حملات اخیر به سیستم های اسکادا، موجب دو چندان شدن نیاز به ارزیابی های امنیتی و کنترلی این سیستم ها شده است، تا بدین طریق راهکار های مناسب جهت امن کردن سیستم های اسکادا با حفظ کارکرد های کنترلی آن ها ارائه شود. اجرای ارزیابی های کنترلی و امنیتی بر روی یک سیستم اسکادای صنعتی و در حال کار، می تواند موجب بروز خسارت شود. در نتیجه به عنوان زیر ساختی برای ارزیابی های کنترلی و امنیتی، نیاز به پیاده سازی یک بستر آزمون برای اسکادا وجود دارد. در این پایان نامه، طراحی و اجرای اولین بستر آزمون اسکادا در ایران که بر اساس نیاز های روز کشور می باشد، ارائه می شود. بوسیله این بستر آزمون پیشنهادی، ابعاد مختلف یک سیستم اسکادا از نقطه نظر فرایند، تجهیزات کنترلی و شبکه مدلسازی و شبیه سازی شده است. در بستر آزمون پیشنهادی از شبیه ساز های labview و opnet جهت مدلسازی و شبیه سازی فرایند و شبکه اسکادا استفاده می شود. همچنین امولاتور های ibh softplc، winplc-engine و plcsim جهت شبیه سازی عملکرد plc ها بکار گرفته می شوند. علاوه بر این برای بالا بردن دقت نتایج ارزیابی ها، ارتباط تجهیزات واقعی (مانند plc های شرکت زیمنس) با اجزاء شبیه سازی شده برقرار شده و یک بستر آزمون یکپارچه را تشکیل می دهد. این بستر آزمون اسکادا علاوه بر دارا بودن قابلیت اجرای ارزیابی های کنترلی و امنیتی اسکادا های تولیدکنندگان مختلف، امکان اجرا و تحلیل حملات سایبری و بررسی های آسیب پذیری را نیز فراهم می کند. با ارزیابی های صورت گرفته، تحقق اهداف و قابلیت های این بستر آزمون نیز بخوبی نشان داده می شود.

کنترل فشار جمع کننده ی گاز درون کوره های زغال سنگ پارامتر فنی بسیار مهمی در فرآیند تبدیل زغال سنگ محسوب می شود و اهمیت آن هنگامی است که فشار گاز درون کوره منفی می شود و هوا می تواند از درب و کلاهک کوره به کوره وارد شود که باعث سوختن نامناسب کک می شود و کاهش کیفیت محصول و آلودگی محیط زیست را در پی دارد. هوایی که بر اثر فشار منفی وارد کوره می شود با مواد بدنه ی کوره واکنش شیمیایی انجام می دهد و باعث ورقه ورقه شدن بدنه ی آن می شود و عمر خدمات کوره کاهش می یابد و باعث سوختن گاز خام می شود و دمای سیستم گازی را افزایش می دهد و مصرف انرژی غیر ضروری را در پی دارد. تاکنون روش های متعددی برای حل مسأله ی فوق مطرح شده است؛ اما به دلیل غیرخطی بودن شدید و نداشتن مدل ریاضی برای سیستم، طراحان مجبور به کنترل تمامی متغیرهای فرآیند تولید کک با روش های کنترلی هزینه بر و فوق مدرن شده اند. به نظر می رسد با خطی سازی نقاط مختلف در محدوده ی کارکرد جمع کننده ی گاز در کوره های زغال سنگ و انجام آزمایش ها و تحقیقات و روش سعی و خطا می توان کنترلی مناسب برای پایدار نمودن این فرآیند در محدوده ی نرمال کاری به دست آورد تا مسأله ی جلوگیری از آلودگی محیط زیست، افزایش کیفیت محصولات و طول عمر کارکرد کوره را محقق گردد. دراین تحقیق ما از روش ترکیبی کنترل کننده pi سنتی و pi فازی جهت کنترل فشار جمع کننده ی گاز استفاده کرده ایم و سپس این روش را با روش های کنترلی فازی نوع دوم و شبکه های عصبی مصنوعی مقایسه نموده ایم.

برج های تقطیر یکی از مهمترین واحدهای فرآیندی در پالایشگاه نفت و صنایع شیمیایی هستند و به دلایل اقتصادی نزدیک کردن آنها به شرایط عملیاتی بهینه به کمک کنترل کننده های مناسب ضرورت می یابد. ابتدا نیاز به یک مدل دقیق از سیستم تقطیر وجود دارد که قبل از آن باید سیستم به طور کامل از لحاظ فیزیکی، ترمودینامیکی و شیمیایی شناخته شود. مدل مرحله تعادلی با فرضیات مناسب برای بدست آوردن مدل جعبه سفید فرآیند استفاده شده است. مدل جعبه سفید بدست آمده رفتار فرآیند را نمایش می دهد. مقایسه مدل بدست آمده با داده های تجربی بیانگر دقت مدل جعبه سفید است. اکثر برجهای تقطیر صنعتی از کنترل کننده های چند حلقه ای استفاده می کنند که دارای معایب فراوانی از جمله محدودیت های ورودی و ناپایداری حلقه های بیرونی هستند. در این پژوهش از کنترل مدل پیشگو استفاده شده است. کنترل مدل پیشگو در گستره وسیعی از صنایع استفاده می شود. کنترل کننده متداول pid و کنترل مدل پیشگو ساده و چندگانه برای کنترل برج تقطیر دو جزئی به کار گرفته شد. نتایج نشان داد، کنترل کننده مدل پیشگو به خوبی اهداف کنترلی را دنبال می کند و عملکرد خوبی ارائه می دهد (کاهش خطا در تعقیب ورودی مطلوب به اندازه 6%).

در این پایان نامه ابتدا مروری بر ماشین های خطی، اهمیت و برخی از کاربردهای آن ها انجام گرفته است و سپس انواع متداول تر ماشین های خطی لوله ای آهنربای دائم تشریح شده است. در ادامه با استفاده از معادلات ماکسول، معادلات تحلیلی دو بعدی توزیع چگالی شار، نیروی ضد محرکه الکتریکی و همچنین نیروی محوری برای چندین نمونه از ماشین های خطی لوله ای آهنربای دائم استخراج شده است. ماشین های مطالعه شده همگی دارای ساختار آرمیچر بدون شیار و آهنربای دائم با مغناطیس شدگی شعاعی، هالبچ، هالبچ ذوزنقه ای و هالبچ دو طرفه است. به دلیل فرض خطی بودن سیستم (صرف نظر کردن از اثر اشباع) توزیع شار ناشی از آهنربا و همچنین توزیع ناشی از عکس العمل آرمیچر به صورت مجزا محاسبه شده اند. نتایج مدل تحلیلی دو بعدی با نتایج مدل عددی دو بعدی از نرم افزار ماکسول مقایسه شده که نتایج مقایسه بیانگر دقت عمل مدل تحلیلی می باشد. در نهایت با استفاده از مدل تحلیلی ارائه شده، یک ماشین خطی لوله ای با ساختار آرمیچر بدون شیار و مغناطیس شدگی شعاعی با یوغ فرو مغناطیس آرمیچر و میدان به طور بهینه طراحی شده است. اهداف مسئله طراحی، حداقل کردن تلفات توان و حجم ماشین در نظر گرفته شده اند، قیود مسئله طراحی شامل تولید نیروی محوری مورد نیاز و نگه داشتن چگالی شار یوغ آرمیچر و میدان زیر مقدار از پیش تعیین شده می باشد و پارامترهای بهینه سازی شامل ضخامت شعاعی آهنربا، ضخامت شعاعی یوغ استاتور و غیره می باشد. لازم به ذکر است که مسئله بهینه سازی توسط روش ازدحام ذرات حل شده است. پس از طراحی نتایج برخی کمیت های ماشین مانند نیروی محوری، نیروی ضد محرکه الکتریکی و شار پیوندی به صورت تحلیلی دو بعدی ارائه شده اند.

در این پژوهش طراحی و بهینه¬سازی موتورهای آهنربای دائم بدون جاروبک با در نظر گیری تعدادی قیود انجام گرفته است. همچنین مبحث حرارتی که بر مسائلی همچون هزینه ساخت، حفاظت و نگهداری در ماشین¬های الکتریکی تأثیر دارد، در مراحل طراحی ماشین لحاظ شده است. ابتدا روش تحلیل دمایی مبتنی بر شبکه¬های مداری بررسی شده¬ و سپس نتایج حاصل با روش اجزای محدود مقایسه شده¬است؛ برای تأیید نتایج حاصل از دو روش فوق، دمای یک نوع موتور اندازه¬گیری شده¬ است. سپس به عنوان یک ارتقا نسبت به کارهای قبل، اثر دما در قسمت طراحی و بهینه¬سازی موتور لحاظ شده¬است، روش¬های موثر طراحی بهینه¬ی ماشین-های بدون جاروبک بدون شیار آهنربای دائم مبتنی بر روش¬های بهینه سازی فرا اکتشافی از جمله روش بهینه سازی تک هدفه یادگیری و آموزش و همچنین روش بهینه¬سازی چندهدفه پرتو نیز مورد بررسی قرار گرفته¬است. استفاده از تحلیل دو بعدی و روابط تحلیلی، دقت و سرعت محاسبات را به نحو قابل قبولی افزایش داده¬است. در انتها دو پارامتر مهم (دما و فاصله هوایی) که احتمال بروز خطا در آن¬ها وجود دارد تحت پدیده¬های تصادفی عدم قطعیت بررسی شده اند.

امروزه ماشین های بدون جاروبک آهنربای دائم به دلایل متعددی از جمله حجم کم و راندمان بالا کاربردهای رو به گسترشی را در صنایع مختلف پیدا کرده اند. به همین سبب طراحی بهینه ی این گونه ماشین ها اهمیت ویژه ای به خود گرفته است. در این پایان نامه روش های موثری در طراحی بهینه ی ماشین های بدون جاروبک بدون شیار آهنربای دائم مبتنی بر روش های بهینه سازی فرااِکتشافی از جمله روش بهینه سازی اجتماع ذرات با بروزرسانی ضریب اینرسی و همچنین روش بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری ارائه شده است. ساختار آهنربای دائم به صورت نصب شده به روی سطح انتخاب گردیده و به منظور محاسبه ی کمیتهای موتور به عنوان مثال گشتاور الکترو مغناطیسی، نیروی ضد محرکه ی الکتریکی، اندوکتانس خودی و متقابل از روابط تحلیلی دو بعدی استفاده شده است. روش پیشنهادی به دلیل استفاده از آنالیز دو بعدی و روابط تحلیلی، از دقت و سرعت محاسباتی بالایی برخوردار می باشد. روند طراحی به منظور ارائه ی دو مطالعه ی موردی انجام گردیده که بعد از اتمام مراحل آن و ارائه ی نتایج، موتور بدون جاروبک بدون شیار آهنربای دائم سرعت بالای طراحی شده در مطالعه ی موردی دوم ساخته شده است. در این موارد توابع هدف شامل کمینه سازی حجم و کمینه سازی تلفات کل بوده و کمیت هایی از قبیل گشتاور الکترومغناطیسی، محدوده ی چگالی شار هسته ی استاتور و مقدار بیشینه ی سرعت به عنوان ملزومات ماشین در نظر گرفته شده اند. در انتها مراحل ساخت به تفصیل ارائه شده است.

در این پایان نامه، ابتدا ماشین های مغناطیس دائم را از لحاظ مسیر شار مورد بررسی و مقایسه قرار داده و پس از مقایسه کلی عملکرد ماشین های شار شعاعی و شار محوری، ماشینهای شار شعاعی به منظور مطالعه و بررسی سیم بندی استاتور، در نظر گرفته می شوند. به منظور تعیین الگوی سیم بندی مناسب برای کاربردهای سرعت پایین، حالت های مختلف سیم بندی استاتور از جمله سیم بندی متمرکز و توزیع شده، سیم بندی همپوشانی شده و غیرهمپوشانی شده، سیم بندی شیار کسری و شیار صحیح و سیم بندی تک لایه و دولایه در ترکیب های مختلفی از قطب و شیار، مورد برررسی و مقایسه قرار گرفته و براین اساس بهترین حالت های سیم بندی به منظور عملکرد مناسب ماشین از لحاظ گشتاور الکترومغناطیسی، نیروی محرکه الکتریکی بازگشتی، نیروهای نامتعادل مغناطیسی و گشتاور دندانه، مورد مقایسه واقع شده و الگوی سیم بندی مناسب برای کاربردهای سرعت پایین ارائه می شود. . کلیه ی محاسبات و شبیه سازی ها در این مطالعه، به کمک مدل تحلیلی دو بعدی انجام می پذیرد و در نهایت به منظور بررسی عملکرد ماشین ها در کاربردهای سرعت پایین، نمونه ای از ژنراتور توربین بادی را در نظر گرفته و نتایج حاصل از عملکرد این ژنراتور را از طریق تحلیل دو بعدی، ارائه داده و با استفاده از نرم افزار متلب نیز اعتبارسنجی می نماییم.

در این پایان نامه، اتصال ژنراتور سنکرون آهن ربای دائم در سیستم تبدیل انرژی باد به شبکه ac مورد بررسی قرار می گیرد. یک سیستم تبدیل انرژی باد از سه بخش عمده تشکیل شده است، که شامل توربین بادی، ژنراتور و سیستم مبدل واسط می باشد. معادلات دینامیکی حاکم بر توربین بادی و ژنراتور سنکرون آهنربای دائم توضیح داده شده است. در سیستم های تبدیل انرژی باد، هدف کنترل ژنراتور و انتقال توان تولیدی آن به شبکه، با حفظ پایداری سیستم می باشد. تقریباً تمام مراحل کنترلی سیستم و پایداری آن توسط سیستم مبدل واسط انجام می شود. روش های کنترلی مختلفی را می توان به این مبدل های واسط اعمال نمود. در این پایان نامه از روش کنترل برداری برای کنترل سیستم تبدیل انرژی باد استفاده شده است، روش کنترل برداری برای حالت های مختلف در یک سیستم سه فاز تعریف شده است. اعمال روش کنترل برداری به یک سیستم مبدل منبع ولتاژ که به شبکه ac متصل می-باشد، نشان داده شده است. در نهایت اتصال ژنراتور سنکرون آهن ربای دائم به شبکه ac با روش کنترل برداری توضیح داده شده است. با استفاده از روش کنترل برداری می توان کمیت های سینوسی در سیستم را به مقادیر dc تبدیل نمود و بر این اساس طراحی جبران سازها برای کنترل سیستم و دست یابی به اهداف مورد نظر ساده تر می شود. نتایج شبیه سازی تاثیر روش های کنترلی بر روی پایداری و عملکرد سیستم را نشان می دهد.

ماشین های با آهنربای دائم بدون جاروبک قطب یک در میان متشکل از دو نوع قطب آهنربا دائم و قطب فرومغناطیس ویژگی های خاصی ارائه می دهند. محاسبه دقیق دو بعدی تحلیلی میدان مغناطیسی برای ماشین های با آهنربای دائم قطب یک در میان تاکنون ارائه نشده، بنابراین نیاز به تحلیل و طراحی این ماشین ها بر اساس یک مدل قابل اعتماد به شدت احساس می شود. با استفاده از روش زیر ناحیه یک مدل دقیق الکترومغناطیسی برای هر دو حالت استاتور با شیار و بدون شیار می توان ارائه داد. در مورد ماشین های الکتریکی استاتور با ساختار شیاردار، اثرات شیارها و نوک دندانه ها نیز با این روش در نظر گرفته می شود. با فرض عدم اشباع مغناطیسی، محاسبات میدان مغناطیسی به طور جداگانه برای آهنربای دائم و عکس العمل آرمیچر انجام شده است. با استفاده از توزیع چگالی شار مغناطیسی، دیگر کمیت مهم مانند گشتاور الکترومغناطیسی، ولتاژ القایی، اندوکتانس خودی متقابل و نیروی مغناطیسی نامتعادل محاسبه شده است. در مورد ساختار استاتور شیاردار، با استفاده از روابط استخراج شده، دو موتور نمونه برای بررسی دقت روابط استخراج شده، مورد استفاده قرار گرفت: یک موتور 8-قطب، 9-شیار با سیم پیچی بدون همپوشانی و یک موتور 4-قطب، 15-شیار با سیم پیچی با همپوشانی. این نتایج برای سه الگوی مغناطیسی هالباخ، شعاعی و موازی بررسی گردید. نتایج تحلیلی با نتایج روش عددی برای نشان دادن دقت مدل تحلیلی دوبعدی مقایسه شده است. در مورد محاسبات ماشین های با ساختار استاتور بدون شیار، یک ماشین 4 قطب با سه الگوی مغناطیسی مختلف هالباخ، شعاعی و موازی بررسی شد و نتایج روش تحلیلی با نتایج روش عددی مقایسه شده است. در آخر برای درک تأثیر ابعاد آهنرباها بر روی عملکرد موتور تغییراتی در ضخامت و نسبت طول قوس آهنربا به گام قطب داده شد و نتایج این تغییرات بیان شده است.

از میان انواع موتورهای الکتریکی مورد استفاده در خودروهای برقی و هیبرید موتورهای القایی بویژه نوع روتور قفس سنجابی بخاطر برخی مزایای خاص نسبت به موتورهای dc کاربرد وسیعتری دارند. روشهای کنترل موتورهای القایی بطورکلی به دو دسته کنترل اسکالر و کنترل برداری تقسیم می شوند. با توجه به مزایای کنترل موتورهای dc در روش کنترل برداری، موتورهای ac همانند موتورهای dc با تحریک مستقل کنترل می شوند. در این پایان نامه با توجه به کاربرد موتورالقایی در خودروهای هیبرید، ابتدا انواع سیستمهای هیبرید بررسی شده و سپس شبیه سازی موتورالقایی و اعمال کنترل اسکالر و برداری روی موتور انجام شده و در نهایت از سیستمهای هوشمند(شبکه عصبی و منطق فازی ) بعنوان کنترلر، جهت مقاوم تر نمودن سیستم استفاده شده است . لازم به ذکر است که در این پایان نامه از سه نوع شبکه عصبی پرسپترون چند لایه، توابع پایه شعاعی و ویونت استفاده شده که نتایج حاصله از نظر عملکردی، حجم محاسباتی و زمانی با یکدیگر مقایسه شده اند. از طرف دیگر در بکارگیری کنترلر فازی یکی از اهداف ، استفاده از ساختار کنترلر فازی با حداقل محاسبات و با دقت مناسب بوده که این کار نیز انجام شده است . پس از بررسی نتایج شبیه سازی و مقایسه آنها، ساخت مدل آزمایشگاهی مربوطه برای کنترل برداری موتور القایی با استفاده از پردازشگر سیگنال دیجیتال انجام شده است . در نهایت نتایج شبیه سازی و نتایج حاصل از مدل آزمایشگاهی با یکدیگر مقایسه شده اند و با توجه به هدف اصلی یعنی بکارگیری این سیستم درایو بعنوان سیستم محرکه الکتریکی در خودروهای هیبرید، بررسی های لازم انجام شده است .