وبلاگ

:
ماشین های سنکرون به دلیل راندمان بالا و مشخصه گشتاور – سرعت مطلوب همواره مورد توجه بوده اند. اما هزینه بالای نگهداری شامل تعویض جاروبک ها ایراد بزرگی برای آن ها می باشد. استفاده از آهنرباهای دائم پر انرژی که در دهه 80 میلادی کشف شدند راه حلی برای این مشکل بود. موتورهای سنکرون مغناطیس دائم با آهنربای دائم داخلی در مقایسه با انواع با آهنربای دائم خارجی گشتاور بالاتر به دلیل گشتاور رلوکتانسی جمع شونده با گشتاور الکترومغناطیسی، حجم آهنربای مورد استفاده کمتر، راندمان بالاتر و استحکام مکانیکی بهتر دارند.

بهینه سازی ضرورت طراحی می باشد. هدف بهینه سازی به دست آوردن طرحیست که حداکثر میانگین راندمان را در بازه ای از سرعت (چند نقطه کار) ارائه دهد. به دلیل ساختار استاتور کاملا مشابه ماشین القایی سه فاز، قید خاص طراحی در اینجا علاوه بر قیودی که در تمام ماشین های القایی وجود دارد ارائه گشتاور معین در سرعت معین می باشد. جستجوی طرح بهینه با در نظر گرفتن کلیه پارامترهای طراحی به عنوان متغیرهای طراحی فضای وسیعی را ایجاد می کند که به دلیل تحلیل طرح های بسیاری که توانایی ارضای قید را ندارند. فرآیند بهینه سازی را زمانگیر می کند. اضافه نمودن بلوکی (الگوریتم سنتز) که با کمک دسته ای از متغیرهای طراحی وظیفه ارضای تمامی

 قیود را بر عهده دارد، با کاهش ابعاد فضای جستجو و جلوگیری از تحلیل طرح هایی که توانایی ارضای قیود را ندارند فرآیند بهینه سازی را تسریع می کند. همچنین استفاده از یک روش تحلیل سریع (مانند مدار معادل مغناطیسی)  که نتایج آن مورد تأیید روش های زمانبر تحلیل دقیق عددی (مانند روش اجزای محدود) می باشد تقریبی مناسب از خروجی های (مانند گشتاور) ماشین ارائه می دهد، می تواند فرآیند بهینه سازی بیشتر تسریع کند.

در فصل اول ی گذرا بر اهداف این پایان نامه، تحقیقات انجام شده و روش کار ارائه می گردد. در ابتدا نیاز است شناختی اولیه از ساختمان موتور سنکرون مغناطیس دائم با آهنربای دائم داخلی، نحوه عملکرد، روش های تحلیل ایجاد شود. فصل دوم به طور کامل این امر را انجام می دهد. نحوه طراحی ابتدایی با استفاده از روش های پایه و تجربی و حل یک مثال در فصل سوم ذکر می شود. در فصل چهارم معرفی نقش الگوریتم سنتز در کاهش ابعاد جستجو و ارضای قیود بالاخص قید خاص مسأله (گشتاور معین در سرعت معین) و نحوه به دست آوردن آن و معرفی روش بهینه سازی جستجوی تابو که بر پایه استفاده از حافظه به منظور تسریع روند بهینه سازیست صورت می گیرد. سپس 3 نمونه موتور بهینه طراحی و باهم مقایسه می گردد. در فصل پنجم نتایج حاصل و پیشنهادات مربوطه ارائه می گردد. پیوست 1 خصوصیات مواد مغناطیس دائم را بیان می کند.

یکی از مسائل مهم و در حال توسعه در پردازش تصویر و بینایی ماشین، مسأله ردیابی اشیاء است. در واقع ردیابی اشیاء، نمایش تغییرات موقعیت یک شیء و دنبال کردن آن در یک دنباله تصاویر ویدیویی، با یک هدف خاص می باشد.
1-2) سابقه

پیشینه ایجاد پدیده ردیابی اشیاء به مسائل نظامی برمی گردد، در واقع مسائلی چون هدف یابی مخصوصاً اهداف متحرک، ردیابی مسیر موشک شلیک شده برای اطمینان از صحت عمل هدف گیری و یا ردیابی مسیر موشک شلیک شده از سوی دشمن برای جلوگیری از اصابت آن به هدف و یا هدف گیری موشک دشمن در آسمان و مسائلی از این قبیل باعث پدید آمدن یک مقوله جدید به نام ردیابی اشیاء در زمینه پردازش تصاویر نظامی گردید. این مقوله و جوانب مختلف آن در سال های اخیر (عمدتا از 1980 به بعد) مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است.

1-3) کاربردها
امروزه به دلیل کاربردهای بسیار گسترده ردیابی اشیاء در زمینه های مختلف به جزء زمینه های نظامی مانند زمینه های اکتشافی در حوزه هوانوردی، فشرده سازی هوشمند ویدئو، مراقبت ویدئویی، کنترل مبتنی بر بینایی ماشین، ارتباط مفهومی کامپیوتر با انسان، تصویربرداری پزشکی و رباتیک، زیر سطحی، زیر دریا، تعیین مسیر حرکت دسته های پرندگان یا گله های ماهی و…، زمینه های پزشکی مانند ردیابی مسیر دارو و یا حتی اشیاء خارجی قرار داده شده در بدن و بسیاری زمینه های دیگر از جمله جوانب مرتبط با مقوله ردیابی اشیاء، ارائه الگوریتم هایی است که در مقابل پدیده هایی چون تغییر روشنایی محیط، همپوشانی اشیاء، عدم حرکت اشیاء با سرعت ثابت و یا در راستای یک خط مستقیم و… از پایایی کافی برخوردار بوده و حتی الامکان قابل پیاده سازی در کاربردهای بی درنگ باشند.
ارائه چنین الگوریتم هایی در درجه اول نیاز به مطالعه و تحقیق کافی در مورد چگونگی و انواع حرکت های اشیاء و مفاهیم مرتبط با آنها، انواع روش های شناسایی حرکت و تخمین حرکت و مزایا و معایب این روش ها نسبت به یکدیگر، مسأله حرکت نسبی شیء، دوربین، بیان توابع، روابط ریاضی و هندسی ای که این حرکات را در قالب پارامترهای ریاضی قابل تعیین و تخمین میسر سازد و همچنین نحوه پارامتری کردن محیط حرکت و شناخت این مسأله و روش های فائق آمدن بر این مشکلات در ردیابی و… دارد.

در این مقاله ابتدا در همین فصل به بررسی تاریخچه انواع افزاره های قدرت می پردازیم و سپس به صورت دقیق تر به افزاره های قدرت نیمه هادی پرداخته و رنج توانی و افزایش این محدوده را در طی چند دهه اخیر بررسی می نماییم. با توجه با زمینه های جدید که هر روزه درخواست برای آنها وجود دارد در سال های اخیر نیز کاربردهای توان پالسی ایجاب نموده که دانشمندان برای پر کردن خلع یک افزاره قدرت نیمه هادی در کلاس توانی گیگا وات دست به طراحی یک دیود نیمه هادی با رنج توانی بالا و با اندازه کوچک و همچنین تکرار پذیری بالا در عین سادگی مدار درایو بزنند و نتیجه حاصله دیود SOS می باشد. کاربردهای این افزاره مطلب بعدی برای بررسی خواهد بود و این رنج وسیع کاربردها برای یک افزاره جوان با عمری کمتر از سه دهه اهمیت استراتژیک این قطعه را نشان می دهد. گذشته از گستره وسیع کاربردها، نوع کاربردها را اگر که مد نظر قرار دهیم خواهیم دید که این افزاره یک افزاره بسیار موثر بوده و دستیابی به تکنولوژی آن برای هر کشوری بسیار ارزنده خواهد بود.
در فصل بعد به دلیل شباهت ساختار دیود SOS به دیود قدرت PIN به معرفی ساختار این دیود پرداخته در ادامه فیزیک آن را مورد بررسی قرار می دهیم. البته توجه داریم که به دلیل محدود بودن موضوع به جزئیات ریز پرداخته نشده است و انتظار می رود خواننده این مقاله حداقل اطلاعات کافی را در مورد افزاره های نیمه هادی داشته باشد. با بررسی محدودیت های دیودهای قدرت و همچنین بررسی عملکرد آن در جریان های بالا و همچنین در ولتاژهای معکوس بالا که دو ویژگی اصلی افزاره های قدرت می باشند این فصل را به پایان می بریم.
در فصل بعد به بررسی پدیده SOS پرداخته است و با معرفی ساختار دیود به استخراج پارامترهای ساخت از جمله ابعاد، پروفیل ناخالصی و نوع ناخالصی ها پرداخته شده است. رنج توانی نمونه های ساخته شده نیز برای روشن شده ابعاد مسئله در ادامه ذکر شده است.

در فصل پنجم به شبیه سازی افزاره پرداخته شده است و با استفاده از پارامترهای فیزیکی استخراج شده از فصل قبل به ساختن دیود در بسته نرم افزاره SILVACO ATLAS و شبیه سازی آن با توجه به فیزیک عملکرد آن پرداخته شده است. در ادامه راهکارهایی برای افزایش جریان و کاهش زمان بازیابی معکوس ارائه شده است و دیود اولیه مورد بررسی قرار گرفته است. در این قسمت عوامل موثر جداگانه مورد بررسی قرار گرفته و در پایان نتایج نهایی مجددا شبیه سازی شده و نتایج استخراج گردیده است.
در فصل ششم به شبیه سازی پروسه ساخت و استخراج پارامترهای ساخت پرداخته شده است. روش نفذی که با امکانات موجود مطابقت دارد برای شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفته است. پارامترهای استخراج شده از این قسمت برای واقعی تر شدن و همچنین مطابقت با وسایل و تجهیزات موجود در کشور بهینه گشته و دوباره نتایج نهایی مورد شبیه سازی قرار می گیرد. در پایان برای مقایسه نتایج دقیق این افزاره ساخته شده در محیط آزمایشگاه مجازی برای بررسی عملکرد، در شبیه ساز افزاره مورد شبیه سازی قرار گرفته و نتایج نهایی با نتایج نهایی حاصل از فصل پنجم مورد بررسی قرار می گیرد.
در فصل هفتم به عنوان فصل پایانی نتیجه گیری ها مطرح شده و پیشنهاداتی برای بهبود عملکرد به صورت خلاصه مطرح می شود. در ضمن با توجه به ارزیابی های انجام شده ساخت دیود به صورت آزمایشگاهی در داخل کشور پیشنهاد می شود.

امروزه، بازار سرگرمی های شبکه ای خانگی با سرعت زیادی در حال توسعه می باشد. مصرف روزافزون تجهیزات دیجیتالی مانند DVD Player ها، تلویزیون های ماهواره ای، اینترنت باند وسیع و غیره لزوم وجود یک لینک انتقال اطلاعات مطمئن برای فواصل کوچک (چندین سانتی متر تا حدود ده متر) و ظرفیت بالا (بیش از 100Mbit/s) را مطرح می کند. خصوصیت «قابل حمل بودن» یکی از قابلیت های کلیدی بیشتر کاربردهای جدید می باشد و این مساله باعث می شود که بهینه سازی توان مصرفی یک نیاز ضروری شود. هزینه ها و قیمت نیز فاکتور بسیار مهمی در کاربردهای پر طرفدار است.
لینک های رادیویی «فراپهن باند»، پتانسیل پیاده سازی کلیه موضوعات مطرح شده را دارد. همه موارد فوق این روش جدید ارسال را به کاندید بسیار مناسبی برای کاربردهای شبکه ای مانند شبکه های محلی بی سیم WLAN، شبکه های شخصی بی سیم WPAN و یا   WBAN  (Wireless Body Area Network تبدیل می کند. «فرا پهن باند» در واقع مبحث جدیدی نمی باشد. این روش در دهه 60 به جهان علم عرضه شد و اولین بار برای مطالعه بر روی تاثیرات ناپایدار شبکه های مایکرو ویو مورد استفاده قرار گرفت. امروزه، مطالعات جدیدی با هدف توسعه استفاده از این روش در ارسال بی سیم اطلاعات برای کاربردهای مصرفی در حال انجام است.
فصل اول:
آشنایی با مفهوم فراپهن باند
1-2) تاریخچه «فراپهن باند»

در 1984، یک ایتالیایی به نام «گولیلمو مارکونی» هنگام گذران تعطیلات در آلپ به مقاله ای در مجله ای برخورد کرد که توجه وی را به خود جلب کرد. هفت سال قبل، یک پروفسور فیزیک 31 ساله به اسم «هاینریش هرتز» سر کلاس درس خود پدیده الکترومغناطیس را با تولید

 امواج رادیویی به اثبات رساند. مارکونی از آن زمان کار بر روی فرستنده هایی که پالس های کد شده (کدینگ مورس) را در آزمایشگاه وی می فرستادند شروع کرد.

نتیجه این تحقیقات در 23 ژانویه 1901 به ثمر رسید و گولیلمو مارکونی اولین ارسال بی سیم را در طول افق از شهر «ایسل» در «وایت» به شهر «کورن وال» در انگلیس از روی دریای آتلانتیک انجام داد. این اولین مدل «ضربه رادیویی» بود، خیلی زود بعد از این اتفاق وی موفق به ارسال پالس تا فاصله  300Km با استفاده از ارسال حرف S با کدرینگ دیجیتال مورس گردید.
تحقیقات بر روی «ضربه رادیویی» ادامه داشت و در اواخر دهه هفتاد و اوایل دهه هشتاد «لاری فولرتن» از روشی به نام «مدولاسیون زمانی فراپهن باند» (TMUWB) برای اثبات عملی بودن روش توان پایین «ضربه رادیویی» استفاده کرد. در زمان حال محققان هنوز بر روی ارسال ضربه ها کار می کنند، اما به جای استفاده از سیم پیچ ها و خازن های حجیم مارکونی و هرتز، فرستنده های امروزی از مدارهای مجتمع کوچک و دیودهای تونل ساخته می شوند. پالس های ارسالی دیگر مانند نمونه های اولیه فرستنده ها ناهموار و نامنظم نمی باشند. فرستنده مارکونی فقط می توانست 10 بیت در ثانیه ارسال کند، در حالی که تکنولوژی «فراپهن باند» می تواند تا 100 میلیون بیت را در همان زمان ارسال نماید.

پنهان کردن اطلاعات تاریخچه کهنی دارد. جوهرهای نامرئی، کدهای رمزی، پیغام های مخفی و به طور کلی استگانوگرافی همواره مورد توجه بشر بوده است. اما آنچه مورد بحث ماست مربوط به همین چند دهه اخیر یعنی عصر کامپیوتر و اینترنت است. هر روز میلیون ها فایل در اینترنت بین افراد جابه جا می شود و گستردگی و ارزان قیمت بودن این شبکه، این امکان را فراهم آورده است که به صورت کانالی ارزان و سهل الوصول برای مبادله پیغام های سری مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین استگانوگرافی نوین را به صورت نوعی رمزنگاری الکترونیک می توان تعریف کرد که آن اطلاعات در یک فایل که آن را کاور می نامند، به گونه ای مخفی شود که تنها توسط گیرنده مجاز (فردی که الگوریتم و رمز به کار گرفته شده را می داند) قابل بازیابی باشد. (کاور می تواند یک فایل تصویری، صدا، متن و یا ویدئو و… باشد.) به فایل نهایی اصطلاحاً استگانوگرام می گویند.
البته با این تعریف ممکن است که استگانوگرافی با رمزنگاری اشتباه گرفته شود، در صورتی که این دو تفاوت هایی اساسی دارند. در رمزنگاری اطلاعات ارسالی را با یک الگوریتم خاص و یک کلید رمز به گونه ای تغییر می دهند که توسط گیرنده غیرمجاز قابل فهم نباشد، ولی این به معنای مخفی بودن اطلاعات ارسالی نیست، بلکه هر فردی می تواند اصطلاحا کانال را استراق سمع کند و احیانا پیغام را رمزگشایی کند. ولی در استگانوگرافی اطلاعات به گونه ای در کاور مخفی شده است که قابل تشخیص نباشد و دشمن برای به دست آوردن پیغام ابتدا باید محیط انتقال و کاور را شناسایی کند و سپس در صورت امکان پیام را بیرون بکشد. بنابراین استگانوگرافی به نوعی امنیت بیشتری نسبت به رمزنگاری دارد. البته همانطور که گفته شد معمولا از ترکیب هر دو باهم استفاده می شود، یعنی پیغام ابتدا رمز و سپس مخفی می شود. بدین ترتیب یک لایه امنیتی دیگر به روش های متداول رمزنگاری اضافه می شود.

علاوه بر این گسترش روزافزون تجارت داده ها مانند نرم افزارها، فیلم، موسیقی، مقالات و… و راحتی جعل کردن، کپی غیرقانونی و به طور

 کلی هر نوع سوء استفاده از آنها، لزوم پیدا کردن روش هایی برای حفاظت از حقوق دارندگان داده ها را آشکار می سازد. به چنین روش هایی اصطلاحاً Watermarking می گویند. یک واترمارک دیجیتال معمولاً تصویری است که به یک تصویر یا فایل دیگر اضافه می شود بدون اینکه تأثیر مخربی روی آن بگذارد. تصویر اولیه را پیغام و تصویر ثانویه را کاور، حامل یا زمینه می گویند. با این تعریف می توان واترمارکینگ را به نوعی استگانوگرافی در تصویر نامید. البته بسته به کاربرد ممکن است نویسنده بخواهد واترمارک قابل رویت یا نامرئی باشد. اما در صورتی که هدف تبادل مخفی اطلاعات باشد، از واترمارک های نامرئی استفاده می شود. نوعی از واترمارک ها وجود دارند که از تفکیک رنگ به گونه ای استفاده می کنند که تنها اجازه دیده شدن آنها در یک باند رنگی خاص را می دهد بدین ترتیب ممکن است واترمارک در تصویر نامرئی باشد، ولی در صورت پرینت شدن که احتیاج به تفکیک رنگ دارد ظاهر می شود. بنابراین امکان استفاده تجاری از سند مورد نظر گرفته می شود. بسته به کاربرد، واترمارک باید ویژگی های مختلفی داشته باشد. برای مثال اکثر واترمارک ها باید در برابر انواع پردازش ها مقاوم باشند، اما ممکن است در کاربردی خاص بخواهیم واترمارک شکننده باشد تا به محص ایجاد کوچک ترین تحریفی از بین برود و نشان دهنده عدم اصل بودن اطلاعات باشد. الگوریتم های متعددی برای استگانوگرافی و واترمارکینگ وجود دارد که هریک مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارند.