سیدمنوچهر حسینی پیلانگرگی

در این پایان نامه، ماده دوبعدی GaSeCl تک لایه تحت اعمال کرنش مورد بررسی قرار می‌گیرد. این نوع ماده دارای ساختار بلوری دو بعدی است که تنها از یک لایه اتمی تشکیل شده است. خواص الکترونیکی این ماده، از جمله خواص الکتریکی و نوری آن، به‌طورگسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. اعمال تنش که می تواند به صورت کششی یا فشاری باشد، می‌تواند تاثیر زیادی بر خواص الکترونیکی آن داشته باشد. در این پژوهش خواص الکترونیکی ماده GaSeCl از جمله ساختار باند الکترونیکی، شکاف انرژی و جرم موثر، تحت تاثیر تنش کششی و فشاری با استفاده از اصول اولیه و با کمک نرم افزار سیستا بررسی شده است.

این کار به بررسی خواص الکترونیکی ماده دوبعدی و دولایه GaSeCl تحت تاثیر تنش می پردازد. هدف اصلی این تحقیق، بررسی تاثیر اعمال تنش کششی و فشاری بر خواص الکترونیکی این ماده است که توسط روش تئوری تابع چگالی صورت می پذیرد. ساختار های مختلف دولایه این ماده مورد بررسی قرار گرفته و ساختار پایدار توسط مقایسه انرژی آنها تعیین می گردد. تنش اعمال شده به صورت دو محوه خواهد بود. نتایج نشان می دهد که تنش ها به طور قابل توجهی بر خواص الکترونیکی این ماده تاثیر می گذارند و باعث تغییرات ثابت شبکه، ساختار باند، شکاف انرژی و جرم موثر می شوند. گاف انرژی بدون اعمال تنش مستقیم است که اعمال تنش کششی مقدار آن را کاهش داده و شکاف غیر مستقیم ایجاد می گردد. این کار می توانند به درک بهتری از رفتار الکترونیکی GaSeCl تحت تاثیر تنش کمک کنند و در توسعه فناوری های الکترونیکی بر پایه مواد دوبعدی مفید باشد.

چکیده: با توجه به نیاز فزاینده جوامع بشری به انرژی و با عنایت به مشکلات ناشی از مصرف سوخت-های فسیلی از قبیل آلودگی محیط زیست ، گرمایش زمین ، محدود بودن و گران بودن آن ، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر افزایش زیادی در جهان داشته است ؛ در این راستا در سال های اخیر از میان انواع انرژی های تجدید پذیر ، انرژی باد مورد توجه بیشتری قرار گرفته است . از طرفی تجهیزات مورد نیاز برای استفاده از انرزی باد گران قیمت و پرهزینه می باشد، لذا افزایش بهره بری و افزایش راندمان تولید انرژی الکتریکی از باد حائز اهمیت فراوان می باشد . ردیابی نقطه ی بیشینه ی توان در سیستم های توربین بادی یکی از روشهای افزایش راندمان تولید انرزی الکتریکی می باشد که در این پایان نامه بدان پرداخته شده است . با این توضیح که در این پایان نامه سعی شده است با طراحی یک کنترل کننده مد لغزشی ، سرعت توربین به گونه ای کنترل گردد که بیشترین توان از آن استخراج گردد . علت استفاده از کنترل کننده مد لغزشی این است که سیستم توربین بادی یک سیستم با عوامل غیر خطی زیاد می باشد و از طرفی چالش غلبه بر اغتشاش و نامعینی ها ایجاب می کند کنترل کننده مورد استفاده دارای شرایطی باشد که مناسب برای سیستم غیر خطی باشد و مقاوم نیز باشد که کنترل کننده مد لغزشی دارای این خصوصیات می باشد . این تحقیق بر روی سیستم توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم انجام شده است . برای افزایش مقاوم بودن کنترل کننده در مقابل نامعینی و اغتشاش ، تطبیقی بودن گین ترم گسسته کنترل کننده در طراحی مورد توجه قرار گرفته است . لازم به ذکر است از میان الگوریتم های استخراج حداکثر توان در این تحقیق از روش TSR یا نسبت سرعت نوک پره ها استفاده شده است . نتیجه شبیه سازی نشان می دهد سرعت ردیابی در سیستم پیشنهادی از یک ثانیه در نمونه کارهای انجام شده قبلی به نیم ثانیه کاهش پیدا کرده است و همچنین دیگر نیازی به تعیین باند بالای اغتشاش و نامعینی نمی باشد و با استفاده از روش پیشنهادی پدیده چترینگ هم به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا کرده است.

اخیرا رویکرد بهینه سازی کلاسیک برای یافتن ساختار بهینه ژیروسکوپ ممز در کاربردهای خودرویی ارائه شده است که در برخی موارد منجر به پاسخ بهینه ای نمیگردد. لذا تاکنون طراحی ساختار و بهینه سازی توپولوژی پارامتری ژیروسکوپ ارتعاشی ممز در کاربردهای خودرویی آنطور که باید مورد بررسی قرار نگرفته است. یکی از راهکارهای بهینه سازی پیشرفته تر، روشهای بهینه سازی فراتکاملی می باشد. در این پایان نامه، بهینه سازی توپولوژی پارامتری یک ژیروسکوپ ارتعاشی کوریولیس دو جرمی با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک ارائه می شود. تحریک ژیروسکوپ به صورت الکترواستاتیکی بوده و از طریق الکترودهای شانه های مستقر در دو طرف ساختار با ولتاژ DC 5 ولت و ولتاژ AC 5 ولت انجام میشود. تابع هدف ژیروسکوپ متشکل از هشت مشخصه عملکردی فاکتور مقیاس، معیار خطی بودن، کران بالا، برد دینامیکی، خطای بایاس، رزولوشن و خطای دینامیکی دامنه و فاز است، که این مشخصه ها نیز تابعی از شش ویژگی های نوسانی فرکانس، جرم و دمپینگ مدهای تحریک و تشخیص ژیروسکوپ می باشند. ابعاد هندسی ساختار بهینه را مستقیما نمی توان با استفاده مقادیر مشخصه های عملکردی بدست آورد. لذا ایده پیشنهادی، بهینه سازی پیوسته ویژگیهای نوسانی ژیروسکوپ می باشد. اعتبار سنجی روش بهینه سازی، با محاسبه خطای نرخ انحراف در شبیه سازی مدل کوپلینگ ژیروسکوپ و دوچرخه دو درجه آزادی تحت مانور تغییر مسیر دوبل انجام میشود. نتایج نشان میدهد خطای نرخ انحراف از مقدار 2/1% به 1/0% کاهش داشته و به میزان 1% بهبود یافته است. بازسازی ساختار ژیروسکوپ به ازای مقادیر بهینه ی ویژگی های نوسانی، از دیگر تحقیقات این پایان نامه می باشد تا ابعاد هندسی بهینه نیز برای ساخت مدل ژیروسکوپ بدست آید. برای اعتبارسنجی روش بازسازی ساختار ارائه شده، پس از رسم هندسه ی ساختار، تعیین ماده، فیزیک و مش بندی در نرم افزار کامسول، آنالیز شکل مد و پاسخ فرکانسی انجام می شود.

زمینه: با بیش از یک میلیون و چهارصد هزار مورد ابتلای جدید سالانه و بیش از هفتصد هزار مورد منجر به فوت، سرطان روده بزرگ (کولورکتال- CRC) در رده سوم سرطان های شایع قرار می گیرد. سرطان کولورکتال شامل سرطان کولون و راست روده، به علت رشد غیر طبیعی سلول های سرطانی با قدرت تهاجم و تکثیر در سایر بافت های بدن در موضع کولون یا راست روده پدیدار می شود. با توجه به مرحله، درجه و محل این سرطان استراتژی های درمانی مختلفی به کار بسته می شود. حدود 10 تا 20 درصد موارد ابتلا به سرطان کولورکتال را بیماران مبتلا به سرطان راست روده پیشرفته موضعی (LARC) تشکیل می دهند. روش درمان استاندارد در این سرطان شیمی-پرتو درمانی قبل از عمل جراحی (PCRT) است. این استراتژی درمانی برخی اثرات جانبی در دراز مدت به همراه دارد؛ ضمن آن که قسمت قابل توجهی از بیماران نیز (حدود 60 درصد) به این درمان پاسخ نمی دهند. لذا، بررسی بیومارکرهایی که در پیش بینی پاسخ بیماران این سرطان به این درمان به کار آیند، اهمیت به سزایی دارد. طی سالیان اخیر توانایی بیومارکرهای مختلف ژنتیکی در شناسایی و پیش آگهی در انواع مختلفی از سرطان از جمله سرطان کولورکتال بررسی و اثبات شده است. معمولا مدل های ساخته شده با استفاده از این بیومارکرها مدل های بسیار ساده ای هستند. یکی از چالش های موجود در این زمینه محدودیت عملکرد این مدل ها در پیش بینی پاسخ به درمان بیماران مبتلا به این سرطان است؛ معمولا سطح زیر نمودار ROC زیر 0.8 برای آن ها گزارش می شود. علاوه بر آن، در اکثر قریب به اتفاق پژوهش ها برای انتخاب بیومارکرهای بیان ژن مناسب، به صرف استفاده از معیار بیان متمایز ژنی اکتفا می شود. هدف و روش ها: با پیشرفت روزافزون توان محاسباتی سخت افزار های موجود، تمرکز پژوهشگران از علوم مختلفی نظیر آمار، مهندسی کنترل، مهندسی مخابرات، مهندسی نرم افزار، علوم کامپیوتر، بیوانفورماتیک و غیره به سوی علوم داده سوق داده شده-است. لذا، به استفاده از روش های هوش محاسباتی و باصطلاح یادگیری ماشینی در بسیاری از علوم از جمله علوم پزشکی اقبال گسترده ای شده است. از این روش ها عموما برای طبقه بندی، خوشه بندی، تحلیل سری های زمانی، رگرسیون و کاربرد های دیگر در علوم پزشکی استفاده می شود. در این مطالعه با استفاده از داده های بیان ژن بیماران مبتلا به سرطان راست روده پیشرفته موضعی،

سیگنال EMG که از تحریک طبیعی یا مصنوعی عضلات بدن حاصل می شود، در بررسی پزشکی بیماری ها و آسیب های عضلانی و ارگونومی و تولید محصولات مرتبط کاربرد دارد. در زمینه رباتیک نیز این سیگنال برای مدل سازی و کنترل اندام های مصنوعی و رباتیک به کار گرفته می شود. تحلیل سیگنال EMG امکان بررسی درون عضلات را به طور مستقیم فراهم می کند. بازو مصنوعی یا رباتیک باید درجه آزادی کافی برای پاسخگویی به فرمان های سیستم عصبی بدن و انجام رفتارهای مشابه بازو طبیعی را داشته باشد. به همین منظور داده های EMG جمع آوری شده و تلاش می شود با ارتقای طراحی مکانیکی یا بهبود سیستم کنترلی، رفتار بازو مصنوعی ارتقا یابد. هدف این است که با استفاده از کنترلری که قابلیت تطبیق و به روزرسانی پارامترها را داشته باشد، کنترل مناسبی بر روی بازو مصنوعی صورت گیرد و رفتار آن مشابه بازو انسان شود. برای تحقق این هدف با استفاده از کنترلرهای توسعه یافته و عملگرها که اغلب سروموتورها یا جک های مکانیکی هستند، درجه آزادی لازم برای اجرای حرکات، ایجاد می شود. کنترل تطبیقی، روشی است که برای سیستم های با پارامترهای نامشخص یا با پارامترهای متغیر در زمان به کار گرفته می شود تا در اثر تغییر پارامترها، نیازی به بازطراحی سیستم کنترل نباشد. ایده استفاده از کنترل تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر نظریه لیاپانوف برای تضمین پایداری حلقه بسته و عملکرد مطلوب در حضور نامعینی های مدل، پارامترهای متغیر با زمان و اغتشاش و نویزهای نامعلوم، در این پژوهش به کار گرفته شده است. برای استفاده از سیگنال EMG در کنترل بازوی رباتیک یا مصنوعی مدل سازی حرکت بازوی انسان براساس معادلات ریاضی انجام شده و مدل مناسب و دقیقی برای تکرار الگوی رفتاری بازو، ایجاد شده است. پس از مدل سازی و طراحی کنترل، ویژگی های ریاضیاتی سیگنال های شبیه سازی استخراج و با ویژگی های ریاضیاتی سینگال EMG مقایسه شده و رفتار مدل به بازوی واقعی نزدیک گردیده است.

در توسعه ی اندام های رباتیک یا پروتزی، هدف ایجاد تشابه حداکثری بین حرکات در مقایسه با دست انسان با کمک تحلیل سیگنالEMG و توسعه ی مدل و کنترل کننده ی مناسب است. هریک از انگشتان دست انسان دارای سه مفصل و می توان برای حرکات مچ دست نیز، یک مدل دودرجه آزادی درنظرگرفت. بنابراین در این پژوهش، برای مدل سازی هر یک از انگشتان یک ربات کوچک با سه درجه آزادی، در نظر گرفته شده و حرکات انگشتان با پنج ربات سه درجه آزادی مدل شده است. برای مدل سازی حرکات مچ دست نیز یک ربات دودرجه آزادی اختصاص یافته است. بنابراین در این پژوهش، با استفاده از شش ربات مستقل، حرکات دست انسان، مدل سازی شده است. در این پژوهش روش جمع آوری داده ی EMG، ویژگی هایی که از آن استخراج می شود و مبانی مدل-سازی و کنترل مورد بحث و بررسی قرار می گیرد، سپس به تشریح معادلات و روابط دینامیکی و سینماتیکی ربات سه درجه آزادی، توسعه ی مدل دست انسان، شبیه سازی و کنترل آن و تطبیق رفتار آن با رفتار حاصل از سیگنال EMG پرداخته می شود. روش کنترلی پیشنهادی در این تحقیق، کنترل کننده ی تطبیقی فازی-PI است که بر مبنای شبکه فازی- عصبی آموزش می بیند. مقایسه و تحلیل سیگنال های EMG و داده های حاصل از شبیه سازی، نشان دهنده ی قابلیت مدل سازی صورت گرفته در ردیابی رفتار طبیعی دست انسان است. کنترل کننده ی پیشنهادی با مدل ارائه شده منتج به انطباق بیشتر رفتار دست مصنوعی و دست انسان شده و فراجهش در ردیابی فرامین را به حدود صفر رسانده است. ضمناً مشخصات پاسخ زمانی مانند زمان نشست و خطای حالت ماندگار نیز تا حد قابل توجهی بهبود یافته است. بنابراین ماحصل این پژوهش مدل دست مصنوعی به همراه مچ با کنترل کننده ی فازی-PI است که منتج به ردیابی مناسب سیگنال مرجع، سرعت پاسخ دهی مناسب و فراجهش و خطای حالت ماندگار کمتر در مقایسه با کنترل کننده ی مرسوم PI و انطباق با شرایط کاری و حرکات مختلف به علت استفاده از سیستم فازی شده است.

امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی و افزایش سرعت پردازنده ها، سیستم ها و ادوات الکترونیکی در فرکانس کاری تراهرتز بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این ادوات الکتریکی و الکترونیکی نیاز به محافظت در برابر امواج الکترومغناطیسی دارند. بنابراین شیلد امواج الکترومغناطیسی در فرکانس های تراهرتز از اهمیت خاصی برخوردار است. همچنین از شیلد برای ایزوله کرد ساختارهای مهم مانند: مراکز داده، مراکز نظامی، و غیره استفاده می شود چون این ساختارهای حیاتی باید در هنگام تداخل های الکترومغناطیسی نیز به کار خود ادامه دهند و هیچ اختلالی در کار این ساختارها به وجود نیاید. در این تحقیق با توجه به خواص منحصر بفرد گرافن که از جمله مهمترین آنها در زمینه مهندسی برق رسانایی بالا و کنترل پذیر آن است، به ساختارهای شیلد با قابلیت کنترل-پذیری به صورت آنی با ولتاژ بایاس دست یافته شده بطوری که با استفاده از الگوهای نواری و مربعی گرافنی ساختار شلید امواج الکترومغناطیسی کنترل پذیر پیشنهاد شده است. با توجه به خاصیت کنترل پذیری رسانایی گرافن که با تغییر ولتاژ می توان سطح انرژی فرمی همچنین می توان رسانایی آن را کنترل کرد، می توان مقدار شیلد امواج را نیز به این وسیله کنترل نمود. همچنین این ساختار به صورت چندلایه مورد بررسی قرار گرفته تا مقدار شیلد امواج افزایش یابد. در ادامه مدل خط انتقال برای این ساختارها تعریف شده که به وسیله آن مقدار شیلد به صورت تحلیلی محاسبه شده است. همچنین نتایج تحلیلی با نتایج حاصل از شبیه سازی نرم افزار CST-MWS مقایسه شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که این ساختارها توانایی شیلد امواج الکلترو مغناطیسی را بیشتر از -10dB دارند که می توان گفت امواج الکترومغناطیسی به خوبی شیلد شده است. هریک از ساختارها رفتار متفاوتی داردند برای مثال، ساختار مربعی به عنوان یک فیلتر میان نگذر نیز عمل میکند بطوری که امواج در یک باند فرکانس شیلد شده و با توجه به اینکه مقدار شیلد کمتر از -10dB است عملا نسبت موج عبوری به موج تابشی کمتر از 0.01 است.