پاورپوینت پیاده سازی مدارهای منطق فازی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

پياده سازي مدارهاي منطق فازي

اسلاید 2 :

عناوين مورد بحث
مقدمه
پياده سازي ديجيتالي مدارهاي منطق فازي
Digital Implementation of Fuzzy Logic Circuits
پياده سازي آنالوگ مدارهاي منطق فازي
Analog Implementation of Fuzzy Logic Circuits
پياده سازي تركيبي ديجيتال / آنالوگ سيستم هاي فازي
Mixed Digital /Analog Implementation of Fuzzy Systems
استراتژي اتوماتيك CAD براي طراحي مدارهاي منطق فازي
CAD Automation for fuzzy Logic circuits design
پياده سازي شبكه هاي عصبي سيستم هاي فازي
Neural Networks Implementing Fuzzy systems

اسلاید 3 :

مقدمه
پيشرفت هاي اخير در تئوري منطق فازي الگوريتم هايي را بر مبناي قانون در قلمرو گسترده اي از كاربردها فراهم كرده است . يافته هاي بسياري در طي 10 سال گذشته طرح و معرفي شده است . كنترل فازي مي تواند عملكرد خوبي را در مدت زمان كوتاهي در انواع كاربردهاي جهاني معرفي و ثابت كند .
بيشتر سازندگان پردازنده محيط هاي نرم افزاري براي توسعه و شبيه سازي كاربردهاي فازي روي ميكرو كنترلرهاي سازگار تهيه كرده اند .
از اين كنترلرها مي توان كنترلر نوع ممداني را نام برد . او در قلمرو كاربردي تئوري فازي را براي سيستم هاي تكنيكي نيز گسترش داد . در حاليكه بيشتر دانشمندان كاربردهاي اين منطق را محدود به قلمروي غير تكنيكي مي دانستند . علاوه براين كنترلر مي توان كنترلر نوع سوگنو را نام برد كه بر اساس متدي بود كه سوگنو و تاكاگي با هم ارائه دادند .

اسلاید 4 :

طراحي مدارهاي مجتمع اختصاصي فوايد بسياري دارند . و به اين دليل است كه كاربردهاي آن نياز به همروندي و سرعت پردازش بالايي دارند . طراحان در اين زمينه سعي مي كنند كه يك واژه واقعي براي كامپيوترهاي فازي ارائه دهند ( گاهي اوقات به آنها كامپيوترهاي نسل ششم مي گويند ).
معماري اين پردازنده ها به ترتيب شامل سه مرحله زير است :
فازي كردن (Fuzzification) – استنباط (Inference) – از فازي بيرون آوردن (Defuzzification)
كنترلرهاي فازي براساس يكسري اطلاعات كه شامل قوانين و توابع عضويت و همچنين پارامترهاي پيكربندي سيستم است كار كنترل خود را انجام مي دهد .

اسلاید 5 :

پياده سازي ديجيتالي مدارهاي منطق فازي
پياده سازي ديجيتالي VLSI (Very Large Scale Integration : مدارهاي مجتمع در مقياس بزرگ) سيستم هاي فازي چند مزيت از تكنولوژي طراحي مدار ديجيتالي ارائه مي كند . چندين ابزار CAD (Computer Aided Design : طراحي بر مبناي كامپيوتر) جديدبا طرحي اتوماتيك ارائه مي دهد و در نتيجه زمان و هزينه توسعه را تخمين مي زند .
اصلاح اتوماتيك سطوح منطقي اتلاف انرژي زياد و حساسيت ترانزيستور را كاهش مي دهد . پيش بيني هاي داده ها در اين سيستم براي پردازش سيگنال اميدوارانه است .
در اين مدارها داده هاي دودويي براحتي ذخيره مي شوند و قابليت فهم و برنامه ريزي و پردازش چند مرحله اي فازي را دارند .
ظرفيت و سرعت اين مدارها متناسب با پيشرفت تكنولوژي بوده بطوريكه پياده سازيهاي مختلف مدارهاي فازي بيشتر و بيشتر مي شود .

اسلاید 6 :

ويژگيهاي مدارهاي ديجيتالي فازي
پردازنده هاي فازي ديجيتال معمولا براي كاربردهاي چند منظوره وبراي حداكثر استفاده ممكن مشتريان طراحي شده است . بنابراين بايد تعداد زيادي عملوند توابع عضويت و قوانين استنتاجي را پياده سازي كنند . اين امكان براي محدوده بزرگي از كاربردها مناسب است .
يك محيط برنامه نويسي شي گرا با قوانين زبان شناسي تركيب شده و مستقيما براي پياده سازي روي تراشه آماده است .
روشهاي اوليه سخت افزاري پياده سازي موتور استنتاجي منطق فازي مدارهاي ديجيتال بودند كه بوسيله Togai و Watanabe طراحي شد .
معماري اپراتورها : پياده سازي مدارهاي MIN و MAX :
اين اپراتورها كه در واقع اپراتورهاي ابتدايي اين مدارها هستند . شامل : ميكروكنترلر فازي (سيستم هاي دروني با مبدلهاي A/D (متناوب به مستقيم) و D/A (مستقيم به متناوب) و واحد منطق رياضي فازي و حافظه هاي مخصوص) – كمك پردازنده هاي فازي ( براي پردازش موازي يا همروند)

اسلاید 7 :

پردازش فازي ديجيتال
مقادير فازي آنالوگ بايد قبل از شروع پردازش بوسيله مدارهاي ديجيتال استاندارد به سيگنالهاي دودويي تبديل شوند .
اگر مقادي فازي در قالب بيتها بصورت صحيح وارد نشوند ممكن است تاثير بدي روي نتايج بگذارد . ورودي مناسب نمونه فركانسي براي مدارهاي ديجيتالي ارائه مي دهد . پس صحت ورودي ها مهم است .
حوزه كاربردي و آينده مدارهاي ديجيتالي در سيستم هايي چون كنترلها – سيستم هاي خبره – رباتها – تشخيص تصوير – پايگاه داده ها ( رابط بين مدارهاي ديجيتالي ) پيش بيني مي شود .

اسلاید 8 :

پياده سازي آنالوگ مدارهاي منطق فازي
مدارهاي آنالوگ فعلي چندين مزيت نسبت به مدارهاي ديجيتال دارند . مانند سرعت پردازش – ظرفيت تابعي و قدرت بالاتر . اين مدارها همچنين ميتوانند پردازشها را پشت سر هم و پيوسته انجام دهند و علاوه بر آن سازگاري خوبي با سنسورها و محركها و سيگنالهاي آنالوگ نيز داشته باشند . همچنين بعضي عملكردهاي نامناسب توابع عضويت بوسيله ترانزيستور حذف مي شود .
در اين مدل هيچ مبدل A/D يا D/A هنگام پياده سازي يك سيستم واقعي نياز نيست . ( وقتي كه هيچ پردازش سيگنال ديجيتالي مورد نياز نباشد. )
كنترلرهاي آنالوگ پاسخ بلادرنگ را ممكن مي سازند . مخصوصا هنگامي كه صحت و دقت بالا زياد مهم نيست .
اين مدارها همچنين در مدلهايي كارآيي دارند . مثل وظايفي كه به حس هاي انسان مرتبط مي شود (مانند چشم – اعصاب حسي و گوش ).
ويژگيهاي مدارهاي فازي آنالوگ

اسلاید 9 :

يا جايگزين انسان مي شوند .( مانند تشخيص الگو – پردازشهاي انعطاف پذيري ذهن)
سيگنالهاي آنالوگ يا بوسيله ولتاژها و يا بوسيله جريانها نمايش داده مي شوند . براي طراحي مدارهاي آنالوگ با دقت بالا و در محدوده فركانس وسيع از تكنولوژيهاي با نويز كم و ثابت ( مانند CMOS ) استفاده كرد .

اسلاید 10 :

انواع مدها و حالتها در مدارهاي آنالوگ
مد ولتاژ ( Voltage Mode ) :
روش Yamakawa : در اين روش يك سيگنال در قسمتهاي مختلف يك مدار توزيع مي شود . در اين مد پياده سازي اپراتورهاي غير خطي مانند MIN و MAX آسان هستند . مدارهاي چند ورودي MIN و MAX بوسيله ترانزيستورهاي دوحالته ( bipolar) ساخته شده اند .كه به آنها گيتهاي مجتمع منطق فازي مي گويند . بعضي مدارهاي غير اصولي كه با ترانزيستورهاي MOS ساخته شده اند باعث خطا در ارتباط دادن با دستگاههاي فعال مي شوند.
Yamakawa يك تراشه fuzzifier طراحي كرد كه در حدود 600 ترانزيستور و 800 مقاومت داشت . و زمان پاسخ آن در حدود 1مگاثانيه بود. اين تراشه شام سه ورودي و يك خروجي بود .
Yamakawa همچنين يك تراشه defuzzifier طراحي كرد .

اسلاید 11 :

مدار عملگر MAX ياماكاوا

اسلاید 12 :

مدار عملگر MIN ياماكاوا

اسلاید 13 :

مد تركيبي ( Mixed Mode )
مد جريان ( Current Mode )
مد تركيبي fuzzifier :
گفتيم كه در سيستم هاي سخت افزاري وروديهاي مد ولتاژ بر مد چند ورودي( multiple inputs) ارجحيت دارند . كه در اين سيستم ها ورودي هاي مد ولتاژ بايد بين چندين بلاك (براي مدارهاي تابع عضويت) توزيع شوند . بعد از مد ولتاژ سيگنالهاي مد جريان شروع به كار مي كنند .زيرا بوسيله پردازش مد جريان برتريهاي اين سيستم مشخص مي شود .

اسلاید 14 :

استراتژي Defuzzification و مدارهاي نرمال شده (نرماليزه)
استراتژي Defuzzification شامل يك عملگر جمع (sum ) يك عملگر ضرب (multiplication ) و يك عملگر تقسيم (division) است .
عملگر جمع همان ارتباطات بين مدارها است .
عملگر ضرب مي تواند بوسيله تغيير مقياس جريان فعلي تشخيص داده شود .
عملگر تقسيم آنالوگ هنوز هم پيچيده ترين عملگر است و احتياج به زمان پردازش بيشتر درمقايسه با دو عملگر قبلي دارد .
عمليات Defuzzification در نهايت در سطح پياده سازي سخت افزاري آسان مي شود . همچنين عملگر تقسيم مي تواند به سرعت بوسيله مدارهاي نرماليزه مد جريان اجرا شود .

اسلاید 15 :

مدار نرمال شده با 3 ورودي

اسلاید 16 :

حافظه هاي آنالوگ فازي
نقطه ضعف اصلي مدارهاي آنالوگ قابل اعتماد نبودن ماجولهاي حافظه آن است . زيرا راه حل مطمئني براي ذخيره مقادير فازي آنالوگ نيستند . بنابراين كامپيوترهاي آنالوگ ويژگيهاي بدي در مورد برنامه ريزي و پردازش ترتيبي دارند . عناصر حافظه موقتي براي حفظ سيگنالهاي پايدار ارايه شدند . اين عناصر براي طراحي موتورهاي استنتاجي با ساختارهاي موازي و سرعت بالا عرضه شدند .
بعضي سلولهاي حافظه آنالوگ براي پياده سازي عمليات جبري پيچيده مناسب نيستند . كه در اين مورد مدارهاي ديجيتالي استفاده از فليپ فلاپهاي دودويي و مدارهاي رجيستري را پيشنهاد مي كند .

اسلاید 17 :

يك فليپ فلاپ فازي در مد ولتاژ ( Voltage Mode) فليپ فلاپ دودويي J-K را پيشنهاد مي كند . در اين حالت عملگرهاي T-norm و S-norm -كه به ترتيب عملگرهاي MIN و MAX را شامل مي شوند - پياده سازي سخت افزار را ساده تر مي كنند .
براي بهبود حافظه هاي آنالوگ از خازن استفاده مي شود . كه در حقيقت مقادير آنالوگ در آنها ذخيره مي شوند . اين خازنها هسته اصلي حافظه ها بوده و سلولهاي اساسي عناصر حافظه آنالوگ را تشكيل مي دهند .
خازنها از يك طرف براي سرعت بالا از يك قسمت سيليكوني كوچك تشكيل شده اند و از طرف ديگر دقت كافي در ذخيره مقادير آنالوگ را دارند . علاوه بر اين بايد قابليت رفع پارازيت را نيز داشته باشند .
دقت بالاي اين خازنها ما را بر اين مي دارد كه خازنهايي را بصورت مجتمع ساخته تا كارآيي افزايش يابد .

اسلاید 18 :

بلاك دياگرام فليپ فلاپ J-K فازيكه دو ورودي و يك پالس ساعت و دو خروجي است .

اسلاید 19 :

مزايا و معايب مدارهاي آنالوگ :
مزايا :
در كاربردهاي كم هزينه – كم مصرف و سريع مي تواند جايگزين مدارهاي ديجيتالي شود .
پاسخ بلادرنگ ممكن مي شود . ( البته وقتي كه صحت آنقدر مهم نيست )

معايب :
براي ساختارهاي موازي كارايي چنداني ندارد .
امكانات برنامه ريزي محدودي را در اختيار قرار مي دهد .

اسلاید 20 :

پياده سازي تركيبي ديجيتال / آنالوگ سيستم هاي فازي
سيستم هاي منطق فازي از مزاياي سيستم هاي مجتمع آنالوگ بجز در مواردي مانند برخي كنترلهاي صحت و ساختارهاي پيكربندي مجدد استفاده مي كنند .
برخي از مدارهاي مجتمع آنالوگ از ورودي هاي ديجيتال تغذيه مي شوند . به عبارت ديگر سيگنالهاي ديجيتال را بعنوان ورودي مي گيرند .
براي افزايش كارآيي در مدارها از ويژگيهاي مدارهاي آنالوگ و ديجيتال به صورت تركيبي و در يك تراشه (chip) استفاده مي شود . اين تراشه جديد نقاط ضعف هر كدام از مدارهاي قبلي ( ديجيتال و آنالوگ ) را پنهان مي سازد.
اساس كار علم فازي مي تواند در يك حافظه ديجيتالي برنامه ريزي شود. و استراتژي عمليات غير ترتيبي پردازشهاي آنالوگ نيز استفاده شود . همچنين مبدلهاي A/D هنگامي كه محاسبات ديجيتالي موردنياز است استفاده شوند.