وبلاگ

كنترلر های فازی با بهره گرفتن از منطق فازی وظیفه كنترل كردن سیستم های گوناگونی را دارند. این كنترلر ها ابتدا اطلاعات crisp ورودی را به اطلاعات فازی تبدیل می كنند و با پردازش و تركیب این اطلاعات سیگنال كنترلی ایجاد می شود و تصمیم گیری انجام می گیرد و در نهایت این سیگنال تبدیل به crisp شده و به عنوان خروجی به سیستم های تحت كنترل داده می شود.
مطابق آنچه در بالا گفته شد نیاز به دو mapping وجود دارد: تبدیل اطلاعات از محیط crisp به محیط فازی و دیگری تبدیل اطلاعات و سیگنال های فازی به crisp در خروجی. یک سیستم فازی این فرایند را توسط تئوری فازی انجام می دهد كه در سال 1965 توسط پروفسور لطفی زاده تعریف شد و ساختار ریاضی آن به صورت كامل پیاده سازی شد. این mapping ها به صورت غیر خطی هستند و اطلاعات crisp را به فازی تبدیل می كنند.
امروزه منطق فازی در طراحی سیستم ها بسیار استفاده می شود، انعطاف پذیری بالا و نزدیكی این منطق به فكر انسان باعث شده كه سیستم ها را بسیار راحت و خوب كنترل كرد.منطق فازی بر روی سیستم های كنترلی الكترونیكی بسیار زیادی پیاده سازی شده و باعث ایجاد یک روش طراحی جدید در این سیستم ها گشته است.
طراحی و ساخت كنترلرهای general purpose برای كنترل سیستم های الكترونیكی بسیار مناسب و كم هزینه هستند كه با روش های گوناگون و با نقاط ضعف و قوت متنوع طراحی می شوند. این كنترلر ها متناسب با سیستم تحت كنترل برنامه ریزی می شود و با توجه به این قابلیت برنامه ریزی برای هر سیستم ، بسیار مطلوب و مناسب می باشند.

كنترلر های فازی در دو نوع دیجیتال و آنالوگ طراحی می شوند كه مفهوم دیجیتال و یا آنالوگ بودن هم در رابطه با ارتباط با دنیای خارجی و Interface آن كنترلر است و هم درالگوریتم و ساختار داخلی آن سیستم فازی مفهوم دارد. كنترلرهای فازی دیجیتال توانایی اتصال به ادوات و سنسور های دیجیتال را دارند و توانایی پردازش سیگنال های دیجیتال از نقاط قوت آنها محسوب می گردد و در مقابل كنترلر های فازی آنالوگ توانایی پردازش سیگنال های آنالوگ را دارند و در ورودی ولتاژها و یا جریانات آنالوگ را كه از ادوات الكترونیكی و سنسورها می آیند را دریافت می كنند. در هر دو نوع ساختار طراحی های زیادی انجام گرفته است نمونه های آنالوگ كار هایی مثل [10] – [14] است 

و از مدارات و سیستم های طراحی شده بر پایه VLSI می توان به [3] – [7] اشاره نمود. ساختارهای آقایان Watanabe و Togai و Sanchez از مطرح ترین این شاخه از كنترلر های فازی هستند.

بعد از ارائه طرح های بر پایه مدارات VLSI كه از گیت های منطقی استفاده می كردند و عموماً برای ساخت آنها از FPGA ها استفاده می كردند مداراتی مطرح شدند كه ساختار داخلی آنها mixed analog-digital نام گرفت که دارای interface دیجیتال بودند اما از مدارات آنالوگ هم در داخل ساختار استفاده می كردند. یكی از قوی ترین كار های انجام شده تز آقای امینی فر از دانشگاه ارومیه بوده است كه در سال 2002 ارائه شده است.
كنترلر آقای امینی فر بر پایه مدارات current mode طراحی گردیده است كه به توان 49mW در سرعت 8/85MFLIPS رسیده است از معایب این مدار كم بودن دقت ساختار فازی ساز آن است كه به علت spike های جریانی است كه در step های فازی ساز وجود دارد و شكل تمیز و تیزی از لحاظ مشخصه خروجی فازی ساز وجود ندارد. ولی حجم مدار و سطح مصرفی چیپ بسیار مناسب و كوچك می باشد كه در مقایسه با دیگر كارها بسیار ایده آل می باشد حجم مدارات آقای امینی فر 0/11mm2 است. كارهای دیگر مد جریانی مراجع شماره [10] و [13] و [15] از نمونه های بارز هستند.
در مقابل ما سعی بر بهبود مدارارت و اضافه كردن option هایی در Inference engine بوده است كه با توجه به مطالعات انجام شده تصمیم بر طراحی مدارات در مد ولتاژ گرفتیم. با طراحی مدارات در مد ولتاژ حجم مدارات افزایش پیدا كرد ولی از لحاظ دقت بسیار بهبود و سرعت نیز افزایش پیدا كرد در ساختار پیشنهادی ما سیگنال های ورودی دیجیتال ولتاژ مد هستند و پروگرم كردن فازی ساز نیز به صورت دیجیتال انجام می شود و در قسمت Inference engine توانایی گرفتن ماكزیمم و مینیمم و هر دو همزمان را اضافه نمودیم كه با دقت 1% این كار انجام می گیرد. یكی از مشكلات موجود در مدارات ولتاژ مد طراحی قسمت Defuzzifier است كه برای طراحی قسمت تقسیم كننده مدارات switch capacitor نیاز است كه بر همگان پیچیدگی این ساختار ها مشخص است. با توجه به این مسئله سعی بر طراحی مدارات با پیچیدگی كمتر و ساده تر داشتیم كه جزئیات بیشتر در فصل آینده مطرح می گردد.
هدف ما در این پایان نامه طراحی یک چیپ كنترلر فازی general purpose دیجیتال است. در این كنترلر فازی یک ساختار جدید و بسیار مناسب تر از نمونه های دیگر برای سیستم فازی كننده آن پیشنهاد شده است كه با روش mixed mode این بلوك را پیاده سازی كرده ایم. مدارات fuzzifier در مد ولتاژ طراحی شده است كه با این طراحی دقت مدار بسیار بهبود یافته است و spike های موجود در مدارات مد جریان در این ساختار به كلی حذف گشته و با سرعت بیشتر به دقت 98/2% رسیده ایم. در قسمت بعدی یعنی بلوك Inference engine نیز مدارات جدید با قابلیت های بهتری ارائه شده است، مدارات ماكزیمم و مینیمم گیر در مد ولتاژ طراحی شده است كه این ساختار نیز دارای دقت مناسب و سرعت خوبی است و در نهایت در قسمت defuzzifier نیز سعی بر ساده كردن مدارات و پرهیز از مدارات پیچیده بوده است. ساختار (center of area (COA برای defuzzifier در نظر گرفته شده است.
مدارات طراحی شده در این كنترلر فازی در پروسه 0/35μm تکنولوژی CMOS پیاده سازی شده است. این كنترلر دو ورودی دیجیتال 4 بیتی، 9 rule و یک خروجی آنالوگ برای سیستم های كنترلی دارد. كنترلر فازی به صورت كامل توسط نرم افزار HSPICE شبیه سازی شده است و Layout آن در نرم افزار Cadence کشیده شده و extract شده است.