نمونه بیان مسأله در نگارش پروپوزال مهندسی برق | راهنمای کاربردی برای پایان‌نامه ارشد و دکتری

🔹 نمونه بیان مسأله در نگارش پروپوزال مهندسی برق(قدرت)

جایابی بهینه ایستگاه‌های شارژ خودرو های الکتریکی در شبکه توزیع متصل به شبکه با استفاده از الگوریتم برنامه ریزی خطی

Optimum placement of electric vehicle charging stations in the on grid distribution network using Integer Linear Programming algorithm

الف : تعريف مسئله :

امروزه معضلات زیست محیطی و افزایش میزان گرمایش جهانی موجب روی آوردن کشورهای صنعتی توسعه یافته و در حال توسعه به سمت انرژي‌های تجدیدپذیر جهت تامین انرژي مورد نیاز خود شده است. دسترس پذیری بالا و رایگان بودن منابع تجدیدپذیر از دلایل اصلی بهره مندی از این نوع انرژی در کشورهای مختلف جهان است.

از طرف دیگر سوخت مصرفی اغلب خودروها از منابع سوخت فسیلی نظیر بنزین و گازوئيل بوده است و همین موضوع سبب آلودگی شدید زیست محیطی در شهرهای صنعتی جهان شده است. از راهکارهای کاربردی جهت حل این معضل که در برخی کشورها به کار گرفته شده است، می‌توان به بهره مندی از خودروهای الکتریکی اشاره کرد. همان‌طور که از نام آن مشخص است، سوخت مصرفی خودروهای الکتریکی، برق است و انرژی مورد نیاز این نوع خودرو پس از طی مسافت مورد نظر، با شارژ‌ مجدد در ایستگاه‌های شارژ خودروی برقی تامین می‌شود. امروزه در برخی کشورهای جهان مانند چین، ایالات متحده آمریکا، نروژ،‌ انگلستان و آلمان ایستگاه‌های شارژ خودرو به یکی از مهم‌ترین زیرساخت‌های بخش حمل و نقل تبدیل شده اند و تعداد زیادی از این ایستگاه‌های شارژ جهت تامین انرژی مورد نیاز خودروهای الکتریکی در بخش‌های مختلف کشورهای مذکور احداث شده اند. کشور ایران نیز در سال‌های اخیر در تلاش بوده است تا وسایل نقلیه الکتریکی در برخی زیربخش‌های حمل و نقل را افزایش دهد و امروزه تعداد محدودی از ایستگاه‌های شارژ خودرو الکتریکی نیز در شهر تهران ایجاد شده اند و با توجه به وضعیت زیست محیطی شهرهای مختلف این کشور، بخش حمل و نقل ناگزیر باید احداث ایستگاه‌های شارژ خودرو در شهرهای دیگر را در دستور کار خود قرار دهد. در این قسمت برخی مزایای بهره مندی از خودروهای الکتریکی معرفی خواهند شد:

شکل۱. مزایای استفاده از خودرو‌های الکتریکی (۱)

یکی از راهکارهای پیشنهادی جهت ادغام بهره مندی از خودروی الکتریکی و انرژی‌های تجدیدپذیر به صورت همزمان، استفاده از فناوری‌های تجدیدپذیر در ایستگاه‌های شارژ خودرو است. در حال حاضر در برخی از ایستگاه‌های شارژ خودروی الکتریکی در جهان از انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده می‌شود اما در هیچ کدام از ایستگاه‌های شارژ خودرو در کشور ایران برق مورد نیاز خودروهای الکتریکی از طریق فناوری‌های تجدیدپذیر تامین نمی‌شود. در نتیجه با توجه به عدم ایجاد ایستگاه‌های شارژ خودروی الکتریکی در بسیاری از شهرهای کشور ایران و پتانسیل نسبتا مناسب تابش خورشید در بخش‌های زیادی از کشور ایران، می‌توان جایابی بهینه جهت احداث ایستگاه شارژ مجهز به پنل‌های خورشیدی جهت تامین انرژی و کلکتور‌های حرارتی خورشیدی جهت تامین گرمایش آب مصرفی در مجموعه ایستگاه شارژتوسط الگوریتم پیشنهادی بر اساس برنامه ریزی خطی را در نظر گرفت. طرح پیشنهادی ترکیب این فناوری ایستگاه شارژ وسایل نقلیه، سیستم خورشیدی فوتوولتائيک و سیستم خورشیدی حرارتی با یک دیگر را بررسی کرده و برای تامین برق مورد نیاز خودروی الکتریکی، از احداث یک نیروگاه خورشیدی در ایستگاه شارژ خودرو جهت تولید برق و برای تامین گرمایش آب مصرفی در مجموعه از احداث یک سیستم حرارتی خورشیدی استفاده می‌کند. شکل ۲ شماتیک کلی یک سیستم خورشیدی منفصل از شبکه را نشان می‌دهد:

شکل۲. شماتیک یک سیستم خورشیدی منفصل از شبکهبا مصرف کننده برق متناوب (AC) (۲)

در این قسمت برخی واژه‌ها و اصطلاحات تخصصی معرفی خواهند شد:

• پنل خورشیدی فوتوولتائیک:

پنل فوتوولتائیک اساساً یک سیستم نیمه هادی حالت جامد است که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و خروجی آن معمولاً برق DC است، در حالی که اکثر لوازم الکتریکی خانگی و صنعتی از جریان متناوب (AC) استفاده می‌کنند. این سیستم انرژی پاک و سبز را ارائه می‌دهد و در طول تولید جریان الکتریکی با پنل‌های فتوولتائیک، هیچ گاز گلخانه ای مضری در محیط منتشر نمی‌شود، بنابراین پنل خورشیدی نوعی فناوری سازگار با محیط زیست است. (۳-۵)

سلول خورشیدی را می توان به صورت یک منبع جریان موازی با یک دیود مدل نمود. منبع جریان، جریان فوتوولتائیک I_PH را تولید می‌کند که رابطه مستقیمی باشدت تابش دارد. زمانی که هیچ نوری برای تولید جریان وجود ندارد، سلول خورشیدی به عنوان یک دیود عمل می‌کند و هنگامی که شدت نور تابید شده به سلول افزایش می‌یابد، جریانی متناسب با شدت نور ورودی به وسیله سلول خورشیدی تولید می‌شود. این جریان نوری بین مقاومت متغیر دیود و بار، با نسبتی که بستگی به مقاومت بار و شدت تابش دارد تقسیم می‌شود. در یک پنل ایده آل، کل جریان I با تفاضل جریان تولید شده توسط اثر فوتوولتائیک (I_PH) و جریان دیود (I_D)  برابر است.در رابطه (۱)، Io جریان اشباع دیود در شرایط بدون نور، A ضریب ایده آل (کیفیت دیود) که مقداری بین ۱ و ۲ دارد، q بار الکتریکی، k ثابت بولتزمن و T دمای سلول خورشیدی بر حسب کلوین است. (۶)

(رابطه ۱)                                          

• راندمان پنل خورشیدی فوتوولتائیک:

بازده سلول خورشيدي با پارامتر η نشان داده می‌شود که نسبتی از نور تابشی است که به الکتريسيته تبديل می‌شود. در واقع بازده يک سلول خورشیدي به صورت نسبت توان بيشينه خروجی به توان ورودي است که از رابطه (۲) بدست می‌آيد: (۷)

(رابطه ۲)                                                      = = = ᶯ     

در این رابطه پارامتر P_in توان تابشی نور ورودي و P_mp توان بيشينه خروجی است که از ضرب ولتاژ سلول (V_mp) در جريان سلول (I_mp) به دست می‌آید. همچنين V_ocوI_sc، به ترتيب ولتاژ مدارباز و جريان اتصال کوتاه سلول هستند و ضريب پرشدگی نيز با نماد‌ FF مشخص است (۷).

• کلکتور خورشیدی حرارتی:

استفاده انرژی حرارتی خورشید برای اهداف بسیاری از جمله گرم کردن آب، هوا و فضای داخلی ساختمان‌ها و تولید برق استفاده می‌شود. سیستم‌های گرمایش خورشیدی دو نوع کلی دارند: الف) سیستم‌های غیرفعال، ب) سیستم‌های فعال.

عملکرد سیستم گرمایش خورشیدی غیرفعال به این صورت است که خورشید از پنجره‌های ساختمان می‌تابد و فضای داخلی را گرم می کند اما سیستم‌های گرمایش خورشیدی فعال، سیال گرم شده (هوا یا مایع) را به داخل ساختمان یا یک سیستم ذخیره‌سازی گرما منتقل می‌کنند، تا در زمان نیاز از آن استفاده شود. (۸)

شکل۳. شماتیک سیکل سیستم خورشیدی حرارتی فعال (۸)

🔹 نمونه بیان مسأله در نگارش پروپوزال مهندسی برق

عنوان پیشنهادی پروپوزال (گرایش قدرت):
بهینه‌سازی مصرف انرژی در شبکه‌های هوشمند برق با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی

بیان مسأله:
در دهه‌های اخیر، رشد سریع مصرف انرژی الکتریکی و افزایش وابستگی صنایع و جوامع به برق، ضرورت مدیریت هوشمند منابع انرژی را بیش از پیش آشکار ساخته است. شبکه‌های برق سنتی به دلیل ساختار متمرکز و محدودیت در پیش‌بینی بار، توانایی پاسخ‌گویی به نیازهای پویا و متغیر امروزی را ندارند. از سوی دیگر، ناپایداری تولید انرژی‌های تجدیدپذیر (مانند خورشیدی و بادی) چالش جدی در بهره‌برداری بهینه از این منابع ایجاد کرده است. یکی از راهکارهای نوین، بهره‌گیری از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای پیش‌بینی، کنترل و مدیریت بهینه مصرف انرژی در شبکه‌های هوشمند است. با این وجود، پرسش اصلی این است که چه الگوریتم یا ترکیبی از روش‌های محاسباتی می‌تواند در شرایط واقعی بیشترین دقت، سرعت و کارایی را در کاهش تلفات و افزایش بهره‌وری شبکه فراهم آورد. این خلأ پژوهشی، ضرورت انجام تحقیق در حوزه تلفیق هوش مصنوعی و مهندسی برق قدرت را توجیه می‌کند.

عنوان پیشنهادی پروپوزال (گرایش الکترونیک):
طراحی و شبیه‌سازی تقویت‌کننده‌های کم‌مصرف برای کاربردهای پزشکی قابل‌حمل

بیان مسأله:
با پیشرفت روزافزون فناوری‌های پوشیدنی و پزشکی، نیاز به مدارهای الکترونیکی کوچک، کم‌مصرف و دقیق بیش از گذشته احساس می‌شود. یکی از مهم‌ترین اجزای این سیستم‌ها، تقویت‌کننده‌هایی هستند که قادرند سیگنال‌های ضعیف زیستی را بدون نویز اضافی پردازش کنند. چالش اصلی در این حوزه، دستیابی به طراحی مدارهایی است که ضمن کاهش مصرف انرژی، کیفیت سیگنال را نیز حفظ نمایند. با توجه به اینکه بسیاری از تقویت‌کننده‌های موجود یا توان مصرفی بالایی دارند یا در شرایط واقعی دچار افت عملکرد می‌شوند، این پرسش مطرح است که چگونه می‌توان معماری‌های جدیدی ارائه کرد که همزمان دو ویژگی کلیدی "کم‌مصرف بودن" و "حفظ دقت" را تضمین کند. این نیاز، جایگاه تحقیق و توسعه در طراحی تقویت‌کننده‌های نوین برای کاربردهای پزشکی را پررنگ می‌سازد.

نمونه بیان مساله در نگارش پروپوزال (گرایش مخابرات):
بهبود کیفیت سرویس در شبکه‌های 5G با استفاده از روش‌های یادگیری ماشین

بیان مسأله:
ظهور نسل پنجم شبکه‌های مخابراتی (5G) انقلابی در انتقال داده‌های پرسرعت ایجاد کرده است. با وجود این، افزایش حجم داده‌ها، تنوع کاربران و نیاز به حداقل تأخیر، مدیریت منابع شبکه را به یک چالش اساسی تبدیل کرده است. روش‌های سنتی تخصیص پهنای باند و کنترل ترافیک قادر به پاسخ‌گویی به نیازهای پویای شبکه‌های 5G نیستند. در این راستا، یادگیری ماشین به‌عنوان ابزاری قدرتمند برای تحلیل داده‌های بزرگ و تصمیم‌گیری هوشمندانه، مورد توجه قرار گرفته است. پرسش محوری اینجاست که چگونه می‌توان از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی کیفیت سرویس (QoS) استفاده کرد به گونه‌ای که هم تأخیر شبکه کاهش یابد و هم رضایت کاربران حفظ شود. این شکاف دانشی، ضرورت انجام پژوهش‌های نوین در زمینه کاربرد یادگیری ماشین در شبکه‌های مخابراتی نسل جدید را برجسته می‌سازد.

🔹 نمونه بیان مسأله در نگارش پروپوزال (مهندسی برق – کنترل)

طراحی کنترل‌کننده مقاوم برای سیستم‌های غیرخطی با عدم قطعیت‌های ساختاری

بیان مسأله:
سیستم‌های کنترل صنعتی در شرایط واقعی با عدم قطعیت‌های متعددی همچون تغییرات پارامترها، نویزهای محیطی و غیرخطی بودن دینامیک سیستم‌ها مواجه‌اند. در چنین شرایطی، استفاده از روش‌های کلاسیک کنترل (مانند PID یا کنترل خطی) اغلب پاسخ‌گوی نیازهای عملکردی و پایداری سیستم نیست. به‌ویژه در صنایع حساس نظیر هوافضا، رباتیک، فرآیندهای شیمیایی و سامانه‌های انرژی، کوچک‌ترین انحراف در طراحی کنترل‌کننده می‌تواند منجر به خسارت‌های جبران‌ناپذیر شود.
پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند که طراحی کنترل‌کننده‌های مقاوم و تطبیقی می‌تواند عملکرد سیستم را در برابر عدم قطعیت‌ها بهبود بخشد، اما هنوز پرسش کلیدی این است که کدام روش کنترل مقاوم (مانند H∞، LMI یا کنترل تطبیقی فازی) قادر است بهترین توازن بین پایداری، سرعت پاسخ و مصرف انرژی را برای سیستم‌های غیرخطی پیچیده فراهم آورد. شناسایی و ارائه راهکاری عملی برای این چالش، خلأ پژوهشی موجود را آشکار می‌سازد و ضرورت انجام تحقیق در حوزه کنترل مقاوم سیستم‌های غیرخطی را برجسته می‌کند.

نگارش پروپوزال کارشناسی ارشد و دکتری - نگارش رساله دکتری - نگارش مقاله پژوهشی - نگارش مقاله ISI