طراحی یک کنترل کننده منطق فازی (flc) مد جریان با فن آوری cmos
چکیده
کنترل کننده های منطق فازی یکی از پرکاربردترین کنترل کننده ها در سیستم ها و کاربردهای مختلف بوده که در هر دو صورت سخت افزاری و نرم افزاری قابل پیاده سازی و اجرا می باشند. اما سیستم های نرم افزاری بنابر مشکلاتی مانند سرعت پایین در سیستم های پیچیده، در بسیاری از موارد دارای محدودیت می باشند. بنابراین جهت غلبه بر اینگونه مشکلات تمایل برای پیاده سازی سخت افزاری روبه گسترش است. در این پایان نامه مدارهای مختلفی برای پیاده سازی کنترل کننده های منطق فازی در هرسه قسمت: (1) فازی ساز (2) پایگاه قواعد (3) نافازی ساز در مد جریان با فنآوری cmos طراحی و توسط نرم فزار hspice شبیه سازی شده است. در قسمت اول، در مدارهای فازی ساز، دو مدار پیشنهاد شده است که نسبت به موارد مشابه دارای برتری های اساسی مانند افزایش کنترل پذیری، افزایش دقت و کاهش توان مصرفی می باشد که در دو تکنولوژی 0.35um و 90nm طراحی و شبیه سازی شده اند. مدار فازی ساز اول، مدار تولید تابع عضویت مثلثی با دقت بسیار بالا و توان مصرفی پایین با کنترل دیجیتال بوده که توسط ولتاژهای ترکیبی، کنترل پذیری بسیار بالایی را در شیب، ارتفاع و موقعیت تابع عضویت دارا می باشد. در مدار دوم، فازی ساز گوسی با کنترل پذیری بالایی در شیب، ارتفاع و موقعیت توابع عضویت پیشنهاد شده است که قابلیت تولید توابع مثلثی و ذوزنقه ای را نیز توسط ولتاژهای کنترلی آنالوگ در اختیار کاربر قرار می دهد. جانمایی این مدار با قابلیت تولید 5 تابع عضویت در تکنولوژی 0.35um توسط نرم افزار microwind صورت گرفته و شبیه سازی آن توسط نرم افزار tanner eda ارایه شده است. ابعاد این مدار 92.2um×16.6um بوده که در مقایسه با موارد مشابه بسیار مناسب می باشد. در قسمت دوم، مدار min-max با قابلیت کنترل دیجیتال جهت انتخاب عملگر min یا max ارایه شده است که استفاده از آن باعث افزایش کنترل پذیری مدار کنترل کننده فازی خواهد شد. در قسمت سوم نیز یک الگوریتم جدید در پیاده سازی مداری نافازی سازها، توسط روش نافازی سازی مرکز ثقل ممدانی، ارایه شده و با استفاده از مدارهای ضرب کننده/تقسیم کننده با دقت بالا، طراحی و پیاده سازی شده است. این الگوریتم با توجه به کاهش پیچیدگی های مدار و استفاده از مدارهای ساده، توان مصرفی مدار کنترل کننده فازی را کاهش داده و کنترل پذیری بسیاری بالایی را در طراحی توابع عضویت خروجی در اختیار کاربر قرار می دهد و به دلیل استفاده از روش نافازی ساز ممدانی، باعث افزایش دقت خروجی نهایی خواهد شد. در انتها دو مدار کنترل کننده فازی، توسط مدارهای ارایه شده، با تعداد توابع عضویت مختلف در ورودی و تعداد قوانین مختلف طراحی و پیاده سازی شده است. مدار کنترل کننده اول دارای دو ورودی با 3 تابع عضویت ، یک خروجی با 5 تابع عضویت مثلثی و 9 قانون بوده که توان مصرفی این مدار8.75mw محاسبه شده است که دارای سرعت استنتاج 11.9mflips می باشد. مدار کنترل کننده دوم نیز دارای دو ورودی با 4 تابع عضویت، یک خروجی با 7 تابع عضویت مثلثی و 16 قانون بوده که دارای توان مصرفی 16.3mw و سرعت استنتاجی معادل 10.5mflips می باشد. با مقایسه نتایج بدست آمده در نرم افزار hspice و انتقال آن به نرم افزار matlab جهت رسم رویه حاصل از خروجی و مقایسه آن با نتایج شبیه سازی حاصل از کنترل کننده فازی نرم افزاری، دقت بالای این کنترل کننده ها به وضوح مشاهده می شود. با توجه به ویژگی های مهمی مانند کنترل پذیری و دقت بسیار بالا به دلیل استفاده از نافازی ساز ممدانی، نتایج بدست آمده حاکی از سرعت و دقت بالای هر دو کنترل کننده در مقایسه با کنترل کننده های مشابه می باشد.