امروزه انرژی الكتریكی نقش عمده ای در زمینه های مختلف جوامع بشری ایفا می كند و جزء لاینفك زندگی است. بدیهی است كه مانند سایر خدمات اندیسها و معیارهایی جهت ارزیابی كیفیت برق تولید شده مورد توجه قرار گیرد. اما ارزیابی میزان كیفیت برق از دید افراد مختلف و در سطوح مختلف سیستم قدرت بكلی متفاوت است. به عنوان مثال شركتهای توزیع، كیفیت برق
مناسب را به قابلیت اطمینان سیستم برق رسانی نسبت می دهند و با ارائه آمار و ارقام قابلیت اطمینان یک فیدر را مثلا ٩٩% ارزیابی می كنند سازندگان تجهیزات الكتریكی برق با كیفیت را ولتاژی می دانند كه در آن تجهیزات الكتریكی به درستی و با راندمان مطلوب كار می كنند و بنابراین از دید سازندگان آن تج هیزات، مشخصات مطلوب ولتاژ شبكه بكلی متفاوت خواهد بود. اما آنچه كه مسلم است آنست كه موضوع كیفیت برق، نهایتًا به مشتركین و مصرف كنندگان مربوط میشود و بنابراین، تعریف مصرف كنندگان اهمیت بیشتری دارد.
بروز هر گونه اشكال یا اغتشاش در ولتاژ، جریان یا فركانس س یستم قدرت كه باعث خرابی یا عدم عملكرد صحیح تجهیزات الكتریكی مشتركین گردد به عنوان یک مشكل در كیفیت برق، تلقی می گردد.
واضح است كه این تعریف نیز از دید مشتركین مختلف، معانی متفاوتی خواهد داشت. برای مشتركی كه از برق برای گرم كردن بخاری استفاده می كند، وجود هارمونیک ها در ولتاژ یا انحراف فركانس از مقدار نامی هیچ اهمیتی ندارد، در حالی كه تغییر اندكی در فركانس شبكه، برای مشتركی كه فركانس برق شهر را به عنوان مبنای زمان بندی تجهیزات كنترلی یک سیستم به كار گرفته است، می تواند به طور كلی مخرب باشد.
یكی از مواردی كه بعنوان یک مشكل در كیفیت برق تلقی می گردد، پدیده فرورزونانس است. در اثر وقوع این پدیده و اضافه ولتاژ و جریان ناشی از آن، موجب داغ شدن و خرابی ترانسفورماتورهای اندازه گیری و ترانسفورماتور های قدرت می گردد كه میتوانند بر حسب شرایط اولیه، ولتاژ و فركانس تحریک و مقادیر مختلف پارامترهای مدار (كاپاسیتانس و شكل منحنی مغناطیسی)، مقادیر متفاوتی پیدا كنند، بنابراین بایستی محدودیت هایی بر پارامترهای سیستم اعمال كرد تا از وقوع چنین پدیده ناخواسته جلوگیری نمود.
با توجه به اهمیت شناسایی پدیده فرورزونانس از سایر حالتهای گذرا دراین پایان نامه تلاش شد تا سیستمی هوشمند جهت تشخیص این پدیده از سایر حالتهای گذرای كلید زنی ارائه گردد. در طراحی این سیستم هوشمند اولا از جدیدترین روش های تجزیه و تحلیل و پردازش سیگنال های الكتریكی برای پردازش داده ها استفاده گردید. ثانیًا از طبق هبندی كننده های پیشرفته با توانایی بالا در دسته بندی داده ها بهره گرفته شد. به منظور مقایسه نتایج حاصل از فرورزونانس با سایر سیگنالهای گذرای شبكه توزیع، تعدادی از حالتهای گذرا نظیر كلیدزنی بار، كلیدزنی خازنی و كلید زنی ترانسفورماتور توسط نرم افزار EMTP بر روی یک فیدر توزیع واقعی شبیه سازی شد. در فصل دوم به ی بر كارهای انجام شده در زمینه پردازش سیگنال در سیستمهای قدرت پرداخته، در فصل سوم به معرفی پدیده فرورزونانس خواهیم پرداخت. در فصل چهارم مبانی علمی روش های پیشنهادی، در فصل پنجم نحوه جمع آوری اطلاعات و سیگنالها بررسی می شود و درفصل ششم نحوه پیاده سازی روش های پیشنهادی بررسی می شود و نهایتا نتیجه گیری و پیشنهادات پایان بخش مطالب خواهند بود.

ابزار شبكه ی سیار و سخت افزارهای شبك هی بی سیم بصورت گسترده ای در دسترس هستند و تلاش گسترده ای برای یكپارچه كردن این عناصر با شبكه های رایج از قبیل شبكه ی اینترنت انجام شده است. هرچند اكثر اوقات، كاربران سیار باید در شرایطی كه زیر ساخت سیمی ثابتی وجود ندارد ارتباط برقرار كنند. در چنین شرایطی، مجموعه ای از گره های سیار با واسط های بی سیم ممكن است یک شبك هی موقت، بدون وجود نقطه دسترسی متمركز و تحت مدیریتی ثابت، شكل دهند. این نوع شبكه ی بی سیم تحت عنوان شبكه ی سیار Ad-hoc – MANET شناخته شده است. در این شبكه وظایف شبكه مانند پخش بسته های اطلاعاتی، پیدا كردن مسیرها، مونیتورینگ شبكه، ایمن كردن ارتباط و غیره بر عهده گره ها در شبكه است. از چنین شبكه هایی بطور گسترده در كاربردهایی كه از اهمیت عملی برخوردارند، درآینده استفاده خواهد شد، مانند: عملیات نجات در سوانح طبیعی، میدانهای جنگ، مخابرات مناطق ویژه مانند زمین های با كاربری ویژه، مناطق روستایی و حادثه دیده.
از آنجایی كه گره ها در این شبكه موقعیت ثابتی ندارند و بصورت اختیاری حركت می كنند، قطعی ارتباط را باید به عنوان رفتار عادی شبكه در نظر بگیریم، زیرا این حالت ممكن است بعد از جابجایی گره یا هنگامی كه كاربر دستگاه خود را خاموش می كند، اتفاق بیافتد. اختلال در مسیر مستلزم فرایند بازیابی مسیر میباشد و ممكن است به تاخیرهای بیش از حد طولانی در لایه ی مسیریابی منجر شده و كیفیت خدمات را در كاربردهایی كه به تاخیر حساس هستند تحت تاثیر قرار دهد.
یک روش مناسب جهت كاهش این تاثیرات استفاده از مسیرهای متعدد بجای استفاده از تنها یک مسیر است. اما یک سئوال اساسی و تقریباً مشكل مطرح است و آن اینكه از بین تمامی مسیرهای ممكن در شبكه كدام مسیرها را لایه ی مسیر یابی باید انتخاب كند تا به بیشینه قابلیت اطمینان دست پیدا كند؟ وابستگی خطا در بین مسیرهای مجموعه ی انتخابی باید تا حد امكان كوچك باشد. لینك ها و گره های مشترك بین مسیرها، نقاط خطای مشترك هستند كه می توانند چندین مسیر در مجموعه و یا حتی تمامی آنها را تحت تأثیر قرار دهند. در نتیجه برای رسیدن به حداكثر قابلیت اطمینان به دنبال مسیرهایی هستیم كه لینك یا نور مشترك نداشته باشند كه به آنها مسیرهای منفصل می گوییم.
در اینجا هدف پیدا كردن مجموعه مسیرهایی بین مبدأ و مقصد است كه احتمال شكست همزمان آنها بسیار كم باشد. دو اصل كلی در این زمینه وجود دارد. اول آنكه هر چه میسر طولانی تر باشد، قابلیت اطمینان آن كمتر است و دوم هر چه تعداد مسیرها در مجموعه مسیر افزایش یابد، قابلیت اطیمنان مجموعه افزایش می یابد. پس مجموعه باید شامل تعداد زیادی مسیر منفصل از هم كوتاه باشد.

در این پروژه نحوه عملکرد یک گیرنده IFM مورد بررسی قرار گرفته است. سپس یک سیستم کامل IFM طراحی شده، ساخته شده و نتایج آن ارائه گردیده است. در فصل یکم کلیات پروژه از جمله طرح مسئله، اهمیت و ضرورت انجام آن و اهداف پروژه بیان شده است. در فصل دوم به شرح سیستم IFM و بیان ریاضی مسئله پرداخته شده است. فصل سوم به طراحی، شبیه سازی و ساخت اجزای بخش RF، یعنی مقسم های توان، تزویج کننده های دورگه، خطوط تاخیر و میکسرها، و ارتباط بین آنها اختصاص دارد. فصل چهارم نیز به بررسی و ساخت سخت افزار بخش پردازش و تحلیل نرم افزار پردازشگر اختصاص دارد. در فصل پنجم مطالب جمع بندی شده است و در خاتمه برنامه ها و توابع نوشته شده، شبیه سازی های انجام شده، مشخصات المان ها و قطعات و تصاویر قطعات ساخته شده پیوست شده اند.
فصل یکم:
کلیات
طرح مسئله
سیستم رادار اولین بار در ایالات متحده و بریتانیا در دهه 1930 تولید شد و نقش مهمی در طول جنگ جهانی دوم برای مصارف نظامی بازی کرد. پس از آن زمان، کاربردهای رادار در دیگر زمینه ها گسترش یافت. با رشد سریع رادار، مخابرات و سیستم های هدایت جنگ افزار، یک نیاز ضروری در گیرنده های مایکروویو ایجاد شد؛ تشخیص تهدیدات احتمالی در مراحل اولیه. بنابراین، گیرنده های مایکروویو و کاربردهایش یک حوزه تحقیقی مهم در جنگ الکترونیک گردید.
امروزه، گیرنده اندازه گیر فرکانس لحظه ای IFM، به عنوان یک جزء از سیستم های جنگ الکترونیک پیشرفته مطرح می باشد. بلوک IFM مانند یک تابع بنیادی اجرا می شود، فرکانس سیگنال تهدیدآمیز را تشخیص می دهد و اطلاعات لازم را تولید می کند.
سیستم IFM ابتدا همانند یک تکنیک ساده برای استخراج دیجیتال فرکانس حامل ورودی های پالس RF به صورت آنی مطرح شد و به تدریج توسعه یافت و امروزه تبدیل به یک سیستم کارآمد برای رمزگشایی آنی فرکانس سیگنال های پالسی و موج پیوسته گردیده است.
در بسیاری از کاربردها، فرکانس به دست آمده یکی از مهمترین پارامترهای رادار است و از آن می توان برای مرتب کردن و استخراج چگالی سیگنال های محیط اطراف استفاده کرد.
اهمیت و ضرورت انجام پروژه

مبحث تشخیص فرکانس لحظه ای IFM، علاوه بر آنکه همچون فناوری انرژی اتمی، تکثیر و بهره برداری از سلول های بنیادی و یا نانو تکنولوژی، جزء دانش های جدید بشری است، سطح دانش فنی کشور عزیزمان را ارتقاء می بخشد. و چون به عنوان یک جزء از سیستم های جنگ الکترونیک پیشرفته مطرح است، از لحاظ امنیتی قابل ملاحظه می باشد.
این گیرنده بسیار ظریف، شامل دو بخش RF و پردازش است. اگرچه بخش پردازش آن حاوی نکات فنی و آموزنده بسیاری است، اما بخش RF دارای اجزاء فرکانس بالایی همچون مقسم های توان و تزویج کننده های دورگه و میکسرهای نیمه هادی است، که بررسی آنها و توسعه هریک پایه ای برای رشد و درک بهتر سیستم های مایکروویوی فراهم می کند.

کنترل بهینه شامل مجموعه ای از روش ها و ابزارهای ریاضی است که برای طراحی کنترل کننده های سیستم های دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرند و در این روش ها، معیاری برای بهینگی در نظر گرفته می شود، و در طراحی کنترل کننده مورد نظر، این معیار بهینه می شود. غالبا معیار بهینگی در ارتباط با عواملی همچون عملکرد، میزان مصرف انرژی کنترلی، زمان پاسخگویی، و چگونگی حالت نهایی تعریف می شود. به عنوان مثال، طراحی کنترل کننده ای که بتواند در کمترین زمان ممکن حالت یک سیستم دینامیکی را به یک حالت مطلوب برساند، مسأله ای است که می تواند در قالب یک مسأله کنترل بهینه تعریف شود.
تنظیم کننده درجه دوخطی یا LQR، رویکردی است که در طراحی کنترل کننده خطی برای سیستم های خطی، به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. کنترل کننده LQR دارای قوام مناسبی است و دارای حداقل حد بهره 6- دسیبل، حداکثر حد بهره نامحدود، و حد فاز 60 درجه است. گزینه های تنظیمی مربوط به کنترل کننده LQR شامل ماتریس های وزنی موجود در تعریف معیار بهینگی است که تعیین این ماتریس ها بسته به سلیقه طراح است. مقادیر این ماتریس ها به طور مستقیم بر روی کنترل کننده بهینه به دست آمده در روش LQR تاثیر دارند. بر روی چگونگی تاثیر مقادیر ماتریس های وزنی بر کیفیت کنترل کننده LQR به دست آمده، بحث های فراوانی انجام شده است که غالبا با نام اختصاصی ساختار ویژه در حوزه کنترل بهینه مطرح شده است.
در کنار الگوریتم ها و روش های کلاسیک که برای حل مسأله وزن دهی بهینه و تعیین ساختار ویژه کنترل کننده LQR ارائه شده اند، الگوریتم های بهینه سازی هوشمند و روش های محاسبات نرم نیز به در حل این مسأله، مورد استفاده قرار گرفته اند. به عنوان مثال، الگوریتم ژنتیک، ترکیب الگوریتم ژنتیک و شبیه سازی تبرید، و الگوریتم مورچه ها برای حل مسأله تخصیص ساختار ویژه مورد استفاده قرار گرفته اند.
فصل اول
کلیات
1-1- هدف و اهمیت مسأله
در طراحی بسیاری از سیستم ها و حل بسیاری از مسایل نیاز داریم که از بین مجموعه وسیعی از جواب های ممکن یک جواب را به عنوان پاسخ بهینه انتخاب نماییم. اما به علت وسعت زیاد مجموعه جواب ها عملاً نمی توان تمام پاسخ ها را آزمود و باید این آزمایش را به صورت تصادفی انجام داد. از طرف دیگر این روند تصادفی باید به گونه ای انجام شود که به سمت بهترین جواب همگرا گردد. تئوری کنترل بهینه کوادرتیک خطی به این علت که به راحتی قابل پیاده سازی در مسائل مهندسی است و مبنای سایر تئوری های کنترلی می باشد، دارای اهمیت ویژه است. با این وجود در مورد خاصی که تابع هزینه یک تابع کوادرتیک خطی است، پاسخ بهینه به پاسخ رگولاتور کوادرتیک خطی همگرا می شود. روش LQR به طور گسترده در زمینه های مانند کنترل موتورهای القایی، کنترل میلنگ خودرو و غیره کاربرد دارد. سیستم مورد بررسی در این پروژه، نوعی از آونگ وارون می باشد.

آونگ وارون به طور وسیع به عنوان یک برنامه کنترلی جهت ارزیابی تئوری های کنترل مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از سیستم های کلاسیک در دینامیک و کنترل است که به واسطه خواصی از قبیل غیرخطی بودن و ناپایداری ذاتی به عنوان یکی از مشکل ترین مسایل در مهندسی کنترل شناخته شده و به صورت وسیعی به عنوان یک محک برای تست الگوریتم های کنترل متفاوت مانند کنترل کننده های کلاسیک PID، شبکه های عصبی، کنترل کننده های فازی و… به کار می رود. از این سیستم شکل های مختلفی وجود دارد که از بین آنها می توان به ارابه، آونگ و آونگ های چرخشی افقط و عمودی اشاره کرد. هریک از اشکال مختلف آونگ وارون می تواند به صورت آونگ تکی و یا چندگانه وجود داشته باشد. این سیستم به عنوان یکی از سیستم های پایه آزمایشگاه های کنترل شناخته می شود.
در این پروژه به طراحی کنترلر LQR برای سیستم مورد نظر می پردازیم و با بهره گرفتن از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات ماتریس های وزنی مناسب به منظور طراحی کنترلر LQR مطلوب انتخاب می نماییم. و آن را با دیگر روش های بهینه سازی معمول مقایسه می نماییم. مسئله اساسی اینست که بهترین ماتریس های وزنی را چنان تعیین کنیم که وضعیت مطلوب سیستم کنترلی را در کمترین زمان ممکن برآورده سازند. در این پروژه استفاده از روش الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای تعیین ماتریس های وزنی پیشنهاد می شود و نشان خواهیم داد که نتایج به دست آمده نیازهای سیستم کنترلی و مشخصات مطلوب سیستم را برآورده می سازند و برتری های روش مذکور را بر الگوریتم های بهینه سازی دیگر بررسی خواهیم کرد.

بروز خطا در یک فرایند یكی از مهمترین مسائلی است كه مهندسین كنترل با آن دست به گریبانند. برخی از نقص ها و عیوب بوجود آمده نه تنها از طریق كم كردن راندمان پروسه باعث زیان واحد صنعتی می شود بلكه می تواند در مواردی منجر به بروز فجایع بزرگ شود. به همین دلیل شناسایی زود هنگام این عیوب و سعی بر كنترل واحد صنعتی حتی در حضور آنها به منظور جلوگیری از قطعی كار فرایند یكی از مسائل مهم و به روز در زمینهی كنترل صنعتی به شمار می رود.
توربین بخار از واحدهای صنعتی مهم با عملكرد رفتاری پیچیده، غیرخطی و متغییر با زمان بوده كه نقش بسیار كلیدی را در نیروگاه های حرارتی ایفا میكند . بروز عیب رفتاری موجب ایجاد اشكال در عملكرد عادی توربین بخار شده و چنانچه به موقع تشخیص و نسبت به رفع آن اقدامی صورت نگیرد منجر به توقف عملكرد و در نهایت ایجاد سوانح و حوادث تجهیزاتی و حتی جانی میشود. در این راستا شبكه هایی طراحی می شوند كه بتوانند بستری را فراهم نمایند كه الگوریتم های تشخیص خطا
بیشترین نرخ تشخیص درست را توسط آنها بدست آورند. روش های ارائه شده نه تنها باید قابلیت تشخیص وقوع عیب در سیستم را دارا باشند بلكه باید بتوانند نوع خطا و مشخصات آنرا شناسایی نمایند.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
شناسایی و تشخیص خطا در سیستمهای صنعتی یكی از مهمترین مسائلی است كه مورد توجه طراحان مهندسی قرار دارد و دراین راستا سیستمهایی را طراحی میكنند كه در صورت رخداد هرگونه اشكال در سیستم سریعاً این مشكل مونیتور شده و پس ازمشخص شدن منشاء آن نسبت به برطرف نمودن آن اقدامات لازم صورت پذیرد.
هدف اصلی ما در این پروژه بررسی عملكرد توربین بخار زمانیكه یک عیب در سیستم رخ داده باشد و طراحی یک سیستم تشخیص خطا میباشد. این عیب میتواند بر روی اندازه گیری سنسورهای فشار، دما و غیره كه ورودیهای سیستم هستند و یا بر روی درصد باز – بسته بودن شیرهای كنترلی كه خروجی سیستم هستند اتفاق بیفتد. همچنین تجهیزات اصلی توربین نیز میتوانند دچار مشكل شوند مانند گرفتگی در Extraction های توربین، خرابی درتجهیزات رطوبت گیر و غیره. در این راستا پس از مدلسازی توربین بخار و طراحی كنترلر پیش بین مناسب، یک ساختار ANFIS برای تشخیص 12 نوع عیبی كه احتمال وقوع آن در توربین زیاد است پیشنهاد میكنیم.
2-1) پیشینه تحقیق
مدلسازی توربین بخار توسط جناب آقای دكتر علی چایبخش انجام شده بود. همچنین برای تشخیص خطا در سیستمهای صنعتی در مقالات مختلف ، از روش های عصبی مانند پرسپترون چند لایه (MLP) و SOM استفاده شده است. البته بیشتر در این مقالات بر روی كلاس بندی خطاهای رخ داده در سیستمها بحث شده است.

3-1) روش کار و تحقیق
در ابتدا مدل شبیه سازی شده توربین بخار را در نظر میگیریم و خروجی این سیستم كه همان توان مكانیكی میباشد را بدست میآوریم. در مرحله بعد یک كنترل پیش بین (GPC) برای این سیستم طراحی و رفتار حلقه بسته این سیستم را مشاهده میكنیم. در ابتدا Set Point سیستم را تغییر میدهیم و خروجی سیستم را مشاهده میكنیم. سپس سه نوع اغتشاش به این سیستم اعمال میكنیم و خروجی سیستم را (در یک نقطه كار مشخص) مشاهده میكنیم. در انتها، یک سیستم تشخیص خطا را به كمك ساختار ANFIS طراحی میكنیم و نتایج حاصل از شناسایی و تشخیص خطا را در توربین بخار مشاهده می کنیم.