فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 19 (پاییز 1393)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 19 (پاییز 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/09/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • امیر باغی رهین*، ضیاء‌الدین دائی کوزه کنانی صفحات 3-10
    در این مقاله، یک تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی (OTA) ولتاژ پایین و توان پایین با استفاده از ترانزیستور FGMOS پیشنهاد شده است. در OTA پیشنهادی در تکنولوژی TSMC 0.18 µm CMOS با ولتاژ تغذیه یک ولت و توان مصرفی ماکزیمم 40 µW، محدوده تنظیم نسبی 50 برابر به دست می‌آید. نتایج شبیه‌سازی تقویت‌کننده پیشنهادی، بهره حلقه باز 30.2 dB و فرکانس بهره واحد 942 MHz را نشان می‌دهند. در مقایسه با کارهای قبلی، تقویت کننده پیشنهادی، با ولتاژ تغذیه کمتر، عملکرد فرکانسی بهتر، سویینگ ولتاژ خروجی بالاتر، خطینگی بهتر و توان مصرفی کمتری را عرضه می‌کند. OTA پیشنهادی در ساختار یک فیلتر "G" _"m"  "-C"  مرتبه دوم به کار گرفته شده و محدوده تنظیم خوب از 100 kHz تا 5.6 MHz به دست آمد که مشخصات بی‌سیم Bluetooth (فرکانس 650 kHz)، CDMA2000 (فرکانس 700 kHz) و Wideband CDMA (فرکانس 2.2 MHz) را به خوبی پوشش می‌دهد. مساحت اشغال شده سیلیکون برای فیلتر طراحی شده برابر 192μm×535μm می‌باشد.
    کلیدواژگان: تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی (OTA)، ولتاژ پایین و توان پایین، ترانزیستور FGMOS، فیلتر G، m -C، وارونگر
  • سمیرا ترابی*، علی بهرامی*، محمدفرزان صباحی صفحات 11-16

    حسگری طیف نقش مهمی در شبکه های رادیویی هوشمند دارد. حسگری دقیق و سریع طیف، عملکرد اصلی یک رادیو هوشمند برای جلوگیری از تداخل مخرب کاربران هوشمند بر عملکرد کاربران مجاز است. عملکرد آشکارسازی اغلب با محوشدگی و سایه انداختن و... به خطر می افتد. برای کاستن از تاثیر این مسایل، حسگری مشارکتی به عنوان یک روش موثر برای بهبود عملکرد آشکارسازی با استفاده از تنوع فضایی ارایه شده است. روش های حسگری مشارکتی به دو دسته متمرکز و غیر متمرکز تقسیم می شوند. در روش متمرکز، نحوه ترکیب داده ها در مرکز به دو روش نرم و سخت داده انجام می شود. با استفاده از ترکیب نرم داده، عملکرد بهتری در مرکز ایجاد می شود ولی پهنای باند بیشتری اشغال می شود و با افزایش تعداد کاربران با مشکل مواجه خواهیم شد. با استفاده از روش سخت با توجه به اینکه داده ها به صورت تک بیتی ارسال می شوند، اطلاعات بسیار زیادی از بین می رود. از طرفی به علت محدودیت پهنای باند، از مشکل سرباره نمی توان صرفنظر نمود. لذا ایجاد سرباره حسگری می تواند بسیار قابل توجه باشد. در این مقاله روش های حسگری مشارکتی به همراه روش های ترتیبی و با استفاده از لگاریتم نسبت درست نمایی و بر اساس ترکیب نرم کوانتیزه شده پیشنهاد می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که این روش مانند روش ترکیب نرم، بهره خوبی را در حسگری مشارکتی ایجاد می کند و همانند روش سخت سرباره را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: رادیوی هوشمند، حسگری ترتیبی طیف، حسگری مشارکتی، سرباره حسگری، ترکیب نرم داده
  • بدرالزمان حسینی، مهدی سجودی* صفحات 17-32
    مطالعه حاضر به ردیابی عامل مرجع یک سیستم چندعاملی درون شبکه و متاثر از تاخیر زمانی بازه‌ای متغیر با زمان دارای نامعینی و در حضور اغتشاش می‌پردازد. در این مطالعه گراف ارتباطی بین عاملها، مستقیم فرض شده و با استفاده از یک روش تقسیم‌بندی بازه تاخیر، ضرایب غیرخطی‌ای که از نامعادله جنسن مشتق می‌گردند، تخمین زده شده و در نهایت با استفاده از روش‌های بهینه‌سازی محدب شرایط پایداری با کمترین محافظه کاری به دست می‌آیند. در این روش از فیدبک خروجی  به منظور ردیابی عامل مرجع و پایداری مقاوم سیستم حلقه بسته بهره گرفته شده است. با در نظر گرفتن اغتشاش و نامعینی در سیستم، استفاده از روش  در کنار طراحی فیدبک خروجی پویا به نتایج بهتر در ردیابی عامل مرجع منجر گردیده است که کارآیی  طراحی صورت گرفته در شبیه سازی‌ها مشهود است.
    کلیدواژگان: نابرابری ماتریسی خطی، نابرابری جنسن، پایداری مقاوم H، ∞، فیدبک خروجی پویا، تأخیر زمانی متغیر با زمان بازه‌ای
  • نونا حیدری اصفهانی*، حمید محمودیان صفحات 33-44
    در این مقاله بازشناسی مقاوم به نویز گوینده در حالت مستقل از متن مورد توجه قرار گرفته است. روش پیشنهادی بر مبنای حذف سکوت از جملات و تقطیع آنها به واحدهای کوچک‌تر شامل چند آوا و حداقل یک واکه برای استخراج ویژگی‌های زمان‌بلند از جمله آنتروپی عمل می‌کند. یک واکه پرانرژی در هر قطعه گفتاری برای استخراج فرکانس پایه و فرمنت‌ها شناسایی می‌شود. با اعمال یک روش خوشه‌بندی، ویژگی‌های زمان‌کوتاه یعنی ضرایب MFCC با ویژگی‌های زمان‌بلند ترکیب می‌شوند. نتایج آزمایشات با استفاده از طبقه‌بندی کننده از نوع MLP نشان می‌دهد که میانگین نرخ بازشناسی گوینده با روش پیشنهادی در حالت بدون نویز 33/97% و در نسبت سیگنال به نویز 2- دسی‌بل 33/61% است که نسبت به روش‌های متداول بهبود نشان می‌دهد.
    کلیدواژگان: بازشناسی گوینده، ضرایب MFCC، فرکانس پایه، فرمنت‌، آنتروپی شانون، MLP
  • احسان عباس نژاد*، عباس حریفی صفحات 45-54
    امروزه کنترل سیستم‌های مکانیکی نقصان تحریک یکی از مسایل چالش برانگیز مهندسان کنترل شده است. یکی از مثال‌های جذاب این دسته سیستم‌ها، ربات تعادلی دو چرخ می‌باشد که از دو چرخ در موازات هم و یک آونگ معکوس تشکیل شده است. در این پژوهش طراحی کنترل‌کننده به منظور حرکت بر روی سطح صاف مورد بررسی قرار گرفته است. برای طراحی کنترل کننده، ابتدا معادله دینامیکی سیستم از روش کین استخراج شد. سپس برای ربات تعادلی دو چرخ یک کنترل کننده مد لغزشی برای زاویه چرخش ربات، و با استفاده از سطح لغزشی پیشنهادی یک کنترل کننده مد لغزشی برای کنترل توام موقعیت و زاویه حفظ تعادل طراحی گردید. ویژگی کنترل‌کننده‌های پیشنهادی این است که همگی بر اساس دینامیک غیرخطی سیستم طراحی شده اند. همچنین با در نظر گرفتن حدود عدم قطعیت سیستم به هنگام طراحی، کنترل‌کننده‌ها نسبت به عدم قطعیت‌های موجود در مسئله مقاوم شده اند. مشکل متداول کنترل‌کننده‌های مد لغزشی پدیده چترینگ می‌باشد که با استفاده از تابع اشباع به جای تابع علامت تا حد زیادی کاهش یافته است. در نهایت مقایسه نتایج شبیه‌سازی کنترل‌کننده طراحی شده با پاسخ یک کنترل کننده رگولاتور درجه دوم، کارایی کنترل‌کننده پیشنهادی را تایید می‌نماید.
    کلیدواژگان: تابع اشباع، ربات تعادلی دو چرخ، روش کین، سیستم نقصان تحریک، کنترل مد لغزشی، رگولاتور درجه دو
  • غلامرضا عرب مارکده*، سمیه یاراحمدی، جعفر سلطانی صفحات 55-62

    اخیرا برای حذف هارمونیک ها و ارتقاء ضریب توان در شبکه های قدرت، فیلترهای اکتیو مورد توجه فراوان قرار گرفته اند. از مزایای این گونه فیلترها، حجم کمتر و مشخصات جبران کنندگی بهتر آن ها نسبت به فیلترهای پسیو است. در این مقاله استراتژی کنترلی نوین برای دو نوع فیلتر اکتیو VSI و CSI پیشنهاد شده است و سپس این دو نوع فیلتر از نظر میزان کاهش THD جریان بارغیرخطی مورد مقایسه گرفته اند. استراتژی کنترلی پیشنهادی برای فیلتر اکتیو VSI مبتنی بر علامت های لغزش و منبع جریان و استراتژی کنترلی پیشنهادی فیلتر اکتیو CSI فقط مبتنی بر علامت لغزش است. کلیه ی شبیه سازی ها در محیط MATLAB/Simulink انجام گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش های کنترلی پیشنهادی برای هر دو نوع فیلتر بهتر از روش های کنترلی قبلی می باشد و فیلتر اکتیو CSI عملکرد بهتری نسبت به فیلتر اکتیو VSI با در نظر گرفتن ناحیه ی مرده (برای جلوگیری از اتصال کوتاه شدن منبع) دارد

    کلیدواژگان: فیلتر اکتیو، اینورتر منبع جریان، اینوتر منبع ولتاژ، بار غیرخطی، کنترل حالت لغزشی
  • احسان موحدی*، مجید دلشاد، احسان ادیب صفحات 63-70
    در این مقاله یک مبدل افزاینده سوییچینگ، فلای بک جدید ارایه گردیده است. در ابتدا مبدل به صورت سخت کلید زنی می‌شود که در این حالت به صورت کامل تحلیل شده است. سپس مدار کمکی جهت نرم کردن کلیدزنی کلید اصلی آن به مبدل اضافه شده است که مدار کمکی در این مبدل نه تنها شرایط سوییچینگ نرم را برای کلید اصلی مبدل فراهم می‌سازد بلکه از جهش‌های ولتاژ دو سر کلید اصلی در هنگام خاموش شدن در اثر سلف نشتی ترانسفورمر نیز جلوگیری می‌نماید. لذا راندمان مبدل پیشنهادی جدید در مقایسه با مبدل‌های پیشین افزایش یافته و استرس روی کلید اصلی نیز کاهش یافته است. همچنین کلید کمکی این مبدل به صورت نرم کلید زنی می‌گردد و در نتیجه باعث تحمیل تلفات قابل توجهی به مبدل نمی‌شود. کنترل مبدل به صورت PWM می‌باشد. این مبدل نسبت به مبدلهای مشابه دارای راندمان بالاتر و هزینه ساخت پایین‌تری می‌باشد.
    کلیدواژگان: مبدل سپیک – فلای بک، کنترل PWM، کلید زنی در ولتاژ صفرZVS
  • عبدالحمید طباطبایی‌فر، محمدعلی شفیعیان*، حامد بنی‌زمان، سید علی تراب جهرمی صفحات 71-79

    در گلخانه های امروزی، اندازه گیری پارامترهای مختلف محیطی به منظور پایش، کنترل و خودکار نمودن مناسب گلخانه، امری ضروری است. پایش و ارسال داده ها به وسیله سیم می تواند به سیستمی گران و با انعطاف پذیری کم منجر گردد. از آنجایی که شبکه حسگر بی سیم یک سیستم توزیع شده و متشکل از گره های حسگر بی سیم با اندازه کوچک مجهز به آنتن رادیویی و یک یا چند حسگر می باشد، استفاده از این نوع شبکه ها انتخابی ارزان برای ساخت یک سیستم پایش و کنترل می باشد. در این مقاله به معرفی و پیاده سازی یک سیستم هوشمند مبتنی بر شبکه حسگر بی سیم و با استفاده از ماژول های Xbee خواهیم پرداخت. در سخت افزار سری 2 ماژول Xbee از میکروتراشه های Ember Networks استفاده شده است که این امر امکان استفاده از جنبه های گوناگون یک شبکه مش مبتنی بر پروتکل Zigbee را فراهم می کند. در این سیستم، همه داده های جمع آوری شده از حسگرها، در قالب بسته های GPRS و از طریق شبکه ارتباطی GSM به یک مرکز کنترل دوردست ارسال می شوند و در یک نرم افزار پایش، قابل مشاهده هستند. سیستم پیشنهادی از توان مصرفی پایین و مدارهای راه انداز ساده و ارزان برخوردار است. علاوه بر این، سیستم پیشنهادی قابلیت پشتیبانی از انواع مختلف حسگرهای آنالوگ و دیجیتال را دارا می باشد.

    کلیدواژگان: شبکه حسگر بی‌سیم، گلخانه، پروتکل ZIGBEE، پایش گلخانه، دما
|
  • Amir Baghi Rahin *, Ziaadin Daei Koozeh Kanani Pages 3-10
    In this paper, a low voltage and low power (LV/LP) Operational Transconductance Amplifier (OTA) using FGMOS (Floating-Gate MOS) transistor is proposed. The relative tuning range of 50 is achieved in this OTA while only consumes 40 µW with 1.0 V supply voltage in TSMC 0.18 µm CMOS technology. The simulation results of the proposed OTA show an open loop gain of 30.2 dB and a unity gain frequency of 942 MHz. In comparison with previous works, the proposed OTA, with lower supply voltage, is provided the better frequency performance, higher output voltage swing, better linearity and lower power consumption. The proposed OTA is used in the second-order  filter to show a good tuning range from 100 kHz to 5.6 MHz which is suitable for the wireless specifications of Bluetooth (650 kHz),CDMA2000 (700 kHz) and Wideband CDMA (2.2 MHz). The active area occupied by the designed filter on silicon is .
    Keywords: Low-voltage, low-power (LV, LP), operational transconductance amplifier (OTA), FGMOS (floating-gate MOS), G, m -C filter, inverter
  • Samira Torabi*, Ali Bahrami *, MohammadFarzan Sabahi Pages 11-16

    Reliable and efficient spectrum sensing plays an important role in cognitive radio networks. On the other hand, accurate and fast sensing of spectrum is the main function of a cognitive radio for cognitive users to avoid harmful interference in licensed users. However, detection performance issues are often shadowing, fading and receiver uncertainty. To mitigate the impact of these issues, cooperative spectrum sensing as an effective method is presented to improve the detection performance with help of spatial diversity. Cooperative spectrum sensing leads to CR detection performance improvement. In order to execute the cooperative spectrum sensing among cognitive radio users, data fusion schemes are superior to that of decision fusion ones in terms of the detection performance but suffer from the disadvantage of huge traffic overhead when bandwidth constraint of communication channels is taken into account. The overhead contains additional sensing time, delay, energy and sensing actions dedicated to cooperative sequential sensing any also contains any performance degradation that is caused by cooperative sensing. The purpose of this paper is reviewing of the cooperative sensing techniques with sequential methods. The simulation results show that with reducing the number of examined samples, the sensing time and the energy will be reduced and as the result, the overhead will be reduced.

    Keywords: Cognitive radio, sequential spectrum sensing, cooperative sensing, overhead, hard decision
  • Badrozaman Hosseini, Mehdi Sojoodi * Pages 17-32
    This paper is concerned with network based leader following consensus for a distributed multi agent system with interval time varying delays in the presence of uncertainty and disturbances. A network based consensus control protocol under a directed graph is proposed. The nonlinear time varying coefficients derived from Jenson's integral inequality is approximated with an estimation method. Finally with convex combination, less conservative stability criteria are provided. In this method, the output feedback H∞ control is proposed to leader following consensus and robust stability of the closed loop system. In the presence of uncertainty and disturbances in the system, using H∞ control along with dynamic output feedback controller has led to better results in tracking the reference signal. This study provides H∞inf stability criteria in the forms of linear matrix inequalities (LMIs) and convex programming standard form. Numerical examples are given to show the effectiveness of the obtained theorems and results.
    Keywords: LMI, Jenson's inequality, H∞ robust stability, dynamic output feedback, interval time varying delay
  • Nona Heydari Esfahani *, Hamid Mahmoodian Pages 33-44
    In this paper, robust text-independent speaker recognition is taken into consideration. The proposed method performs on manual silence-removed utterances that are segmented into smaller speech units containing few phones and at least one vowel. The segments are basic units for long-term feature extraction. Sub-band entropy is directly extracted in each segment. A robust vowel detection method is then applied on each segment to separate a high energy vowel that is used as unit for pitch frequency and formant extraction. By applying a clustering technique, extracted short-term features namely MFCC coefficients are combined with long term features. Experiments using MLP classifier show that the average speaker accuracy recognition rate is 97.33% for clean speech and 61.33% in noisy environment for -2db SNR, that shows improvement compared to other conventional methods.
    Keywords: Speaker identification, MFCC coefficients, pitch ferequency, formants, Shannon Entropy, MLP
  • Ehsan Abbas Nejad *, Abbas Harifi Pages 45-54
    Nowadays, the control of mechanical systems with fewer inputs than outputs (Under-actuated systems) has become a challenging problem for control engineers. Two-wheeled balancing robots is one of the appealing examples of this category. This type of robot contains two parallel wheels and an inverted pendulum. In this research, designing of controller have been investigated for flat surfaces. For controller design, the extract dynamics of the system has been achieved based on Kane's method. Then for the two-wheeled balancing robot, one sliding mode controller has been designed for yaw angle, and another sliding mode controller has been designed to control both position and pitch angle based on a proposed sliding surface. The main feature of the proposed controllers is that all of controllers have been designed based on the nonlinear dynamics of system. Also, considering the limits of uncertainties while designing systems, the robustness of controllers have been increased. The common problem of sliding mode control is chattering phenomenon that has been greatly reduced using saturation function instead of sign function. Simulation results comparision of the designed controller with a LQR controller, validates the effectiveness of the proposed controller.
    Keywords: Two wheeled balancing robot, TWIP, Kane’s method, under-actuated system, LQR
  • GholamReza Arab *, Somayeh Yarahmadi, Jafar Soltani Pages 55-62

    Recently to eliminate the harmonics and improve the power factor of the power networks, much attention has been attracted to active filters. The advantages of these filters are lower volume and their better compensating characteristics than the passive filters. In conventional sliding mode controllers, the source current waveform is fluctuated in near to zero values. In this paper, using a new sliding technique, lower Total Harmonic Distortion (THD) in source current is obtained and the current waveform is improved. As well as, two novel control strategies for two types of active filters, VSI and CSI is proposed and then these two types of filters are compared to reduce THD value of source current.The proposed controlled strategies are simulated by MATLAB/Simulink. The Simulation results confirm that the proposed strategies reduce the THD of source current more than other strategies, and active filter based on CSI has a better performance than active filter based on VSI with a dead time area (for avoiding short circuit of the source) in high powers.

    Keywords: Active filter, current source inverter, voltage source inverter, non-linear load, Sliding mode control
  • Ehsan Movahedi *, Majid Delshad, Ehsan Adib Pages 63-70
    In this paper we presents a soft switch sepic, flyback converter. At first the converter have hard switching in main switch and completely analysis then added auxiliary circuit for soft switching Auxiliary circuit in the converter is not only soft switching condition for the main switch but also prevents the spike voltage across the main switch when turned off that because leakage inductance. Therefore, the proposed converter efficiency in comparison with the previous converters increased and voltage stress on the main switch is reduced. Also the auxiliary switch in the converter have soft switching and thereby decrese losses. this converter Control with pwm.These converter have higher efficiency than the similar converters and the cost is low. Auxiliary circuit in the converter is not only soft switching condition for the main switch but also prevents the spike voltage across the main switch when turned off that because leakage inductance. Therefore, the proposed converter efficiency in comparison with the previous converters increased and voltage stress on the main switch is reduced.
    Keywords: Sepic convereter, flyback, PWM control-ZVS
  • Abdolhamid Tabatabaeifar, MohammadAli Shafieian *, Hamed Banizaman, Seyed Ali Torab Pages 71-79

    In modern and big greenhouses, it is necessary to measure several climate parameters to automate and control the greenhouse properly. Monitoring and transmitting by cable may lead to an expensive and stiff measurement system. Since, Wireless Sensor Network (WSN) is a distributed system that consists of small-size wireless sensor nodes equipped with radio and one or several sensors; it is a low cost option to build the required monitoring system. In this paper, we introduce and implement an intelligent monitoring system based on WSN by using Xbee modules. The Xbee Series 2 hardware uses a microchip from Ember Networks that enables several different flavors of standards-based ZigBee mesh networking. All gathered information by sensors, are sent to a remote center in form of GPRS packets through a GSM network and viewed by monitoring software. The proposed system has low power consumption, low cost and simple driver circuits. Furthermore, it can support various types of digital and analog sensors

    Keywords: WSN, Greenhouse, ZigBeevhi htjohv, greenhouse monitoring, Temperature