基于fpga的模糊控制器的設(shè)計-全文預(yù)覽
【正文】 減去數(shù)值小的，正負號分別由eo和co標(biāo)識，不需要考慮溢出和借位等問題。clk為全局時鐘，g和f為輸入給定和反饋，u為輸出控制量，設(shè)g，f，和u的位數(shù)為八位。除法器的設(shè)計方法與模糊化模塊中的設(shè)計方法相同。比較器的行為可以描述如下最小化運算的結(jié)果，μc1和μc4再輸人到最大化模塊中，用于完成模糊規(guī)則合并的過程。對于兩輸人系統(tǒng)，最多輸出4個語言值和4個隸屬度。圖中，C1，C2:通過最小化運算求出，最右邊的模糊量圖形C通過最大化運算求出，C就是最終的推理結(jié)果。蘊含運算“→”采用求交法。除法器是模糊化模塊的關(guān)鍵部件，完成了除法器的設(shè)計，也就基本上完成了模糊化模塊的數(shù)據(jù)處理㈢模糊推理模塊模糊控制器的核心是模糊推理，模糊推理的基礎(chǔ)是模糊控制規(guī)則。s為控制除法運算開始執(zhí)行的控制信號。除法運算的算法流程如圖7所示，圖中:a為被除數(shù)。由隸屬度的性質(zhì)可知，計算的結(jié)果肯定是小數(shù)。為了簡化處理，將輸人值進行均勻量化。分別用一個字節(jié)表示每個語言變量的底邊寬度(實際寬度的一半)，用3個位(bit)表示底邊中點位置。因此，此文確定的E和C的隸屬函數(shù)形狀如圖4所示圖4 E和EC的隸屬函數(shù)形狀將上述隸屬函數(shù)存在2個RAM表中，則在模糊化處理時可進行并行處理，處理方便，且速度提高一倍。隸屬函數(shù)大多依賴經(jīng)驗或處理方便而選取。論域和模糊狀態(tài)應(yīng)根據(jù)問題的實際情況而定，現(xiàn)在假設(shè)e，ec和u的模糊子集均為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，模糊論域均為[4，3，2，1，0，1，2，3，4]，設(shè)e的基本論域為[2，2]，ec的基本論域為[1，1]，u的基本論域為[5，5]。典型的兩輸人單輸出模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由知識庫、模糊化、模糊推理和逆模糊化4部分構(gòu)成。它能夠克服系統(tǒng)中模型參數(shù)變化和非線性等不確定因素，在大滯后、非線性系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)場可編程門陣列FPGA是近年來發(fā)展迅速的大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?，它具有設(shè)計周期短，片內(nèi)資源豐富，可無限次加載和現(xiàn)場可編程等特點。因此，模糊控制器具有響應(yīng)快，超調(diào)量小，魯棒性強等特點。一模糊控制器的結(jié)構(gòu)及其FPGA實現(xiàn)流程輸出數(shù)據(jù)庫規(guī)則庫模糊化接口推理機解模糊接口圖1 模糊控制器的組成框圖給定值模糊量化處理模糊控制規(guī)則模糊決策非模糊化處理傳感器被控對象執(zhí)行機構(gòu)ked/dtkcku圖2 模糊控制器機構(gòu)圖由于一維模糊控制器的動態(tài)性能不能令人滿意，三維及三維以上的模糊控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建立模糊控制規(guī)則比較困難，因此一般采用雙輸入單輸出的二維模糊控制器。知識庫也向反模糊化模塊提供模糊量的隸屬函數(shù)形態(tài)，反模糊化接口則將輸出的模糊量及隸屬度轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的精確量。模糊控制器的FPGA設(shè)計流程如圖3所示模糊控制器功能定義模糊控制器算法設(shè)計確定總體結(jié)構(gòu)劃分功能模塊對個功能模塊進行vhdl語言描述綜合，仿真Fpga配置下載硬件測試圖3 模糊控制器的fpga實現(xiàn)流程圖㈡模糊化模塊模糊化過程需要用到隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)是模糊控制中的關(guān)鍵問題。隸屬函數(shù)要遵從語意順序和避免不恰當(dāng)?shù)闹丿B?？梢娪傻走厡挾群偷走呏悬c就可以確定隸屬函數(shù)的所有信息。將己變換到論域范圍的輸入量進行模糊化處理，主要是計算各個輸人量的隸屬度。表1 論域f化和表示方法圖6 隸屬度圖據(jù)圖6 ，輸人變量為1時，其隸屬度為為實現(xiàn)上述計算，需要用到一個加法器，一個減法器和一個除法器。 除法器采用普通的除法運算，并配合移位一減法方式來實現(xiàn)，可節(jié)省硬件制作成本。r為余數(shù)。圖7 除法運算的算法流程圖據(jù)上述算法編寫VHDL程序，可實現(xiàn)除法器運算。設(shè)兩輸人單輸出模糊控制器的輸人量是x IS a’ AND y IS b’，則根據(jù)模糊控制規(guī)則進行推理，可以得出輸出模糊控制量:(用模糊集合C’表示): 式中包括了3種主要的模糊邏輯運算:and運算，通常采用求交(取小)的方法。假設(shè)有如
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