基于fpga 模糊控制芯片的设计

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1、基于FPGA模糊控制芯片的设计TheDesignofFuzzyLogicControlChipBaseonFPGA王雅生杨毓强符均Wang,YashengYang,YuqiangFu,Jun摘要：本文提出了一种以EP1C3为核心器件，通过VHDL语言2模糊控制推理算法模型实现二输入一输出模糊控制的控制芯片，允许有16条控制规则（可扩展到256条），其模糊推理过程既有并行又有串行，当前的模糊控制算法很多，比较常用的是Mamdani算法，每秒钟可以完成5万次完整的模糊推理运算。该控制芯片可本文将以这种算法模型为依据进行设计。以运用到各种实时性要求高的模糊控制系统中。本文详细介为了便于理解，

2、举一个例子来说明模糊控制推理的算法绍了知识库存储、模糊化、模糊推理以及去模糊在FPGA中的过程。假设输入变量E（误差）、DE（误差变化率）以及输出实现细节。变量Z的基本论域分别为[-60,60]、[-120,120]和[-6,6]，关键字：模糊控制芯片；FPGA；VHDL语言；论域元素范围都为[-6,6]。所以E和DE的量化因子分别为+中图分类号：TP273.4文献标识码：A0.1和0.05，Z的比例因子为1。Abstract:AfuzzylogiccontrolchipimplementedbyVHDL输入变量E和DE的隶属度函数如图1所示：languageandEP1C3devic

3、eispresented.ThechipallowsNBNMNS隶属度uZOPSPMPBtwopremisesoneconclusion,and16control1rules(extendedto256controlrulesispossible).The0.5fuzzyinferenceisprocessedinparallelandsequence.50,000completeinferenceprocessesareimplementedin-6-5-4-3-2-10123456整数论域persecondwith20MHzfrequency.Thischipismainlyuse

4、dforthereal-timeprocesscontrolandothersuitableapplications.Theimplementingdetailsand图1输入变量E和DE隶属度函数图considerationswithFPGAshouldbepaidarepresented输出变量Z的隶属度函数如图2所示：withfuzzyknowledgebase、fuzzification、fuzzyCNBCNMCNS隶属度uCZOCPSCPMCPBinferenceengine、defuzzification.10.51概述-6-5-4-3-2-10123456整数论域当前用模

5、糊算法实现控制的方式主要有两种：一是传统的数字计算机或单片机加上模糊控制算法软件；二是利用专图2输出变量Z隶属度函数表如下：门设计的模糊控制芯片。前者由于使用软件编程，所以有很模糊控制规则如表1所示大的灵活性，但是只能应用于低速的控制，其性能也逊于后表1控制规则表者的硬件方式。使用硬件来实现模糊控制，具有推理速度快、控制规误差变化率DE则编码实时性好、便于修改模糊规则和率属度函数等优点。NBNMNSZOPSPMPB根据以上的思路，本文利用CYLONE系列中的EP1C3NBCPBCPBCPBCPBCPMCPSCZO误器件实现了二输入一输出的模糊控制芯片。CYLONE是一款NMCPBCPB

6、CPMCPMCPSCZOCZO差低价格，中等密度的FPGA，采用0.13um，全铜SRAM工艺，ENSCPBCPMCPMCPSCZOCZOCNS容量从2，910个逻辑单元到20，010个逻辑单元，1.5V内ZOCPMCPSCPSCZOCNSCNSCNM核。EP1C3器件有2，910个逻辑单元，1个锁相环，13个PSCPSCZOCZOCNSCNMCNMCNBM4KRAM块。软件是QuartusII2.2版本。PMCZOCZOCNSCNMCNMCNBCNBPBCZOCNSCNMCNBCNBCNBCNB包括地址和内容的位数设定。然后再利用宏函数如在某时刻输入量为e＝50，de/dt＝－20，

7、量化得E＝（Megafunction）向导工具自动生成可以对以上内存空间进50×0.1=5,DE=-20×0.05=-1。根据图1可以得出对应各个语行读写的VHDL或者VerilogHDL源文件。在生成源文件的向言变量的隶属度值：导中一定要选择相应的内存文件名，考虑到程序中可能有对E(5)={0/NB+0/NM+0/NS+0/ZO+0/PS+0.5/PM+0.5/PB}；时序要求比较严格的时候，推荐设置时钟使能信号，以实现DE(-1)={0/N