصادی آن،توجه به قابلیت اطمینان و تاب آوری بسیار حائز اهمیت است.ESSها موجب مدیریت بهتر انرژی در ساعات پیک بار و زمان وقوع اغتشاش می گردند.مدل ارائه شده در این مقاله،نقش ESS در سیستمهای انرژی جهت کاهش هزینه بهره برداری،بهبود تاب آوری و قابلیت اطمینان شبکه را بررسی می کند.معیار تاب آوری که برای کاهش اثرات وقوع حوادث شدید روی شبکه است به عنوان یک ترم از تابع هدف در نظرگرفته می شود.شاخص قابلیت اطمینان سیستم که برای اطمینان از عملکرد مطمئن شبکه در برابر خطاهای کوچک و خرابیهای زودگذر می باشد به عنوان یک قید در مسئله مطرح شده است.
    کلیدواژگان: ریزشبکه، ذخیره ساز انرژی، مدیریت انرژی، تاب آوری، قابلیت اطمینان
  • احمد مرادی، حسین دوست محمدی، اصغر اکبری فرود* صفحات 269-287
    کلیدهای قدرت از هر نوعی که باشند، به عنوان یک منبع تولید اضافه ولتاژهای گذرا در سیستم های قدرت شناخته می شوند. در این بین، کلید های قدرت از نوع خلاء (Vacuum Circuit Breaker-VCB) اضافه ولتاژهای شدیدتری را نسبت به دیگر انواع کلیدها تولید می کنند. اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی کلیدهای قدرت در شبکه توزیع فشارمتوسط می توانند از ترانسفورماتورهای توزیع عبور کرده و وارد شبکه توزیع فشارضعیف شوند و باعث صدمه به تجهیزات برقی مشترکین گردند. در این مقاله، تاثیر عوامل مختلف بر شدت اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی در شبکه های توزیع فشار متوسط و همچنین، چگونگی نفوذ آنها به شبکه توزیع فشارضعیف مورد بررسی قرار می گیرد. قدرت بازیابی دی الکتریک کلید، میزان برش جریان، قوس مجدد (Reignition)، Prestrike و همچنین مکان قرارگیری ترانسفورماتور در شبکه توزیع فشارمتوسط از جمله عواملی هستند که بر شدت اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی موثر هستند که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرند. همچنین، میزان تاثیرگذاری نصب برقگیر فشار ضعیف (Surge Protection Device-SPD) در پای پست بر سرکوب اضافه ولتاژهای گذرای کلیدزنی نفوذ کرده به سطح توزیع فشارضعیف نیز دراین مقاله مورد بررسی قرار می گیرد. این مطالعات در نرم افزار EMTP-RV انجام شده است. نتایج مطالعات نشان می دهد که نصب SPD در پای پست می تواند بر کاهش شدت اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از کلیدزنی کلید 20 کیلوولت که به سطح توزیع فشارضعیف نفوذ کرده اند موثر باشد.
    کلیدواژگان: گذراهای کلیدزنی، کلید خلاء (VCB)، شبکه فشارضیعف، ترانسفورماتور توزیع، برقگیر فشار ضعیف (SPD)
  • مهدی رمضانی، محسن احمدنیا*، احمد حاجی پور صفحات 289-306
    در این مقاله یک روش کنترل فرکانس-بار تطبیقی جدید بر مبنای کنترل پیش بین مدل با استفاده از فیلتر کالمن بی اثر بهبودیافته معرفی شده است. هدف از این پژوهش، طراحی یک کنترل کننده مقاوم در برابر تغییرات در مشخصه فرکانسی سیستم های قدرت است. یک کنترل کننده پیش بین مدل تطبیقی با بروزرسانی آنلاین مدل پیش بینی برای بازتولید مشخصه های فرکانسی اساسی سیستم هدف طراحی شد. یک مدل پیش بینی ساده شده در بررسی های اولیه عملکرد حلقه بسته سیستم قدرت شناسایی شد. سپس، تخمین پارامترهای مدل مذکور با توجه به سنجش های زمان-حقیقی به دست آمد. علاوه بر آن، دنباله کنترلی با استفاده از توابع لاگر تقریب زده می شود که به کاهش بیشتر بار محاسباتی کمک می کند. یک سیستم آزمایشی سه-ناحیه ای در حضور قید نرخ تولید و باند مرده برای شبیه سازی ها در نظر گرفته شد تا کارایی طرح پیشنهادی اثبات شود. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که روش کنترل پیش بین مدل پیشنهادی می تواند بطور موفقیت آمیزی انحرافات فرکانسی حاصل از اغتشاشات بار را میرا کند و نسبت به تغییرات پارامتری مقاوم است.
    کلیدواژگان: کنترل پیش بین مدل تطبیقی، فیلتر کالمن بی اثر بهبودیافته، کنترل فرکانس-بار، شناسایی مدل
  • فاطمه دانشفر*، امین گلزاری اسکویی، مریم درستی، محمدجواد آقاجانی صفحات 307-324

    خوشه بندی متن، روشی برای جداسازی اطلاعات از دادگان متنی است که می تواند متن را براساس موضوع و احساس طبقه بندی کند و اخیرا مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. روش های مبتنی برخوشه بندی عمیق به دلیل دقت بالا، در میان تکنیک های خوشه بندی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. این روش ها شامل دو جزء اصلی کاهش ابعاد و خوشه بندی می باشد. بسیاری از روش های پیشین عمیق، از خودرمزگذار برای کاهش ابعاد استفاده کرده اند. با این حال، آنها قادر به کاهش ابعاد بر اساس ساختارهای منیفولد نیستند و نمونه هایی که شبیه یکدیگر هستند لزوما در ابعاد پایین نیز در کنار یکدیگر قرار نمی گیرند. در این مقاله، ما یک روش خوشه بندی متن عمیق را براساس یک منیفولد محلی در لایه خودرمزگذار (DCTMA) توسعه می دهیم که از ماتریس های شباهت متعدد برای درنظرگرفتن جهت، اندازه و معنا استفاده می کند، به طوری که ماتریس شباهت نهایی از میانگین این ماتریس ها به دست می آید. ماتریس به دست آمده به لایه بازنمایی پنهان در خودرمزگذار اضافه می شود. هدف اصلی DCTMA تولید بازنمایی های مشابه برای نمونه های متعلق به یک خوشه است. پس از کاهش ابعاد با دقت بالا، خوشه ها با استفاده از خوشه بندی عمیق انتها به انتها شناسایی می شوند. نتایج تجربی نشان می دهد که روش پیشنهادی در مقایسه با روش های پیشرفته فعلی در مجموعه داده های متنی، عملکرد شگفت آوری دارد.

    کلیدواژگان: خوشه بندی متن، خوشه بندی عمیق، یادگیری عمیق، یادگیری منیفولد، خودرمزگذار
|
  • Seyyed Mostafa Nosratabadi *, Ali Peivand, Morteza Jadidoleslam Pages 1-19
    Today, due to the concern of emission and greenhouse gases, generation of a clean energy and using renewable energies in the best way (with high efficiency) is a very important issue. Although economic goals have always been more important than environmental goals. In this paper, more considerations have been made in order to consider the environmental issue in the proposed optimal scheduling of the system in the micro energy grid. This optimal system studies the energy hub system, which is the main part of the micro-energy grid, in the form of a CCHP-based network combined with renewable energies. This system uses three energy hubs, energy storage, and converter devices. Therefore, in this paper, a multi-stage planning framework is proposed for the energy hub system and to optimize its performance, including reducing emission and operational cost. In this model, upper and lower limits are considered for the power produced by renewable energy sources to indicate the possibility of power interruption due to their fluctuations. Also, by considering multiple objective functions, optimal decision conditions can be guaranteed for the decision operator. To solve the multi-objective problem, the augmented epsilon-constraint method is used. In addition, two optimal decision-making methods have been proposed and compared too. The results obtained after the implementation of the proposed model show the efficiency of the model in reducing the cost and environmental emission.
    Keywords: Multi-Stage Modeling, Augmented Epsilon-Constraint Method, Micro-Energy Grid, Multi-Objective Modeling, Energy Hub, CCHP
  • Fahimeh Baghbani *, Ahmadreza Bagheri, Navid Yektay Pages 21-30
    Domestic refrigerators have a noticeable contribution to energy consumption worldwide. Thus, it is beneficial to integrate control strategies for reducing their energy usage and improving their performance. The traditional hysteresis controller cannot perform effectively in the presence of uncertainties such as daytime or refrigerator door status. Additionally, most of the designed fuzzy controllers based on temperature error, do not address the door-opening behavior of the user. Hence, this paper employs fuzzy logic systems to improve the performance of domestic refrigerators. Based on the data collected from domestic users' door-opening events, the daytime is split into four time intervals and a fuzzy system is then designed to adjust the desired temperature of the refrigerator. Also, a fuzzy controller is designed to control the compressor speed according to the temperature error and the time of the day. A MATLAB refrigeration model is used to evaluate the proposed controller’s performance. The results demonstrate lower energy consumption and better temperature set-point tracking for the proposed controller than a fuzzy controller without addressing user behavior in the fuzzy rules design.
    Keywords: Intelligent Control, Fuzzy Systems, Domestic Refrigerator, Temperature Control
  • Zahra Hasanzadeh Kami, Aliakbar Abdoos * Pages 31-45

    Differential protection is one of the most important and basic protections for power transformers. In normal conditions, the differential current is almost zero, but it increases during internal faults. Since the increase in the differential current can have other reasons than the occurrence of an internal fault, the existence of a differential current is not necessarily a good sign of the internal fault occurrence. Some phenomena, such as the inrush current, saturation of current transformers, and over-excitation, also result in the appearance of the differential current. In the presented protection scheme, the differential current signal is analyzed by the discrete Fourier transform. In the first stage, based on the point that the rate of changes in the magnitude of the second harmonic of the differential current in the internal fault with current transformer saturation is much greater than the inrush current, these two events can be distinguished. In the second stage, based on the fact that the ratio of the second harmonic to the fundamental component of the differential current drops rapidly after the occurrence of internal faults without current transformer saturation and reaches almost zero, it can be easily discriminated from other conditions. Various simulations have been performed for proper threshold settings for the above-mentioned criteria to achieve maximum separability. The results obtained from simulation studies on a real 230/63 kV, 160 MVA power transformer reveal that the proposed algorithm remains stable for external faults and transformer energization conditions even during current transformer saturation.

    Keywords: Power Transformer, Current Transformer, Differential Protection, Fault Current, Inrush Current, Current Transformer Saturation
  • Aliakbar Tajari Siahmarzkooh *, Ali Rahimi Hosseinabad Pages 47-57
    The use of mobile phones with Android operating system is expanding day by day. Android itself does not have a powerful malware detection tool. Therefore, attackers easily enter people's privacy through their mobile phones and put them at serious risk. So far, a lot of research has been done on malware detection. One of the main problems of these solutions is the low accuracy in multi-class detection on the dataset or the failure to achieve the desired result in both types of binary and multi-class detection. In this paper, by using Convolutional Neural Network (CNN) and changing the number of different layers, we have tried to extract the maximum number of important features from the dataset. In the data classification phase, we use the Deep Learning-based algorithm named Long Short-Term Memory (LSTM) to classify the data with the maximum possible accuracy by testing it on the selected features. The test results on the new MalMemAnalysis-2022 dataset show that the use of these two algorithms and the change in the number of layers can lead to 99.99% and 99.71% accuracies in binary and multi-class classification in malware detection, respectively, which is superior to existing methods.
    Keywords: Malware Detection, Convolutional Neural Network (CNN), Long Short-Term Memory (LSTM), Malmemanalysis-2022 Dataset
  • Javad Alikhani Koopaei *, Mohammadjavad Ebadi Pages 59-73

    One of the most powerful methods for solving nonlinear equations is the Newton-Raphson algorithm. Although this algorithm is highly efficient, it faces two challenges: sensitivity to the starting point and the possibility of getting stuck in a loop for the solution sequence. In this paper, by adding a small disruptive term to the Newton recursive relation, we practically generate a chaotic pseudo-random sequence, thus addressing these two challenges. The effectiveness of the proposed version has been numerically demonstrated on several nonlinear equations. The results show that the improved version is not sensitive to the initial conditions and escapes from the loop due to the generation of a random sequence, while maintaining an acceptable execution time due to the use of a deterministic system in generating the random sequence.

    Keywords: Newton-Raphson Algorithm, Nonlinear Equation Solving Methods, Chaotic Maps, Random Sequences
  • Majid Hosseinpour *, Milad Heidarvand, Mahdi Shahparasti Pages 75-94
    In this paper, a novel DC-DC buck-boost converter with a wide conversion ratio is introduced. With the advantages of the ZETA converter, such as continuous input current and positive polarity of the output voltage, the proposed buck-boost converter is well suited to industrial and renewable energy applications. With a voltage gain higher than the ZETA converter, the proposed converter also reduces input current stress due to its continuity. Two operating states are available for this converter in continuous conduction mode (CCM). This converter has two switches that operate simultaneously, and it can be controlled easily. As a result of the converter's continuous output current, output voltage ripple and output capacitor current stress are reduced. Computational analysis, small signal modeling and efficiency of the proposed converter considering the influence of parasitic elements are presented in this paper. This converter has also been compared with other similar and recently presented topologies. Finally, a prototype is implemented to verify the accuracy of the computational analysis, and simulation and experimental results are presented.
    Keywords: Buck-Boost Converter, ZETA Converter, Continuous Input Current, Non-Inverting Structure
  • Ayub Islami, Yousef Neyshabouri *, Mohammad Farhadi Kangarlu, Reza Behinfaraz Pages 95-109
    This article presents the open switch fault detection and diagnosis of neutral point clamped inverters using neural networks. The neutral point clamped inverter consist of four power semiconductor switches with two clamp diodes in each phase. As the number of power semiconductor switches in the inverter increases, the probability of fault occurrence significantly increases. Therefore, for ensuring uninterrupted operation and preventing additional damage during faults, rapid fault diagnosis is essential for the fault tolerant systems. In this study, a neural network based system is developed for the detection and diagnosis of open switch faults in one or two power semiconductor switches in neutral point clamped inverter. The proposed method relies on measuring the inverter output currents and calculating their average values, which are then used for training the neural network. The proposed system covers open switch fault diagnosis for one or two switches. The mentioned system was simulated in the MATLAB/SIMULINK environment, and the result demonstrate accuracy and rapid fault diagnosis for semiconductor power switches within a fundamental cycle.
    Keywords: Multilevel Inverters, Neutral Point Clamped Inverter, Switch Fault Detection, Diagnosis, Neural Networks
  • Seyed Omid Golpayegani, Mostafa Jazaeri *, Naser Eskandarian Pages 111-129

    In this paper, a new reduced-order average model (RAVM) for a DAB converter is presented. The model can be applied to all modulation techniques, such as Single-Phase-Shift (SPS) modulation, Extended-Phase-Shift (EPS) modulation, Dual-Phase-Shift (DPS) modulation and Triple-Phase-Shift (TPS) modulation. In the proposed model, conduction losses, inductor losses, transformer losses, switching losses with input/output filters are considered to improve the accuracy of modeling. This article employs a virtual resistance for switching power losses to model the large and small signals of the dual active bridge converter with triple-phase shift modulation. Using this virtual resistance enhances the accuracy of modeling and better estimating converter efficiency and losses, especially at high switching frequencies. The introduced model is successfully implemented in PLECS software and then large and small signal analyses are curried out. Comparison of simulation results under different operating conditions show a suitable accuracy of the proposed model in tracking the behavior of the DAB converter compared to other methods, without considering all the significant elements affecting the converter's performance.

    Keywords: Reduced-Order Average Value Model (RAVM), Dual Active Bridge (DAB) Converter, Triple-Phase-Shift (TPS) Modulation, Small-Signal Mmodeling
  • Mohammadamin Ghomashi *, Reza Kazemi Pages 131-145

    The purpose of this research is to develop an integrated control algorithm system to track the vehicle path in the double lane change scenario with critical and emergency conditions. The proposed control system includes two layers. The first layer is responsible for controlling the motion of the vehicle and benefits from the implementation of two different types of controllers in the proposed algorithm system. In the first layer, the sliding mode control algorithm technique is used to control the longitudinal movement of the vehicle, and the task of controlling the lateral movement of the vehicle is the responsibility of the controller based on model prediction control. The second layer includes an optimal distribution function for allocating rotational torque to the four vehicle tires. In order to consider the real behavior of the vehicle, the nonlinear dynamics of the tire is considered. The proposed control algorithm is analyzed and investigated in different scenarios with different working conditions and critical and emergency conditions. The results of the performed simulations show the optimal and effectiveness performance of the proposed control algorithm. Also, MATLAB/Carsim software is used to validate the performed simulations.

    Keywords: Path Following, Sliding Mode, Stability, Sliding Surface, In-Wheel Motor
  • Vida Esmaeili, Mahmood Mohassel Feghhi * Pages 147-158
    The available melanoma skin cancer dermoscopy databases have low and unbalanced images with non-uniform illumination that make melanoma detection methods challenging. To address these problems, in this paper, we propose a new method to generate new data including melanoma. In fact, our new proposed method combines generative adversarial network and local binary pattern. On the other hand, first, the images existing in the dataset are fed to the generative adversarial network. Then, many new images are generated and finally, the local binary pattern is applied to them. Therefore, the number of the new generated data is large and balanced and the generated data does not have illumination changes. Also, these data show useful and meaningful features that increase the difference between melanoma and nevi. The experiments have shown that the proposed method has a good effect on increasing the accuracy of melanoma diagnosis. According to the results, the proposed method has increased the convolutional neural network's efficiency by 7%.
    Keywords: Local Binary Pattern, Generating New Data, Skin Cancer, Generative Adversarial Network, Melanoma
  • Reza Haji Aghaie Vafaie *, Elnaz Poorreza Pages 159-174
    A liquid marble is a droplet that is surrounded by hydrophobic micro or nano-sized nanoparticles. By using these marbles, the challenges and problems related to droplets are solved. These liquid marbles are very responsive to external magnetic force when using a magnetic coating around the inner droplet or using magnetic contents. In this research, first in the experimental part, the transfer of a magnetic liquid marble is carried out under the influence of the magnetic field of a permanent rectangular magnet. In the next step, in the simulation section, by modeling the magnetic liquid marble by a droplet with an elastic shell, the effect of gravity in the movement of the marble downwards on a curved ramp is done with the finite element method. This liquid marble is used on a ramp as a liquid marble-based accelerometer. In the following, the profiles of total displacement and stress, speed and acceleration of this accelerometer are extracted.
    Keywords: Digital Microfluidic, Surface Tension, Magnetic Liquid Marble, Liquid Marble-Based Accelerometer, Finite Elements, Magnetic Force
  • Mojtaba Komayestani, Mehrab Fallahi Samberan * Pages 175-196

    The present study is designed with the aim of using a new and accurate method to model and evaluate possible scenarios of fire and explosion in the biogas power plant of Mashhad. In this research, the potential scenarios of leakage and rupture of the equipment were identified using the HAZID method and modeling of the possible consequences was done by considering all the influencing parameters using the PHAST software. In this study, three scenarios with leakage sizes of 5, 25 and 130 mm (complete rupture of pipes) were determined to model the consequences of the power plant. The results of modeling the consequences of the 5 mm leakage scenario showed that the radiation intensity of the explosive fire caused by the release of materials was insignificant (maximum 0.03 kW/m2) and the maximum will continue up to a distance of approximately 2 m. The amount of radiation of this fire in the 25 mm leakage scenario is nearly 2 kW/m2, and its radiation will continue up to a distance of 9 m from the accident site. While the pipeline rupture scenario (130 mm leak) leads to a significant fire eruption. The radiation of this fire in this scenario is close to 26 kW/m2 and its radiation will continue up to a distance of 30 m from the accident site. This amount of radiation is enough to cause serious damage to the people who are in this area.

    Keywords: Safety, Consequence Modeling, Consequence Assessment, Biogas Plant, Phast Software
  • Hamidreza Habibi, Bahram Azizollah Gangi *, Ramazanali Jafari Talookolaei Pages 197-208

    In this article, a new structure of the wireless MEMS condenser microphone has been designed, analyzed and modeled. In the proposed structure, a microphone with  low pull-in voltage is used, which is in series with a Mems inductor. The internal inductor is in mutual induction mode with an external inductor and provides the required voltage for the microphone. The information received by the microphone is also transmitted through mutual induction. The sensor is designed for use in hearing aids for the deaf. The dimensions of the microphone are 250×250μm2, which is located in the middle of the Mems inductor with dimensions of 2×2mm2. The microphone and the inductor have been analyzed separately and then modeled using compact electronic elements and the formula required for their design has been calculated. The simulation of Mems microphone and Mems inductor has been done in Intellisuite software and their circuit simulation has been done in ADS software. The sensor is very low-noise and low-power, and its signal-to-noise and power consumption per input voltage of 100 mv is equal to 79.6 db and 204 mW. Due to the absence of batteries, the dimensions of the proposed sensor are small and suitable for medical and security applications.

    Keywords: Wireless Sensor, Modeling, MEMS Microphone, MEMS Inductor, Passive Feeding
  • Teimour Tajdari * Pages 209-217
    The subject of this article is the design and modeling of an electrodynamic sensor with improved circuit specifications to measure the charge of moving particles. This sensor can be used to observe magnetic field changes, non-intrusively, to measure velocity, density, and distribution parameters of moving particles in industrial pipelines and conveyors. The two main components of the sensor are the transducer and the signal conditioning circuit. The transducer is made of a coin-shaped metal electrode and a transimpedance amplifier. The electrode design process involves obtaining the magnetic sensitivity model of the electrode and calculating the induced current. In addition, the signal conditioning circuit components, with upgraded electronics, include sequential voltage amplifiers and a noise reduction filter that are based on transducer modeling results. The results of the experiments and simulations of the final design showed that the sensor can detect a wide range of magnetic field amplitudes produced by moving particles. Also, the sensor has high sensitivity and good circuit stability and can be a good choice for use in measuring instruments.
    Keywords: Electrodynamic Sensor, Finite Element Method, Transducer, Sensitivity Model, Signal Conditioning Circuit
  • Samira Mohammadi, Ali Jahangiri *, Mohammad Emamzadeh, Sahand Majidi Pages 219-232
    Slug flow is a part of an intermittent flow that is avoided in industrial applications because of its irregularity and high-pressure fluctuations. The present investigation aims to comprehend the behavior of intermittent slug flow with the gate valve and its associated pressure drop, slug liquid holdup, slug frequency, and averaged slug body length using CFD simulation studies. To achieve this objective, numerical investigations of slug flow were carried out on a horizontal pipe 10 m in length and 20 mm in diameter with three distinct area contraction ratios. First, the numerical results (slug frequency) were validated by comparison with other studies, and a reasonable agreement with an error of less than 3% was achieved. Second, the numerical results were validated by comparison with experimental data in terms of time and space for slug flow encountering the gate valve, and a sensible agreement with an error of less than 15% was achieved. Eventually, pressure gradient, slug frequency, slug length, and the existence of a gate valve have been investigated using numerical methods. The results showed that the slug frequency increases by 4.3% and this phenomenon is due to the small waves that occur due to the high pressure drop at the valve location. The length of the liquid slug increases by 20.89 percent by reducing the opening of the gate valve and decreases by 30.4 percent by increasing the surface velocity of the gas. By increasing the distance from the gate valve, the pressure drops decrease by 15.65%.
    Keywords: Numerical Simulation, Slug Frequency, Pressure Drop, Horizontal Pipe, Gate Valve, Two-Phase Flow
  • Farzaneh Aslani-Gaznag, Yousef Neyshabouri *, Mohammad Farhadi-Kangarlu Pages 233-249
    The increasing trend in the use of multilevel converters for high-power applications has emphasized the significance of reliability and fault tolerance in these systems. In this research, Model Predictive Control (MPC) has been developed to generate the switching commands for the cross-switched inverter. The performance of the inverter is investigated under conditions where an open-circuit fault occurs in any of its switches. Additionally, an approach has been proposed to enhance the utilization of the capacity of the inverter in post-fault operation. For this purpose, first, a fault detection method is presented to identify the open-switch fault by measuring the deviation of measured voltage from the reference voltage. Then, by defining fault indices and monitoring their conditions during one cycle after fault detection, the faulty switch is also identified. This method uses the minimum number of voltage and current sensors. Also, to achieve the maximum possible output voltage under post-fault conditions, it is proposed to embed a cross-switched cell with capacitive links in the converter structure as an auxiliary cell. Finally, the accuracy and effectiveness of the proposed methods are verified through the simulation of a nine-level cross-switched inverter in the MATLAB/SIMULINK environment.
    Keywords: Multilevel Inverter, Open-Circuit Fault, Fault Detection, Fault Tolerance, Cross-Switched Converter, Model Predictive Control (MPC)
  • Shaghayegh Nayebi, Seyed Ebrahim Afjei * Pages 251-268
    Energy storage systems (ESSs) can be installed in microgrids and used for reserving and feeding loads. These systems provide a wide range of applications to the power grid, such as reducing the problems of fluctuating and outages of renewable energy sources, load compliance, voltage and frequency stability, peak load management and improving power quality. Also, as production resources in daily planning, a lot of profit is obtained from the energy exchange of the microgrid with the main grid. Considering the high investment costs of ESS, in this article, to justify the economy and prevent its under- or over-utilization, a precise model is presented to determine the optimal size of the storage device. Moreover, to consider the uncertainties of the photovoltaic system, wind turbine, and electric loads, Monte Carlo simulation has been used to generate scenarios and the K-means algorithm to reduce them. However, in order to find a solution to reduce the grid vulnerability and improve its technical and economic performance, it is crucial to pay attention to reliability and resilience. ESSs lead to better energy management during peak hours and when disturbances occur. The model presented in this article examines the role of ESS in energy systems to reduce operating costs, and improve network resilience and reliability. Resilience measure that is used to reduce the effects of severe incidents on the network is considered as a term of the objective function. The system reliability index, which is to ensure the reliable operation of the network against small errors and short-term failures, is proposed as a constraint in the model. An accurate and practical ESS model improves the performance of the system in terms of economy and security, and the simulation results show the efficiency of the presented model.
    Keywords: Microgrid, Energy Storage System, Energy Management, Resilience, Reliability
  • Ahmad Moradi, Hossein Doustmohammadi, Asghar Akbari Foroud * Pages 269-287
    In power systems, power switches of all kinds are known to be a source of transient overvoltage. Meanwhile, compared to other switch types, vacuum circuit breakers (VCBs) cause more severe overvoltage. Customers' electrical equipment may be damaged by overvoltages that arises from the power switch switching in the medium-voltage distribution network and then reaches the low-voltage distribution network through distribution transformers. This article examines how different factors affect the degree of overvoltage brought on by switching in medium-voltage distribution networks and how those overvoltages enter the low-voltage distribution network. This article explores the factors that influence the severity of overvoltages caused by switching, including the dielectric recovery power of the switch, the amount of current chopping, reignition, and prestrike, and the transformer's location in the medium-voltage distribution network. This study also examines the efficacy of installing a surge protection device (SPD) at the distribution substation to suppress transient switching overvoltages that penetrate to the low-voltage distribution level. The EMTP-RV program was used to conduct these investigations. The research findings indicate that installing SPD at the secondary side of the distribution transformer can suppress transient overvoltages brought on by the 20 kV switch's switching, which enters the low-voltage distribution network.
    Keywords: Switching Transients, Vacuum Circuit Breakers (Vcbs), Low-Voltage Distribution Network, Distribution Transformer, Low-Voltage Arrester, Surge Protection Device (SPD)
  • Mehdy Ramezany, Mohsen Ahmadnia *, Ahmad Hajipoor Pages 289-306
    This paper introduces a new adaptive load frequency control method based on model predictive control using an improved unscented Kalman filter. This research aims to design a robust controller for changes in the frequency characteristic of power systems. An adaptive model predictive controller with online updating of the predictive model is designed to reproduce the fundamental frequency characteristics of the target system. A simplified predictive model is identified in the preliminary investigations of the closed-loop performance of the power system. Then, the parameters of this model are estimated according to real-time measurements. In addition, the control sequence is approximated using Laguerre functions, which helps to reduce the computational load further. A three-zone test system in the presence of generation rate constraint and dead-band is considered for simulation to prove the effectiveness of the proposed scheme. The simulation results show that the proposed adaptive control scheme can successfully stabilize frequency deviations caused by load disturbances and is robust against parameter uncertainties.
    Keywords: Adaptive Model Predictive Control, Improved Unscented Kalman Filter, Load Frequency Control, Model Identification
  • Fatemeh Daneshfar *, Amin Golzari Oskouei, Maryam Dorosti, Mohammadjavad Aghajani Pages 307-324

    Text clustering is a method for separating specific information from textual data and can even classify text according to topic and sentiment, which has drawn much interest in recent years. Deep clustering methods are especially important among clustering techniques because of their high accuracy. These methods include two main components: dimensionality reduction and clustering. Many earlier efforts have employed autoencoder for dimension reduction; however, they are unable to lower dimensions based on manifold structures, and samples that are like one another are not necessarily placed next to one another in the low dimensional. In the paper, we develop a Deep Text Clustering method based on a local Manifold in the Autoencoder layer (DCTMA) that employs multiple similarity matrices to obtain manifold information, such that this final similarity matrix is obtained from the average of these matrices. The obtained matrix is added to the bottleneck representation layer in the autoencoder. The DCTMA's main goal is to generate similar representations for samples belonging to the same cluster; after dimensionality reduction is achieved with high accuracy, clusters are detected using an end-to-end deep clustering. Experimental results demonstrate that the suggested method performs surprisingly well in comparison to current state-of-the-art methods in text datasets.

    Keywords: Text Clustering, Deep Clustering, Deep Learning, Manifold Learning, Autoencoder