DE19534459A1 - Transfer unit for matrix field controller e.g. for regulation- and control-engineering - Google Patents
Transfer unit for matrix field controller e.g. for regulation- and control-engineeringInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Übertragungsglied mit n Eingängen
und mindestens einem Ausgang, wobei das Übertragungsglied einen
funktionalen Zusammenhang y = f() zwischen den an den n
Eingängen anliegenden Eingangsgrößen xi und der am Ausgang
abgreifbaren Ausgangsgröße liefert, wobei der funktionale
Zusammenhang y = f( ) durch ein mehrdimensionales
Stützstellengitter mittels Stützstellen approximiert ist und
der Wertebereich jeder Eingangsgröße xi mittels mi
Wertebereichsstützstellen Si,ji mit i = 1, . . ., n und ji = 1, . . .,
mi in mi-1 Intervalle beliebiger Größe unterteilt ist.The invention relates to a transmission element with n inputs and at least one output, the transmission element providing a functional relationship y = f () between the input variables x i applied to the n inputs and the output variable which can be tapped at the output, the functional relationship y = f ( ) by a multi-dimensional
Support grid is approximated by support points and the value range of each input variable x i by means of m i value range support points S i, ji with i = 1 ,. . ., n and j i = 1,. . ., m i is divided into m i -1 intervals of any size.
Anwendung finden derartige Übertragungsglieder beispielsweise in der Regelungs- und Steuerungstechnik als Zustandsregler, bei denen aus mehreren Eingangsgrößen ein oder mehrere Ausgangssignale erzeugt werden.Such transmission links are used, for example in control engineering as a state controller, at those from several input variables one or more Output signals are generated.
Ein neuer Trend ergibt sich in der Regelungstechnik durch die Fuzzy-Theorie. Ein Fuzzy-Regler wird mit Hilfe einer linguistischen Beschreibung definiert. Somit gelangt der Anwender auch ohne physikalische oder mathematische Durchdringung des Regelproblems zu einem intuitiven und leicht verständlichen Regelansatz. Selbst einfach strukturierte Fuzzy-Controller weisen oft ein erstaunlich gutes Regelverhalten auf. A new trend is emerging in control technology from Fuzzy theory. A fuzzy controller is created using a defined linguistic description. Thus the Users without physical or mathematical Penetration of the control problem to be intuitive and easy understandable rule approach. Even simply structured Fuzzy controllers often have surprisingly good control behavior.
Trotz der intuitiven Vorgehensweise bei dem eigentlichen Reglerentwurf weist ein Fuzzy-Regler ein eindeutig definiertes und genau vorhersagbares Ausgangsverhalten auf. Der Fuzzy-Algorithmus stellt einen eindeutigen mathematischen Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen und der Ausgangsgröße des Reglers her. Ein Fuzzy-Controller entspricht daher einem Kennfeldregler bzw. dem eingangs beschriebenen Übertragungsglied.Despite the intuitive approach to the actual one Controller design, a fuzzy controller has a clearly defined one and precisely predictable output behavior. Of the Fuzzy algorithm represents a unique mathematical Relationship between the input variables and the output variable of the controller. A fuzzy controller therefore corresponds to one Map controller or the one described at the beginning Transmission link.
Für die Umsetzung eines Fuzzy-Reglers für eine regelungstechnische Anwendung sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Häufig werden die Fuzzy-Algorithmen auf Mikrocomputern oder Mikrocontrollern programmiert. Hierdurch ist die Umsetzung eines Fuzzy-Reglers relativ einfach und schnell möglich. Die Implementierung eines Fuzzy-Systems in Form von Software bietet den Vorteil großer Flexibilität, da durch Modifikationen des Programms ein neuer Regelalgorithmus abgearbeitet werden kann. Ein bekanntes Beispiel für den Einsatz eines Fuzzy-Reglers auf Softwarebasis ist z. B. der Bewegungsausgleich bei Camcordern, mit dem das Verwackeln der Bilder unterdrückt werden soll. Bei dieser Lösung wurden auf dem schon vorhandenen Mikroprozessor zusätzlich Fuzzy-Algorithmen programmiert, um das Bild zu stabilisieren. Dadurch wurde eine Produktverbesserung ohne zusätzliche Hardwarekosten erreicht. Softwarelösungen zur Simulation eines Fuzzy-Controllers sind besonders dann vorteilhaft, wenn bereits ein Digitalrechner zur Verfügung steht, wie dies beispielsweise auch bei Prozeßregelungen häufig der Fall ist.For the implementation of a fuzzy controller for a Control technology applications are different options known. The fuzzy algorithms are often used on microcomputers or microcontrollers. This is the implementation of a fuzzy controller can be done relatively easily and quickly. The Implementation of a fuzzy system in the form of software offers the advantage of great flexibility, since modifications of the Program a new control algorithm can be processed. A well-known example of using a fuzzy controller Software basis is e.g. B. motion compensation in camcorders, with which the blurring of the pictures should be suppressed. At This solution was built on the existing microprocessor additionally fuzzy algorithms programmed to the image stabilize. This made a product improvement without additional hardware costs achieved. Software solutions for Simulation of a fuzzy controller are particularly then advantageous if a digital computer is already available stands, as is often the case with process control, for example the case is.
Die Entwicklung spezieller digitaler oder analoger Fuzzy-Chips, bei denen der entwickelte Fuzzy-Regler direkt in eine Integrationstechnik umgesetzt wird, bietet demgegenüber immer dann Vorteile, wenn entweder preiswerte Lösungen in großer Stückzahl erforderlich sind oder die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Reglers hoch sein muß. Digitale Regler verursachen jedoch hohe Kosten, wenn sie in Regel strecken eingesetzt werden, die analoge Verarbeitungsgrößen aufweisen. Für die Ankopplung der digitalen Regelung an die Regelstrecke müssen dann A/D- und D/A-Wandler bereitgestellt werden, die eine große Chipfläche beanspruchen. Da auch die digitalen Komponenten selbst einen gewissen schaltungstechnischen Aufwand erfordern, kann ein digitales System nicht mit extrem kleinen Chipflächen aufgebaut werden, so daß relativ hohe Fertigungskosten entstehen. Zudem erfordern die meisten anwendungsspezifischen Lösungen weitere spezielle Leistungs- oder Steuerungselektronik, so daß ein universell programmierbarer Regelchip allein nicht ausreicht.The development of special digital or analog fuzzy chips, where the developed fuzzy controller directly into one In contrast, integration technology is always available then advantages if either inexpensive solutions in large Pieces are required or the Processing speed of the controller must be high. However, digital controllers incur high costs when in Rule stretch used, the analog Have processing sizes. For coupling the digital A / D and D / A converters must then be used to control the controlled system are provided, which take up a large chip area. Since the digital components themselves have a certain circuitry may require a digital System cannot be built with extremely small chip areas, so that relatively high manufacturing costs arise. Also require most application specific solutions further special ones Power or control electronics, making it a universal programmable control chip alone is not enough.
Müssen die erforderlichen Peripheriekomponenten beispielsweise extern bereitgestellt werden, wird die gesamte Regelelektronik teuer. Insofern besteht für manche Anwendungen gerade im Bereich einfacher Regelungen der Bedarf an einfachen Fuzzy-Reglern mit kleiner Chipfläche, die in großer Stückzahl gefertigt werden und bei denen auch die Peripherieelektronik mit auf dem Chip integriert werden kann.For example, need the necessary peripheral components The entire control electronics will be provided externally expensive. In this respect, for some applications there is just Range of simple regulations the need for simple Fuzzy controllers with small chip area that are in large numbers are manufactured and in which also the peripheral electronics can also be integrated on the chip.
Ein möglicher Ansatz zur Realisierung eines schnellen analogen Fuzzy-Reglers besteht in der Nachbildung des Ausgangskennfeldes, wobei die durch die Variablen, Zugehörigkeitsfunktionen und Regeln eindeutig definierte Abbildung einen n-dimensionalen Eingangsvektor auf einen Ausgangsvektor abbildet und hierdurch das Ausgangskennfeld des Fuzzy-Reglers eindeutig bestimmt ist. Diese Abbildung des Ausgangskennfeldes des Fuzzy-Reglers wird nach dem Entwurf des Reglers mit einer Entwicklungsumgebung berechnet. Die durch das Regelwerk eindeutig definierte Abbildung kann direkt in ein mehrdimensionales Funktionsnetzwerk umgesetzt werden, ohne den Umweg über die vollständige Regelabarbeitung zu gehen. Die daraus resultierende Realisierung ist daher im eigentlichen Sinne kein Fuzzy-Regler, sondern ein Übertragungsglied.A possible approach to realizing a fast analog Fuzzy controller consists of the simulation of the Output map, whereby the variables Membership functions and rules clearly defined Mapping an n-dimensional input vector onto a Maps output vector and thereby the output map of the Fuzzy controller is clearly determined. This illustration of the The output map of the fuzzy controller is based on the design of the Controller with a development environment. The through that Rules can be clearly defined in a picture multidimensional function network can be implemented without the Detour to go through the full rule processing. The the resulting realization is therefore actually Not a fuzzy controller, but a transmission element.
Ein Beispiel für ein mehrdimensionales Funktionsnetzwerk ist ein Speicher, in dem die Funktionswerte zu vorgegebenen Stützstellen abgelegt sind (look-up-table). Werden zusätzlich zum Speicher A/D- und D/A-Wandler vorgesehen, erhält man ein einfach zu realisierendes und flexibles Regelsystem. Für viele Eingänge und Ausgänge oder bei hoher Auflösung der Wandler wird der benötigte Speicherplatz jedoch schnell extrem groß, wodurch die Kosten zur Realisierung eines solchen Systems für die Massenfertigung inakzeptabel sind.An example of a multi-dimensional functional network is a memory in which the function values are predetermined Support points are stored (look-up table). Be additional Provided for memory A / D and D / A converter, you get a easy to implement and flexible control system. For many Inputs and outputs or the converter with high resolution however, the required storage space quickly becomes extremely large, which means that the cost of implementing such a system for the Mass production is unacceptable.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Übertragungsglied für Steuer- und/oder Regelstrecken bereitzustellen, das das Ausgangskennlinienfeld der Übertragungsfunktion mit einem geringen schaltungstechnischen Aufwand nachbildet und eine geringe Chipfläche benötigt, wodurch die Kosten zur Herstellung des Übertragungsgliedes gering sind.The object of the invention is therefore to provide a transmission link for Provide control and / or control routes, the Output characteristic field of the transfer function with a simulates low circuit complexity and a requires small chip area, reducing the cost of manufacture of the transmission link are low.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedem Eingang mehrere eindimensionale Funktionsgeneratoren nachgeschaltet sind, daß die Ausgänge der Funktionsgeneratoren mit Eingängen von Gewichtungsgliedern in Verbindung sind und daß das Summensignal der Ausgangssignale der Gewichtungsglieder am Ausgang des Übertragungsgliedes abgreifbar ist.The object is achieved in that several one-dimensional function generators for each input are connected downstream that the outputs of the function generators are connected to inputs of weighting elements and that the sum signal of the output signals of the weighting elements can be tapped at the output of the transmission link.
Das gewünschte Ausgangskennfeld des Übertragungsgliedes wird approximiert. Eine wesentliche Idee der Erfindung ist, daß die Approximation nicht wie zumeist üblich direkt erfolgt, also die Komplexität der Approximationsfunktionen abhängig von der Anzahl der Eingangsgrößen sind, sondern daß die Approximation zerlegt wird in eindimensionale Funktionen, die jedem Eingang direkt nachgeschaltet sind, und einfachen Gewichtungsgliedern mit nur einem Parameter. Dadurch wird die Komplexität des Approxiamationsproblems reduziert, d. h. jede Einzelkomponente hat einen einfachen Aufbau, und es ergibt sich eine strukturierte Lösung, die sich besonders für eine Umsetzung in eine integrierte Schaltung eignet.The desired output map of the transmission link is approximated. An essential idea of the invention is that the Approximation does not take place directly, as is usually the case, i.e. the The complexity of the approximation functions depends on the Number of input quantities are, but that the approximation is broken down into one-dimensional functions that each input directly downstream, and simple weighting elements with only one parameter. This increases the complexity of the Approximation problems reduced, i. H. every single component has a simple structure and there is one structured solution that is particularly suitable for implementation in an integrated circuit is suitable.
Bei der Zerlegung wird der Wertebereich jeder der n Eingangsvariablen zunächst mit Hilfe von mi Stützstellen unterteilt. Zwischen den Stützstellen erfolgt eine Interpolation auf den mi-1 Intervallen jeder Eingangsvariable mit eindimensionalen Funktionen.During the decomposition, the value range of each of the n input variables is first subdivided using m i nodes. There is an interpolation between the interpolation points on the m i -1 intervals of each input variable with one-dimensional functions.
Das heißt, jedem Eingang sind genau mi-1 Funktionsgeneratoren Ri,ji parallel zueinander nachgeschaltet. ji = 2, . . ., mi gibt dabei den Zählindex der Funktionsgeneratoren jedes Eingangs i an. This means that exactly m i -1 function generators R i, ji are connected in parallel to each input. j i = 2,. . ., m i indicates the count index of the function generators of each input i.
Die Stützstellen Si,ji jedes Eingangs i, werden demgegenüber von ji = 1, . . ., mi durchnumeriert.The support points S i, ji of each input i, in contrast, are of j i = 1,. . ., m i numbered.
Das Übertragungsglied hat vorteilsmäßig eine dem Produkt der Anzahl der Stützstellen jeder Eingangsvariablen iThe transmission link advantageously has a product of Number of nodes of each input variable i
entsprechende Anzahl von Gewichtungsgliedern C11 . . 1, . . ., m1 . m2 . . mn, wobei m₁ gleich der Anzahl der Wertebereichsstützstellen der Eingangsgröße x₁ ist.corresponding number of weighting elements C 11. . 1, . . ., m1. m2. . mn , where m₁ is equal to the number of value range support points of the input variable x₁.
Die Verknüpfung der Gewichtungsglieder mit den Funktionsgeneratoren wird vorteilsmäßig so durchgeführt, daß ein Gewichtungsglied an keinen Funktionsgenerator angeschlossen wird, einige Gewichtungsglieder an einen Funktionsgenerator, einige an zwei, einige an drei usw., bis schließlich einige Gewichtungsglieder an n Funktionsgeneratoren anzuschließen sind. Dieses Anschlußschema hängt von den Indizes der Gewichtungsglieder ab und soll im folgenden näher erläutert werden.Linking the weighting elements with the Function generators are advantageously carried out in such a way that a weighting element is not connected to a function generator some weighting elements to a function generator, some on two, some on three, etc., until finally some Connect weighting elements to n function generators are. This connection scheme depends on the indices of the Weighting elements and will be explained in more detail below will.
Allgemein läßt sich ein Gewichtungsglied wie folgt indizieren: Cj1 j2 . . . ji . . . jn, wobei ji den Laufindex des Eingangs i angibt. Dieser Laufindex korrespondiert mit den Indizes der Funktionsgeneratoren Ri,ji, da der Wert von i den i-ten Eingang und der Wert von ji den ji-ten Funktionsgenerator des Eingangs i bezeichnet. Der Anschluß der Funktionsgeneratoren an die Gewichtungsglieder läßt sich nun direkt aus den Indizes der Gewichtungsglieder ablesen, indem für alle ji < 1 der ji-te Funktionsgenerator des Eingangs i angeschlossen wird. Das heißt, daß beispielsweise das Gewichtungsglied C₁₁₁₁ an keinen Funktionsgenerator anzuschließen ist und somit einen konstanten additiven Wert zur Kennfeldverschiebung realisiert, das Gewichtungsglied C2131 an die Funktionsgeneratoren R1,2 und R3,3 und das Gewichtungsglied C₄₅₂₈ an die Funktionsgeneratoren R1,4, R2,5, R3,2 und R4,8 anzuschließen sind.In general, a weighting element can be indexed as follows: C j1 j2. . . ji. . . jn, where j i is the running index indicative of input i. This running index corresponds to the indices of the function generators R i, ji , since the value of i denotes the i-th input and the value of j i the j i- th function generator of the input i. The connection of the function generators to the weighting elements can now be read directly from the indices of the weighting elements by connecting the j i -th function generator of input i for all j i <1. This means that, for example, the weighting element C₁₁₁₁ is not to be connected to a function generator and thus realizes a constant additive value for map shift, the weighting element C 2131 to the function generators R 1.2 and R 3.3 and the weighting element C₄₅₂₈ to the function generators R 1.4 , R 2.5 , R 3.2 and R 4.8 are to be connected.
Bei zwei Eingangsgrößen (n = 2) mit jeweils sieben Stützstellen (m₁ = 7, m₂ = 7) pro Wertebereich benötigt man somit m₁×m₂ = 7×7 Gewichtungsglieder und 2×6 Funktionsgeneratoren. With two input variables (n = 2), each with seven support points (m₁ = 7, m₂ = 7) per value range you need m₁ × m₂ = 7 × 7 Weighting elements and 2 × 6 function generators.
Das Gewichtungsglied C₁₁ ist an keinen Funktionsgenerator angeschlossen und realisiert den konstanten additiven Wert, die 12 Gewichtungsglieder C1 j2 bis Cj1 1 (j₁, j₂ = 2, . . ., 7) sind an jeweils einen Funktionsgenerator angeschlossen und stellen die Randkontur dar, und die 36 Gewichtungsglieder C₂₂ bis C₇₇ sind an jeweils 2 Funktionsgeneratoren angeschlossen und bilden das eigentliche Kennfeld.The weighting element C₁₁ is not connected to a function generator and realizes the constant additive value, the 12 weighting elements C 1 j2 to C j1 1 (j₁, j₂ = 2,..., 7) are each connected to a function generator and represent the edge contour, and the 36 weighting elements C₂₂ to C₇₇ are each connected to 2 function generators and form the actual map.
Vorteilsmäßig weisen die Ausgangssignale der Gewichtungsglieder C11 . . 1, . ., m1 . m2 . . mn Werte auf, die zwischen Null und dem Betrag des Produktes von dem konstanten Wert Iref und einem zu dem jeweiligen Gewichtungsglied gehörigen Gewichtungsfaktor GF11 . . 1, . ., m1 . m2 . . mn liegen. Der Wert des Ausgangssignals eines Gewichtungsgliedes ist nur dann größer Null, wenn die Summe der Eingangssignale des Gewichtungsgliedes kleiner als Iref ist. Das Ausgangssignal eines Gewichtungsgliedes ist vorteilsmäßig je nach Vorzeichen des zum Gewichtungsglied gehörenden Gewichtungsfaktors auf eine Addier- oder Subtrahierschiene schaltbar.The output signals of the weighting elements C 11 advantageously have . . 1, . ., m1. m2. . mn values between zero and the amount of the product of the constant value I ref and a weighting factor GF 11 belonging to the respective weighting element . . 1, . ., m1. m2. . mn lie. The value of the output signal of a weighting element is only greater than zero if the sum of the input signals of the weighting element is less than I ref . The output signal of a weighting element can advantageously be switched to an adding or subtracting rail depending on the sign of the weighting factor belonging to the weighting element.
Alternativ kann der zuvor benannte Wertebereich auch so umnormiert werden, daß er zwischen dem negativen und positiven Betrag des Produktes von dem konstanten Wert Iref und einem zu dem jeweiligen Gewichtungsglied gehörigen Gewichtungsfaktor GF11 . . 1, . ., m1 . m2 . . mn liegt. Diese Normierung macht insbesondere bei einem Einsatz symmetrischer Differenzstufen Sinn.Alternatively, the previously mentioned range of values can also be renormalized such that it lies between the negative and positive amount of the product of the constant value I ref and a weighting factor GF 11 belonging to the respective weighting element . . 1, . ., m1. m2. . mn lies. This standardization makes particular sense when using symmetrical differential levels.
Die Approximation des Kennfeldes basiert auf der geeigneten Zerlegung des Kennfeldes in Teilfunktionen. Der qualitative Verlauf der Teilfunktionen ist dabei beliebig festlegbar und richtet sich nach der jeweils zugrunde gelegten Schaltungsarchitektur für die Realisierung der Teilfunktionen, das sind wie oben erläutert die Funktionsgeneratoren und die Gewichtungsglieder. Geeignete Funktionale für eine Realisierung in integrierter MOS-Technik sind beispielsweise lineare oder sog. Sigmoidfunktionen, in Bipolartechnik beispielsweise Exponentialfunktionen. Weiterhin werden diese Funktionale durch die Auswahl einer Spannungstechnik oder einer Stromtechnik bestimmt. The approximation of the map is based on the suitable one Breakdown of the map into sub-functions. The qualitative The course of the subfunctions can be determined as desired and depends on the respective underlying Circuit architecture for the realization of the sub-functions, as explained above, these are the function generators and the Weighting elements. Suitable functionalities for a realization in integrated MOS technology are, for example, linear or So-called sigmoid functions, for example in bipolar technology Exponential functions. Furthermore, these functionalities are carried out the selection of a voltage technology or a current technology certainly.
Ein besonders einfacher Aufbau eines Übertragungsgliedes ergibt sich durch die Auswahl linearer Rampenfunktionen.A particularly simple construction of a transmission link results through the selection of linear ramp functions.
In diesem Fall werden jeder Eingangsgröße, wie oben
beschrieben, mi-1 Rampengeneratoren nachgeschaltet, wobei der
Rampengenerator Ri,ji zu jedem Eingangs-Ist-Wert xi genau ein
Ausgangssignal RAi,ji erzeugt, welches der Bedingung
RAi,ji = max{0;(1/Ai,ji) (Bi,ji *Iref-Iein,i)} folgt, wobei Iein,i
dem Ist-Wert der Eingangsgröße xi entspricht, Ai,ji der
Differenz Si,ji-Si,ji-1 entspricht, wobei die Stützstellen
Si,ji-1 und Si,ji das zum Rampengenerator RAi,ji gehörende
Intervall begrenzen, und Bi,ji *Iref gleich dem Wert der
Stützstelle Si,ji ist und Iref eine Konstante ist.In this case, each input variable, as described above, m i -1 ramp generators, the ramp generator R i, ji for each input actual value x i generates exactly one output signal RA i, ji , which meets the condition RA i, ji = max {0; (1 / A i, ji ) (B i, ji * I ref -I in , i )} follows, where I in , i corresponds to the actual value of the input variable x i , A i, ji the Difference S i, ji -S i, ji-1 corresponds to the support points
S i, ji-1 and S i, ji limit the interval belonging to the ramp generator RA i, ji , and B i, ji * I ref is equal to the value of the support point S i, ji and I ref is a constant.
Mittels der Rampengeneratoren Ri,ji wird eine Interpolation zwischen den gewählten Stützstellen vorgenommen, wodurch die Anzahl der Stützstellen auf ein notwendiges Minimum beschränkt werden kann. Hierdurch verringert sich ganz entschieden der schaltungstechnische Aufwand, wodurch zusätzlich die Arbeitsgeschwindigkeit des Übertragungsgliedes erhöht wird. Das erfindungsgemäße Übertragungsglied ist vorteilsmäßig in analoger Schaltungstechnik aufgebaut, wodurch die Laufzeiten auf die Einschwingzeitkonstanten der verwendeten Bauelemente beschränkt sind. Da sämtliche Rampengeneratoren parallel geschaltet sind und zudem alle Rampengeneratoren gleich aufgebaut sind, stehen alle Ausgangssignale der Rampengeneratoren an den Gewichtungsgliedern gleichzeitig zur Verfügung. Da ferner für alle Rampengeneratoren und Gewichtungsglieder nur ein Referenzsignal Iref verwendet wird, beschränkt sich der durch das Übertragungsglied selbst verursachte Fehler des Ausgangssignals auf die durch den Fertigungsprozeß entstehenden statistischen Ungenauigkeiten der Bauteile.The ramp generators R i, ji are used to interpolate between the selected support points, as a result of which the number of support points can be limited to a necessary minimum. As a result, the circuitry complexity is decidedly reduced, which additionally increases the operating speed of the transmission element. The transmission element according to the invention is advantageously constructed in analog circuit technology, as a result of which the running times are limited to the settling time constants of the components used. Since all ramp generators are connected in parallel and also all ramp generators are constructed identically, all output signals of the ramp generators are available on the weighting elements at the same time. Furthermore, since only one reference signal I ref is used for all ramp generators and weighting elements, the error in the output signal caused by the transmission element itself is limited to the statistical inaccuracies of the components which result from the manufacturing process.
Um mit den beschriebenen linearen Rampenfunktionen ein mehrdimensionales Kennfeld approximieren zu können, muß das Kennfeld geeignet in Flächen oder mehrdimensionale Körper zerlegt werden.To use the linear ramp functions described To be able to approximate a multi-dimensional map, Map suitable in surfaces or multidimensional bodies be disassembled.
Bei einem System mit zwei Eingangsgrößen werden die durch die über den Wertebereich der jeweiligen Eingangsgrößen verteilten Stützstellen gebildeten Rechtecke in je zwei Dieiecke zerlegt, wobei die Dreiecke dem Funktionsverlauf des Ausgangskennfeldes mittels eines Approximationsverfahrens angelegt bzw. angenähert werden. Dabei wird jeweils ein Dreieck eines Rechteckes durch den Schaltungsaufbau einem Gewichtungsglied zugeordnet. Die Steigung des Dreieckes entspricht dem linearen Verlauf des Ausgangssignals des zugeordneten Gewichtungsgliedes. Bedingt durch den rampenförmigen Verlauf der Ausgangssignale der Rampengeneratoren sind nur die Gewichtungszellen aktiv bzw. liefern ein Ausgangssignal vom Betrag größer Null, wenn die Summe der Eingangssignale des Gewichtungsgliedes kleiner als das Referenzsignal Iref ist. Die Gewichtungszellen, bei denen die Summe der Eingangssignale gleich 0 ist, liefern konstante Ausgangssignale Iref mal GF, die je nach Vorzeichen des Gewichtungsfaktors GF des Gewichtungsgliedes auf das Ausgangssignal aufaddiert oder von dem Ausgangssignal subtrahiert werden. Die Zellen, bei denen die Summe der Eingangssignale größer als Iref sind, liefern keinen Anteil zum Ausgangssignal.In a system with two input variables, the rectangles formed by the support points distributed over the range of values of the respective input variables are broken down into two triangles, the triangles being created or approximated to the function curve of the output map using an approximation method. A triangle of a rectangle is assigned to a weighting element by the circuit structure. The slope of the triangle corresponds to the linear course of the output signal of the assigned weighting element. Due to the ramp-shaped course of the output signals of the ramp generators, only the weighting cells are active or deliver an output signal of an amount greater than zero if the sum of the input signals of the weighting element is less than the reference signal I ref . The weighting cells, in which the sum of the input signals is equal to 0, deliver constant output signals I ref times GF, which, depending on the sign of the weighting factor GF of the weighting element, are added to the output signal or subtracted from the output signal. The cells in which the sum of the input signals are greater than I ref do not provide any part of the output signal.
In einer schaltungstechnischen Umsetzung des beschriebenen Verfahrens können die genannten Eingangs- und Ausgangswerte durch beliebige elektrische Größen dargestellt werden. Vorteilhaft ist insbesondere eine Realisierung des Approximationsverfahrens in Strom- oder Spannungstechnik, wobei innerhalb einer Schaltung auch zwischen diesen beiden Schaltungstechniken variiert werden kann. Das bedeutet insbesondere, daß der als Iref bezeichnete konstante Wert sowohl einem Strom als auch einer Spannung entsprechen kann.In a circuit implementation of the described method, the input and output values mentioned can be represented by any electrical quantities. It is particularly advantageous to implement the approximation method in current or voltage technology, it also being possible to vary between these two circuit technologies within a circuit. This means in particular that the constant value referred to as I ref can correspond to both a current and a voltage.
Eine vorteilsmäßige Umsetzung des Verfahrens in Spannungstechnik ergibt sich beispielsweise durch den Einsatz von Operationsverstärkerschaltungen, die mit Widerständen und Dioden beschaltet sind. Solche Operationsverstärkerschaltungen sind aus der Literatur bekannt. In diesem Fall ergeben sich die oben beschriebenen Rampenfunktionen als Eingangsfunktionen.An advantageous implementation of the method in Voltage technology results, for example, from the application of operational amplifier circuits with resistors and Diodes are connected. Such operational amplifier circuits are known from the literature. In this case the Ramp functions described above as input functions.
In einer gemischten Strom- und Spannungstechnik kann die Approximationsmethode durch sogenannte OTA-Strukturen (Operational Transconductance Amplifier, dt. Steilheits verstärker) realisiert werden, die ebenfalls in der Literatur beschrieben werden. Bei OTA-Strukturen ergeben sich nichtlineare eindimensionale Funktionen, die in Bipolartechnik einer Tangens-Hyperbolicus-Funktion und in einer MOS-Schal tungstechnik sogenannten Sigmoidfunktionen entsprechen.In a mixed current and voltage technology, the Approximation method using so-called OTA structures (Operational Transconductance Amplifier amplifiers) can also be realized in the literature to be discribed. With OTA structures arise non-linear one-dimensional functions in bipolar technology a tangent hyperbolic function and in a mos scarf so-called sigmoid functions.
Vorteilsmäßig ist es, wenn die Signale elektrische Ströme sind, wodurch eine Realisierung des Übertragungsgliedes in MOS-Technik möglich ist. Dazu werden an den Eingängen des Übertragungsgliedes zu den Eingangsgrößen xi proportionale elektrische Ströme Iein,i eingeprägt. In diesem Fall ergeben sich für die Funktionsglieder Rampenfunktionen.It is advantageous if the signals are electrical currents, which makes it possible to implement the transmission element in MOS technology. For this purpose, electrical currents I a, i proportional to the input variables xi are impressed at the inputs of the transmission element. In this case, ramp functions result for the function elements.
Die Rampengeneratoren bestehen dabei jeweils aus drei Stromspiegeln SPein, SPref und Spaus. Für diese Stromspiegel sind alle bisher bekannten oder auch zukünftige Stromspiegelkonzepte einsetzbar, also insbesondere auch Schaltungsvarianten, bei denen die Stromspiegeleigenschaften durch zusätzliche Maßnahmen verbessert werden.The ramp generators always consist of three current mirrors SP A, SP ref and Sp. All previously known or also future current mirror concepts can be used for these current mirrors, in particular also circuit variants in which the current mirror properties are improved by additional measures.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich für den Stromspiegelgrundtyp, bei dem ein Stromspiegel SPx aus jeweils zwei MOS-Transistoren TRx,1 und TRx,2 gebildet ist, wobei jeweils die Source-Anschlüsse Sx,1 und Sx,2 und die Gate-An schlüsse Gx,1 und Gx,2 der beiden Transistoren TRx,1 und TRx,2 miteinander verbunden sind und der Drain-Anschluß Dx,1 des Eingangstransistors TRx,1 mit den Gate-Anschlüssen Gx,1 und Gx,2 in Verbindung ist. Der Drain-Anschluß Dein,i des Eingangstransistors TRein,i bildet jeweils einen Eingang des Übertragungsgliedes. Dabei sind die Transistoren des Stromspiegels SPref,i,ji beispielsweise p-Kanal- und die Transistoren der Stromspiegel SPein,i,ji und SPRampe,i,ji n-Kanal-Transistoren, wobei die Drain-Anschlüsse Dein,i,ji,2, Dre,i,ji,2 und DRampe,i,ji,1 der Transistoren elektrisch miteinander in Verbindung sind. Die Schaltung kann auch entsprechend in komplementärer MOS-Technik oder in Bipolartechnik ausgeführt sein. Aus dem Drain-Anschluß Dref des Transistors TRref fließt der konstante elektrische Strom Iref. Die Stromspiegel der Rampengeneratoren sind dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspiegel SPein,i,ji ein Verstärkungsverhältnis von 1, der Stromspiegel SPref,i,ji ein Verstärkungsverhältnis von Bi,ji und der Stromspiegel SPRampe,i,ji ein Verstärkungsverhältnis Ai,ji aufweist. Mit Hilfe des Referenzstromspiegels SPref,i,ji wird ein Strom vom Betrag des Produkts von Bi,ji und Iref am Drain-Anschluß des Transistors TRref,i,ji,2 erzeugt, der aufgrund des p-Kanaltyps der Transistoren des Referenzstromspiegels SPref,i,ji aus dem Drain-Anschluß Dref,i,ji,2 herausfließt. Dieser Ausgangsstrom wird je nach Größe des auf den Eingangstransistor TRein,i,1 des Stromspiegels Spein,i,ji eingeprägten Stroms auf die Transistoren TRein,i,ji,2 und TRRampe,i,ji,1 aufgeteilt. Durch das vorgegebene Verstärkungsverhältnis des Ausgangs Stromspiegels SPRampe,i,ji fließt somit durch den Ausgangstransistor TRRampe,i,ji,2 ein Strom IRampe,i,ji = (1/Ai,ji)×(Bi,ji×Iref-Iein,i). Da der Strom durch den Ausgangstransistor TRRampe,i,ji,2 nicht negativ werden kann, wird der Ausgangsstrom IRampe,i,ji nur dann einen Wert ungleich 0 ergeben, wenn der Eingangsstrom Iein,i kleiner als das Produkt von Bi,ji mal Iref ist. Durch die geeignete Wahl der Verstärkungsfaktoren Ai,ji und Bi,ji wird erreicht, daß ein Gewichtungsglied nur dann aktiv ist, wenn zumindest eine Eingangsgröße einen Wert annimmt, der im zum Gewichtungsglied gehörigen Intervall liegt.A particularly simple construction results for the basic type of current mirror, in which a current mirror SP x is formed from two MOS transistors TR x, 1 and TR x, 2 , the source connections S x, 1 and S x, 2 and the gate connections G x, 1 and G x, 2 of the two transistors TR x, 1 and TR x, 2 are connected to one another and the drain terminal D x, 1 of the input transistor TR x, 1 to the gate terminals G x, 1 and G x, 2 is connected. The drain terminal D in , i of the input transistor TR in , i each forms an input of the transmission element. The transistors of the current mirror SP ref, i, ji are, for example, p-channel transistors and the transistors of the current mirror SP are i, ji and SP ramp, i, ji are n-channel transistors, with the drain connections D a, i , ji, 2 , D re, i, ji, 2 and D ramp, i, ji, 1 of the transistors are electrically connected to each other. The circuit can also be designed accordingly in complementary MOS technology or in bipolar technology. From the drain of the transistor TR D ref ref of the constant electric current I flows ref. The current mirrors of the ramp generators are characterized in that the current mirror SP in , i, ji an amplification ratio of 1, the current mirror SP ref, i, ji an amplification ratio of B i, ji and the current mirror SP ramp, i, ji an amplification ratio A i , ji . With the help of the reference current mirror SP ref, i, ji , a current of the amount of the product of B i, ji and I ref is generated at the drain of the transistor TR ref, i, ji, 2 , which due to the p-channel type of the transistors of the Reference current mirror SP ref, i, ji flows out of the drain terminal D ref, i, ji, 2 . Depending on the size of the current impressed on the input transistor TR ein , i, 1 of the current mirror Sp ein , i, ji, this output current is divided between the transistors TR ein , i, ji, 2 and TR ramp, i, ji, 1 . A current I ramp, i, ji = (1 / A i, ji ) × (B i, ji ×) thus flows through the output transistor TR ramp, i, ji, 2 through the predetermined amplification ratio of the output current mirror SP ramp, i, ji I ref -I a, i ). Since the current through the output transistor TR ramp, i, ji, 2 cannot become negative, the output current I ramp, i, ji will only give a value unequal to 0 if the input current I in , i is less than the product of B i , ji times I ref is. The suitable choice of the amplification factors A i, ji and B i, ji ensures that a weighting element is only active if at least one input variable assumes a value that lies in the interval belonging to the weighting element.
Ebenfalls vorteilsmäßig ist es, wenn die Gewichtungsglieder C11 . . 1, . ., m1 . m2 . . mn jeweils durch zwei Stromspiegel SPCref,j1 . . . jn und SPCaus,j1. . .jn gebildet sind, wobei ein Stromspiegel SPCx aus jeweils zwei MOS-Transistoren TRCx,1 und TRCx,2 gebildet ist, wobei jeweils die Source-Anschlüsse Sx,1 und Sx,2 und die Gate-Anschlüsse Gx,1 und Gx,2 der beiden Transistoren TRCx,1 und TRCx,2 miteinander verbunden sind und der Drain-Anschluß Dx,1 des Eingangstransistors TRCx,1 mit den Gate-Anschfüssen Gx,1 und Gx,2 in Verbindung ist und die Transistoren des Stromspiegels SPCref,j1. . .jn p-Kanal- und die Transistoren der Stromspiegel SPCaus,j1. . .jn n-Kanal-Transistoren sind. Wie bereits oben erwähnt ist auch hier ein Vertauschen der n- und p-Kanal stromspiegel möglich. Die Drain-Anschlüsse Dref,j1. . .jn,2 und Daus,j1. . .jn,1 der Transistoren sind elektrisch miteinander verbunden und der Verbindungspunkt der Drain-Anschlüsse Dref,j1. . .jn,2 und Daus,j1. . .jn,1 bildet den Eingang des Gewichtungsgliedes. Aus dem Drain-Anschluß Dref,j1. . .jn,1 des Transistors TRCj1. . .jn,1 der vorteilhaft dem oben genannten Referenztransistor TRref entspricht, fließt der elektrische Strom Iref. Dabei weist der Stromspiegel SPCref,j1. . .jn ein Verstärkungsverhältnis von 1 und der Stromspiegel SPCaus,j1. . .jn ein dem Gewichtungsfaktor des Gewichtungsgliedes proportionales Verstärkungsverhältnis GF11 . .1, . . 1, . ., m1 . m2 . .mn auf.It is also advantageous if the weighting elements C 11th . 1, . ., m1. m2. . mn each by two current mirrors SPC ref, j1. . . jn and SPC off, j1. . .jn are formed, a current mirror SPC x being formed from two MOS transistors TRC x, 1 and TRC x, 2 , the source connections S x, 1 and S x, 2 and the gate connections G x , 1 and G x, 2 of the two transistors TRC x, 1 and TRC x, 2 are connected to one another and the drain terminal D x, 1 of the input transistor TRC x, 1 with the gate connections G x, 1 and G x, 2 is connected and the transistors of the current mirror SPC ref, j1. . .jn p-channel and the transistors of the current mirror SPC out, j1. . .jn are n-channel transistors. As already mentioned above, swapping the n- and p-channel current mirrors is also possible here. The drain connections D ref, j1. . .jn, 2 and D off, j1. . .jn, 1 of the transistors are electrically connected to one another and the connection point of the drain connections D ref, j1. . .jn, 2 and D off, j1. . .jn, 1 forms the input of the weighting element . From the drain D ref, j1. . .jn, 1 of the transistor TRC j1. . .jn, 1, which advantageously corresponds to the above-mentioned reference transistor TR ref , the electric current I ref flows . The current mirror SPC ref, j1. . .jn an amplification ratio of 1 and the current mirror SPC off, j1. . .jn a gain ratio GF 11 proportional to the weighting factor of the weighting element . .1, . . 1, . ., m1. m2. .mn on.
In einer besonderen Ausführungsform haben die Gewichtungsglieder C1 . . ji . . 1, . ., m1 . .ji . . mn jeweils eine Anzahl von n-Kanal Eingangstransistoren, wobei die Anzahl der Eingangstransistoren der Anzahl der mit dem Gewichtungsglied verbundenen Rampengeneratoren R entspricht. Durch den Anschluß der parallel geschalteten Eingangstransistoren des Gewichtungsgliedes wird je nach Ausgangssignal der einzelnen Rampengeneratoren der aus dem Drain-Anschluß des Referenztransistors TRref,2 herausfließende Referenzstrom Iref auf die einzelnen Eingangstransistoren und den Ausgangstransistor TRaus,i aufgeteilt. Solange die Summe der durch die Eingangstransistoren fließenden Ströme kleiner als der Betrag des Referenzstromes Iref ist, fließt ein Reststrom durch den Ausgangstransistor TRaus,j1. . .jn,1. Dieser Reststrom wird mit dem Gewichtungsfaktor GFj1. . .jn des jeweiligen Gewichtungsgliedes verstärkt und liegt am Ausgang des Gewichtungsgliedes an.In a special embodiment, the weighting members have C 1. . ji. . 1, . ., m1. .ji. . mn each have a number of n-channel input transistors, the number of input transistors corresponding to the number of ramp generators R connected to the weighting element. By connecting the input transistors of the weighting element connected in parallel, depending on the output signal of the individual ramp generators, the reference current I ref flowing out of the drain terminal of the reference transistor TR ref, 2 is divided between the individual input transistors and the output transistor TR , i . As long as the sum of the currents flowing through the input transistors is smaller than the magnitude of the reference current I ref , a residual current flows out through the output transistor TR , j1. . .jn, 1 . This residual current is with the weighting factor GF j1. . .jn of the respective weighting element is reinforced and is applied to the output of the weighting element .
Besonders vorteilsmäßig ist es, wenn für sämtliche Stromspiegel SPref,i,ji und SPCref,j1. . .jn nur ein gemeinsamer Transistor TRref,1 eingesetzt wird, wodurch an allen Gate-Anschlüssen der Referenztransistoren TRref,i,ji,2 der Rampengeneratoren Ri,ji und TRCref,j1. . .jn,2 der Gewichtungsglieder Cj1. . .jn das gleiche Potential anliegt und der statistische Fehler der Schaltung des Übertragungsgliedes somit minimal wird.It is particularly advantageous if SP ref, i, ji and SPC ref, j1 for all current mirrors . . .jn only a common transistor TR ref, 1 is used, which means that at all gate connections of the reference transistors TR ref, i, ji, 2 of the ramp generators R i, ji and TRC ref, j1. . .jn, 2 of the weighting elements C j1. . .jn the same potential is present and the statistical error of the circuit of the transmission element is thus minimal.
Vorteilsmäßig wird durch das Gewichtungsglied G1 . . 1 . . 1 ein konstanter Ausgangsstrom erzeugt, der auf das Ausgangssignal des Übertragungsgliedes als Offset addiert wird. The weighting element G 1 is advantageous . . 1 . . 1 generates a constant output current, which is added to the output signal of the transmission element as an offset.
Weiterhin ergibt sich ein Vorteil, wenn zusätzlich zu dem Gewichtungsglied C1 . . 1 . . 1, das nur einen begrenzten Wertebereich aufweist, der dem Wertbereich der übrigen Gewichtungsglieder angepaßt ist, ein beliebiger konstanter Offset durch ein weiteres Funktionsglied einstellbar ist.There is also an advantage if, in addition to the weighting element C 1. . 1 . . 1 , which has only a limited range of values, which is adapted to the range of values of the other weighting elements, any constant offset can be set by a further functional element.
Zur Einstellung der jeweiligen Verstärkungsverhältnisse der in den Rampengeneratoren und Gewichtungsgliedern verwendeten Stromspiegel können zu jedem Ausgangstransistor TRaus,j1. . .jn,2 der Stromspiegel SPx und/oder SPCx der Gewichtungsglieder C1 . . ji . . 1, . ., m1 . . ji . . mn und der Rampengeneratoren Ri,ji bzw. zu den Eingangstransistoren der Gewichtungsglieder mehrere Transistoren des gleichen Typs parallel geschaltet werden, so daß das Verstärkungsverhältnis des jeweiligen Stromspiegels einstellbar ist. Dabei sind jeweils Drain-, Gate- und Source-Anschlüsse miteinander in elektrischer Verbindung.To set the respective amplification ratios of the current mirrors used in the ramp generators and weighting elements, for each output transistor TR from, j1. . .jn, 2 the current mirror SP x and / or SPC x of the weighting elements C 1. . ji. . 1, . ., m1. . ji. . mn and the ramp generators R i, ji or to the input transistors of the weighting elements, a plurality of transistors of the same type are connected in parallel, so that the amplification ratio of the respective current mirror can be set. The drain, gate and source connections are in electrical connection with one another.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind die zusätzlich parallel geschalteten Transistoren in Gruppen von einem Vielfachen von zwei zusammengefaßt, wobei jeweils die Drain-, Gate- und Source-Anschlüsse der Transistoren einer Gruppe miteinander in elektrischer Verbindung sind und der Verbindungspunkt der Drain-Anschlüsse der zusätzlichen Transistoren jeweils einer Gruppe mit dem einen Kontakt oder Anschluß eines Schaltelementes in Verbindung ist und der andere Kontakt oder Anschluß des Schaltelementes mit dem Drain-An schluß des Ausgangstransistors TRaus,2 in Verbindung ist. Die Schaltelemente sind elektronische Schalter, insbesondere Transistoren oder Relais und mittels einer elektronischen Steuerung ansteuerbar. Hierdurch wird vorteilsmäßig erreicht, daß die Einstellung der Stromspiegelgewichte bzw. Verstärkungsfaktoren Ai,ji, Bi,ji und Cj1. . .jn beliebig einstellbar bzw. programmierbar ist, wobei durch die Verwendung von z. B. 7 oder 15 parallel geschalteten Eingangstransistoren in Gruppen zu 1, 2, 4 und 8 Transistoren der Ausgangsstrom z. B. eines Gewichtungsgliedes Werte zwischen 0 und 15 mal Iref annehmen kann. Sinnvolle Werte für die Auflösung der Stromspiegelgewichte bzw. Verstärkungen liegen je nach Anzahl der Stützstellen und Verlauf des Kennfeldes bei 3-4 Bit, wobei ein Bit durch eine Gruppe realisiert ist.In a likewise preferred embodiment, the transistors additionally connected in parallel are combined in groups of a multiple of two, the drain, gate and source connections of the transistors in a group being in electrical connection with one another and the connection point of the drain connections of the additional ones Transistors in each group with one contact or connection of a switching element is in connection and the other contact or connection of the switching element with the drain connection of the output transistor TR from, 2 is in connection. The switching elements are electronic switches, in particular transistors or relays, and can be controlled by means of an electronic control. This advantageously ensures that the setting of the current mirror weights or amplification factors A i, ji , B i, ji and C j1. . .jn is arbitrarily adjustable or programmable, with the use of z. B. 7 or 15 parallel connected input transistors in groups of 1, 2, 4 and 8 transistors of the output current z. B. a weighting element can assume values between 0 and 15 times I ref . Useful values for the resolution of the current mirror weights or reinforcements are 3-4 bits depending on the number of support points and the course of the map, one bit being realized by a group.
Um das vorgegebene Ausgangskennfeld möglichst gut zu approximieren ist es von Vorteil, wenn die Invertierung der anliegenden Eingangsgrößen mit einem Inverter möglich ist. Dadurch kann die Orientierung des Kennfeldes zu den Funktionsgeneratoren und den Gewichtungsgliedern optimal angepaßt werden.To the given output map as well as possible it is advantageous if the inversion of the input variables with an inverter is possible. This enables the map to be oriented to the Function generators and the weighting elements optimal be adjusted.
Nachfolgend wird anhand von möglichen Ausführungsformen die Erfindung näher erläutert.The following is based on possible embodiments Invention explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines Fuzzy-Reglers. Fig. 1 is a block diagram of a fuzzy controller.
Fig. 2 Ein berechnetes Ausgangskennfeld eines Fuzzy-Reglers. Fig. 2 is a calculated output map of a fuzzy controller.
Fig. 3a Eine Verteilung von Stützstellen in der x-y-Ebene. Fig. 3a A distribution of support points in the xy plane.
Fig. 3b Eine mögliche Zerlegung der x-y-Ebene in Dreiecke. Fig. 3b A possible decomposition of the xy plane into triangles.
Fig. 4 Blockschaltbild eines Übertragungsgliedes. Fig. 4 block diagram of a transmission element.
Fig. 5 Aufbau eines einfachen Stromspiegels Fig. 5 structure of a simple current mirror
Fig. 6 Aufbau eines Rampengenerators. Fig. 6 Structure of a ramp generator.
Fig. 7 Ausgangsfunktionen von Rampengeneratoren. Fig. 7 output functions of ramp generators.
Fig. 8 Ein Schaltbild von zwei an ein Gewichtungsglied angeschlossenen Rampengeneratoren. Fig. 8 is a circuit diagram of two ramp generators connected to a weighting element.
Fig. 9 Einen programmierbaren Stromspiegel. Fig. 9 A programmable current mirror.
Fig. 10 Aufbau eines Differenzstromspiegels. Fig. 10 Structure of a differential current mirror .
Im Bereich der Regelungstechnik hat sich darin Fig. 1 gezeigte Aufbau für einen Fuzzy-Regler durchgesetzt. Diese Architektur, bestehend aus Fuzzifizierer, Inferenzblock zur Regelabarbeitung und Defuzzifizierer ist hinlänglich bekannt. Mittels der definierten Eingangsfunktionen, der aufgestellten Regeln des Fuzzy-Reglers und der Defuzzifiziermethoden ist das Ausgangskennlinienfeld, wie in Fig. 2 dargestellt, eindeutig bestimmt. Zu jedem Wertepaar x₁ und x₂ wird der Ausgangsgröße y = f(x₁,x₂) durch das Kennfeld genau ein Wert zugeordnet. Die Fuzzifizier-, Inferenz- und Defuzzifizierblöcke können somit durch das ermittelte Ausgangskennlinienfeld ersetzt werden. Das Übertragungsglied bildet mit der gespeicherten Übertragungsfunktion den Eingangsvektor auf den Ausgangsvektor ab.In the area of control technology, the structure shown in FIG. 1 for a fuzzy controller has prevailed. This architecture, consisting of fuzzifier, inference block for rule processing and defuzzifier, is well known. The output characteristic field, as shown in FIG. 2, is uniquely determined by means of the defined input functions, the established rules of the fuzzy controller and the defuzzification methods. For each pair of values x₁ and x₂, the output quantity y = f (x₁, x₂) is assigned exactly one value by the characteristic diagram. The fuzzification, inference and defuzzification blocks can thus be replaced by the determined output characteristic field. With the stored transfer function, the transfer element maps the input vector to the output vector.
Fig. 3a zeigt als Beispiel für ein Übertragungsglied mit zwei Eingängen einen Variablengrundbereich, der durch die beiden Eingangsgrößen x₁ und x₂ aufgespannt wird. Dabei werden die Wertebereiche der Eingangsgrößen x₁ und x₂, die an den Eingängen des Übertragungsgliedes anliegen, mittels Stützstellen in Intervalle beliebiger Größe unterteilt. Hierdurch ergibt sich eine Gitterstruktur aus m₁ vertikalen und m₂ horizontalen Linien. Dabei bilden vier Stützstellen jeweils die Eckpunkte eines Rechtecks. Um eine lineare Interpolation durch Ebenen zu erreichen, werden, wie in Fig. 3b dargestellt, die Rechtecke in je zwei Dreiecke zerlegt. Ähnliche Zerlegungsmethoden finden auch in der Mechanik bei der Berechnung mit Finiten Elementen Anwendung. Die Schnittgeraden für die Unterteilung der Rechtecke müssen dabei alle in gleicher Richtung verlaufen. Diese Aufteilung der Gesamtfläche bewirkt, daß in der angestrebten Umsetzung in eine Analogschaltung nur jedes zweite Dreieck realisiert werden muß. Im folgenden wird das Rechteck betrachtet, in dem das schraffiert eingezeichnete Dreieck Ej1j2 liegt. Die Steigung des Dreiecks 2 ist in x₁- und x₂-Richtung durch die Steigung der Dreiecke 1 und 3 festgelegt. Die schraffierte Hälfte des Rechtecks bestimmt die Steigung der Dreiecke 4 in x₁-Richtung und 5 in x₂-Richtung. Demnach werden in diesem Beispiel nur die Dreiecke realisiert, deren rechter Winkel rechts oben liegt. Fig. 3a shows an example of a transmission element with two inputs, a basic variable area, which is spanned by the two input variables x₁ and x₂. The value ranges of the input variables x₁ and x₂, which are applied to the inputs of the transmission element, are divided into intervals of any size by means of support points. This results in a lattice structure of m₁ vertical and m₂ horizontal lines. Four support points form the corner points of a rectangle. In order to achieve linear interpolation through planes, the rectangles are broken down into two triangles, as shown in FIG. 3b. Similar decomposition methods are also used in mechanics when calculating with finite elements. The intersection lines for dividing the rectangles must all run in the same direction. This division of the total area means that only every second triangle has to be realized in the desired conversion into an analog circuit. The rectangle in which the hatched triangle E j1j2 lies is considered below . The slope of the triangle 2 is determined in the x₁ and x₂ direction by the slope of the triangles 1 and 3 . The hatched half of the rectangle determines the slope of the triangles 4 in the x 1 direction and 5 in the x 2 direction. Accordingly, in this example only the triangles are realized, the right angle of which is at the top right.
Diese Zuordnung ist willkürlich und kann entsprechend so geändert werden, daß alle Dreiecke mit dem rechten Winkel links unten ausgewählt werden. Entsprechend kann auch jeweils die nicht eingezeichnete Diagonale als Schnittgerade durch die Rechtecke zugrunde gelegt werden. Jedes Dreieck spannt eine Ebene auf, die durch die Eckpunkte des Dreiecks eindeutig bestimmt ist. Für das schraffierte Dreieck sind die begrenzenden Geraden in Fig. 3b fett eingezeichnet. Außerhalb dieses Bereichs soll für den Verlauf des Ebenenstücks Ej1j2 geltenThis assignment is arbitrary and can be changed accordingly so that all triangles with the right angle at the bottom left are selected. Correspondingly, the diagonal (not shown) can also be used as the intersection line through the rectangles. Each triangle spans a plane that is clearly determined by the corner points of the triangle. For the hatched triangle, the delimiting straight lines are drawn in bold in FIG. 3b. Outside this area, the following should apply to the course of the level piece E j1j2
Die Werte x1,j1 und x2,j2 bezeichnen die j₁-te bzw. j₂-te-Stützstelle in x₁- und x₂-Richtung. Durch diese Bedingungen wird der "aktive" Bereich jedes Ebenenstücks auf ein Dreieck eingestellt und eine sequentielle Approximation der Ebenen an eine gegebene Funktion ermöglicht.The values x 1, j1 and x 2, j2 denote the j₁-th or j₂-th support point in the x₁- and x₂-direction. These conditions set the "active" area of each section of the plane to a triangle and allow the planes to be approximated sequentially to a given function.
Die genannten Forderungen lassen sich für m₁×m₂ Stützstellen auf den Eingangsintervallen x₁ ∈ [x1,1, x1,m1] und x₂ ∈ [x2,1, x2,m2] durch folgendes mathematisches Kalkül erfüllen:The above requirements can be met for m₁ × m₂ nodes on the input intervals x₁ ∈ [x 1.1 , x 1, m1 ] and x₂ ∈ [x 2.1 , x 2, m2 ] using the following mathematical calculation:
Die Ausgangsfunktion g(x₁, x₂) berechnet sich nach Gleichung 2 aus der Summe aller Teilbeträge der einzelnen Ebenen Ej1j2. Die Begrenzung der Ebenen auf einen dreieckigen Teilbereich wird durch die Maximumfunktion in den Gleichungen 3, 6 und 7 erreicht. Der Wert, der aus den Maximumoperationen resultiert, liegt zwischen 0 und 1.The output function g (x₁, x₂) is calculated according to equation 2 from the sum of all partial amounts of the individual levels E j1j2 . The limitation of the levels to a triangular partial area is achieved by the maximum function in equations 3, 6 and 7. The value resulting from the maximum operations is between 0 and 1.
Für die vorgeschlagene Approximationsmethode werden (m₁-1)×(m₂-1) Ebenen Ej1j2 benötigt. Zusätzlich zu den Ebenen muß jedoch die Randkontur des Kennfeldes auf den Achsen vorgegeben werden. Dies wird durch m₁+m₂-1 zusätzliche Beiträge erreicht, bei denen jeweils nur eine Eingangsvariable aktiv ist. Entlang der x₂-Achse ist gemäß Gleichung 4 u₀(x₁) = 0, und entlang der x₁-Achse ist entsprechend Gleichung 5 v₀(x₂) = 0. An der Stützstelle x1,1, x2,1 ergibt sich ein konstanter Funktionswert, der mit dem Parameter C₁₁ eingestellt ist. Insgesamt ergeben sich m₁ mal m₂ Beiträge zur gesamten Approximationsfunktion, die von entsprechend vielen Funktionseinheiten realisiert werden müssen. Zur Vereinfachung der Schaltungsarchitektur ist es sinnvoll, alle Einheiten gleichartig auszuführen, auch wenn die Zellen für die Randkontur keine Ebenen, sondern Geraden realisieren und der Anteil von C₁₁ unabhängig von den Eingangsvariablen ist.For the proposed approximation method (m₁-1) × (m₂-1) planes E j1j2 are required. In addition to the levels, however, the edge contour of the map on the axes must be specified. This is achieved by m₁ + m₂-1 additional contributions, in each of which only one input variable is active. Along the x₂ axis, according to equation 4 u₀ (x₁) = 0, and along the x₁ axis, according to equation 5 v₀ (x₂) = 0. At the reference point x 1.1 , x 2.1 , there is a constant function value , which is set with the parameter C₁₁. Overall, there are m₁ times m₂ contributions to the entire approximation function, which must be implemented by a corresponding number of functional units. To simplify the circuit architecture, it makes sense to design all units in the same way, even if the cells for the edge contour do not implement levels but straight lines and the proportion of C₁₁ is independent of the input variables.
Jede Zelle hat nur einen freien Parameter Cj1j2, der die Steigung der Ebene angibt. Dadurch ist der Schaltungsaufwand für jeden einzelnen Schaltungsblock minimal. Zusätzlich zu den Ebenenzellen werden m₁-1 Rampengeneratoren für die x₁-Richtung und m₂-1 Rampengeneratoren für die x₂-Richtung benötigt, die den Wirkungsbereich der Teilbeträge entsprechend den Gleichungen 6 und 7 einschränken.Each cell has only one free parameter C j1j2 , which indicates the slope of the plane. As a result, the circuit outlay for each individual circuit block is minimal. In addition to the plane cells m₁-1 ramp generators for the x₁ direction and m₂-1 ramp generators for the x₂ direction are required, which restrict the effective range of the partial amounts according to equations 6 and 7.
Die aus diesen Überlegungen resultierende Schaltungsstruktur wird nachfolgend erläutert. Der höchste Ausgangspegel der Teilfunktion ist unabhängig von der Lage der Stützstellen, da der Anstieg in x₁- und x₂-Richtung begrenzt ist. Der maximale Beitrag einer Ebene zur Ausgangsfunktion hängt somit ausschließlich vom gewählten Parameter Cj1j2 ab. The circuit structure resulting from these considerations is explained below. The highest output level of the subfunction is independent of the location of the support points, since the increase in the x₁- and x₂-direction is limited. The maximum contribution of a level to the output function therefore depends exclusively on the selected parameter C j1j2 .
Die Genauigkeit der Approximation wird durch die Anzahl der Ebenen bestimmt. Mathematisch wird die Näherung für eine große Anzahl von Ebenen beliebig genau. Aus Sicht der Schaltungstechnik ist die Anzahl der Ebenen einerseits durch den Schaltungsaufwand bzw. bei einer integrierten Lösung die Chipfläche und andererseits durch Rechenfehler aufgrund statistischer Prozeßschwankungen begrenzt. Der Gewinn an systematischer Genauigkeit durch eine größere Anzahl von Ebenen wird dann durch eine geringere Reproduktionsgüte relativiert. Eine Sinnvolle Feldgröße liegt je nach zu approximierendem Kennfeld zwischen 16 und 81 Ebenen bzw. Gewichtungsgliedern bei 2 Eingangsgrößen.The accuracy of the approximation is determined by the number of Levels determined. Mathematically, the approximation is great Number of levels as exact as you want. From the perspective of Circuitry is based on the number of levels on the one hand the circuit effort or, in the case of an integrated solution, the Chip area and on the other hand due to calculation errors statistical process fluctuations limited. The profit at systematic accuracy through a larger number of levels is then relativized by a lower quality of reproduction. A reasonable field size depends on the one to be approximated Map between 16 and 81 levels or weighting elements at 2 input variables.
Die Anpassung der Ebenen an ein vorgegebenes Kennfeld kann im einfachsten Fall über eine iterative Berechnung erfolgen, wenn die Stützstellenverteilung bekannt ist. Dies kann beispielsweise eine äquidistante Aufteilung der Stützstellen sein. Damit sind die Rampenfunktionen festgelegt. Die Ebenensteigungen können dann so bestimmt werden, daß jeweils die Werte der Ebenen mit den Funktionswerten F(x₁, x₂) der approximierenden Funktion an den Stützstellen übereinstimmen. Die Berechnung der Steigung beginnt mit dem Wert C₁₁ und erfolgt dann zeilen- oder spaltenweise nach dem folgenden Schema:The adjustment of the levels to a given map can be done in simplest case can be done using an iterative calculation if the base distribution is known. This can for example, an equidistant division of the support points be. This defines the ramp functions. The Level slopes can then be determined so that each the values of the levels with the function values F (x₁, x₂) of approximate function at the support points. The calculation of the slope begins with the value C₁₁ and is then done line by line or column by line after the following Scheme:
C1,1 = f(1,1)
Cj1,1 = f(j₁,1)-f(j₁-1,1) für j₁ = 2, . . ., m₁
C1,j2 = f(1, j₂)-f(1,j₂-1) für j₂ = 2, . . ., m₁
Cj1,j2 = f(j₁,j₂)-f(j₁-1, j₂)-f(j₁, j₂-1)-f(j₁-1, j₂-1)C 1.1 = f (1.1)
C j1.1 = f (j₁, 1) -f (j₁-1.1) for j₁ = 2,. . ., m₁
C 1, j2 = f (1, j₂) -f (1, j₂-1) for j₂ = 2,. . ., m₁
C j1, j2 = f (j₁, j₂) -f (j₁-1, j₂) -f (j₁, j₂-1) -f (j₁-1, j₂-1)
Die anhand der Fig. 1 bis 4 dargelegte Arithmetik führt zu einer Schaltungsstruktur in Stromtechnik, die sich aufgrund ihrer Regularität für eine programmierbare Analogschaltung eignet und somit universell für verschiedene Problemstellungen einsetzbar ist.The arithmetic described with reference to FIGS. 1 to 4 leads to a circuit structure in electrical engineering which, due to its regularity, is suitable for a programmable analog circuit and can therefore be used universally for various problems.
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines Übertragungsgliedes mit m₁ = m₂ = 7, also 49 Stützstellen. Da die Anzahl der zu realisierenden Gewichtungsglieder der Anzahl der Stützstellen entspricht, müssen in diesem Beispiel demnach 49 Zellen bereitgestellt werden. Die Anzahl der Rampengeneratoren beträgt (m₁-1)+(m₂-1) also 12. Die untere Randzeile der Koeffizienten Cj1 und die linke Randspalte mit den Faktoren C1j stellen Geraden dar, und der Wert C₁₁ermöglicht die Einstellung eines konstanten Offsets. Die Summation aller Einzelebenen nach Gleichung 2 erfolgt in der Schaltung durch Addition aller Teilströme im Ausgangsknoten. Fig. 4 shows the block diagram of a transmission element with m₁ = m₂ = 7, ie 49 support points. Since the number of weighting elements to be implemented corresponds to the number of support points, 49 cells must be provided in this example. The number of ramp generators is (m₁-1) + (m₂-1) so 12. The lower margin of the coefficients C j1 and the left margin column with the factors C 1j represent straight lines, and the value C₁₁ allows the setting of a constant offset. The summation of all individual levels according to equation 2 is carried out in the circuit by adding all the partial currents in the output node.
Die Rampengeneratoren müssen dabei den funktionalen Zusammenhang der Gleichungen 6 und 7 umsetzen.The ramp generators must be functional Implement the relationship between equations 6 and 7.
Fig. 5 zeigt die Realisierung eines einfachen Stromspiegels in MOS-Schaltungstechnik, der das Basiselement eines vorteilhaften schaltungstechnischen Aufbaus der beschriebenen Approximationsmethode in Stromtechnik bildet. Dieser Stromspiegel kann entsprechend den aus der Literatur bekannten und weiteren denkbaren Alternativen in seinen schaltungstechnischen Eigenschaften durch zusätzliche Transistoren verbessert werden. Der Übertragungsbereich eines solchen Stromspiegels liegt zwischen 0 und einem Maximalwert, der durch die Dimensionierung der MOS-Transistoren mittels W₁/L₁ und W₂/L₂ bestimmt ist. FIG. 5 shows the implementation of a simple current mirror in MOS circuit technology, which forms the basic element of an advantageous circuit design of the approximation method described in current technology. This current mirror can be improved in its circuit properties by additional transistors in accordance with the alternatives known from the literature and other conceivable alternatives. The transmission range of such a current mirror is between 0 and a maximum value which is determined by the dimensioning of the MOS transistors by means of W 1 / L 1 and W 2 / L 2.
Fig. 6 stellt das Schaltungsprinzip für die Erzeugung einer Rampenfunktion, bestehend aus drei Stromspiegeln, dar. Der Ausgangstransistor TRRampe,i,ji,2 ist dabei der Eingangstransistor einer Gewichtungszelle und ist hier zusätzlich dargestellt, um die Eingangsfunktion einer Gewichtungszelle berechnen zu können. Im Gesamtkonzept sind mehrere Transistoren zu TRRampe,i,ji,2 parallel geschaltet. Fig. 6 illustrates the circuit principle for the generation of a ramp function, consisting of three current mirrors. The output transistor TR ramp, i, ji, 2 is the input transistor of a weighting cell and is additionally shown here to the input function of a weighting cell charge to. In the overall concept, several transistors are connected in parallel to TR ramp, i, ji, 2 .
Der Rampengenerator setzt sich aus den drei Stromspiegeln SPref,i,ji, SPein,i,ji und SPRampe,i,ji zusammen. Dabei sind die Transistoren des Stromspiegels SPref,i,ji vom p-Kanal-Typ, und die Transistoren der Stromspiegel SPein,i,ji und SPRampe,i,ji vom n-Kanal-Typ. Aus dem Drain-Anschluß des Stromspiegeltransistors TRref,i,ji,2 fließt, bedingt durch das Verstärkungsverhältnis Bi,ji der Strom Bi,ji×Iref. Dieser Strom teilt sich auf die Transistoren TRein,i,ji,2 und TRRampe,i,ji,1 auf, wobei durch den Transistor TRein,i,ji,2 stets der Strom Iein,i fließt. Bedingt durch das Verstärkungsverhältnis 1/Ai,ji des Ausgangsstromspiegels SPRampe,i,ji fließt durch den Stromspiegeltransistor TRRampe,i,ji,2 der Strom IRampe,i,ji = (1/Ai,ji) (Bi,ji×Iref-Iein,i). Da der Strom durch den Transistor TRRampe,i,ji,2 nicht negativ werden kann, folgt der Ausgangsstrom IRampe,i,ji der Maximumfunktion max{0; (1/Ai,ji) (Bi,ji×Iref-Iein,i)}.The ramp generator is composed of the three current mirrors SP ref, i, ji , SP , i, ji and SP ramp, i, ji . The transistors of the current mirror SP ref, i, ji are of the p-channel type, and the transistors of the current mirror SP a, i, ji and SP ramp, i, ji of the n-channel type. The current B i, ji × I ref flows from the drain terminal of the current mirror transistor TR ref, i, ji, 2 due to the amplification ratio B i, ji . This current is divided into transistors TR , i, ji, 2 and TR ramp, i, ji, 1 , current I always flowing through transistor TR ein , i, ji, 2 , i . Due to the amplification ratio 1 / A i, ji of the output current mirror SP ramp, i, ji , the current I ramp flows through the current mirror transistor TR ramp, i, ji, 2 , i, ji = (1 / A i, ji ) (B i , ji × I ref -I a, i ). Since the current through the transistor TR ramp, i, ji, 2 cannot become negative, the output current I ramp, i, ji follows the maximum function max {0; (1 / A i, ji ) (B i, ji × I ref -I a, i )}.
Der in den Fig. 6 und 7 bezeichnete Eingangsstrom Iein,i repräsentiert die Eingangsvariable xi, d. h. x₁ bzw. x₂ der Fig. 3a und 3b. Ai,ji entspricht der Steigung der Rampe I,ji und Bi,ji x Iref gibt ihren Endpunkt an. Wie aus Fig. 7 deutlich wird, ist die Rampe i,ji für Eingangswerte xi < xi,ji-1 bzw. Iein,i < Bi,ji-1×Iref nicht begrenzt. In diesem Bereich darf nur die vorherige Funktion i,ji-1 aktiv sein. Die Justierung des Stützstellengitters kann flexibel über die Stromspiegelgewichte bzw. Verstärkungsfaktoren Ai,ji und Bi,ji eingestellt werden. Die beiden Parameter sind voneinander entkoppelt und ermöglichen die Wahl der Rampensteigung und des Wirkungsbereiches,The input current I designated in FIGS. 6 and 7 , i represents the input variable x i , ie x₁ and x₂ of FIGS . 3a and 3b. A i, ji corresponds to the slope of the ramp I, j i and B i, ji x I ref indicates their end point. As is clear from FIG. 7, the ramp i, j i for input values x i <x i, ji-1 or I in , i <B i, ji-1 × I ref is not limited. Only the previous function i, j i -1 may be active in this area. The adjustment of the grid point can be adjusted flexibly via the current mirror weights or gain factors A i, ji and B i, ji . The two parameters are decoupled from each other and allow the choice of the ramp slope and the effective range,
Fig. 8 zeigt die schaltungstechnische Verknüpfung jeweils eines Rampengenerators einer Eingangsgröße mit einem Gewichtungsglied. Für alle Rampengeneratoren sowie das Gewichtungsglied ist nur ein Referenztransistor TRref vorgesehen, dessen Gate- und Drain-Anschluß mit den Gate-Anschlüssen der Referenztransistoren TRref,i,ji,2 der Rampengeneratoren und TRref der Gewichtungsglieder verbunden ist. Das Verstärkungsverhältnis der so gebildeten Stromspiegel ist jeweils einzeln für die Rampengeneratoren Ri,ji und Gewichtungsglieder Cj1j2 einstellbar. Das Verstärkungsverhältnis des Stromspiegels SPCref der Gewichtungsglieder ist dabei I, wodurch aus dem Drain-Anschluß des Transistors TRref der Gewichtungsglieder Cj1j2 der Strom Iref fließt. Dieser Strom Iref teilt sich auf die Eingangstransistoren TRRampe,1,j1,2 und TRRampe,2,j2,2 sowie den Ausgangstransistor TRaus,j1,j2,1 des Gewichtungsgliedes Cj1j2 auf. FIG. 8 shows the circuitry combination of a ramp generator of an input variable with a weighting element. For all ramp generators and the weighting element, only one reference transistor TR ref is provided, the gate and drain connection of which are connected to the gate connections of the reference transistors TR ref, i, ji, 2 of the ramp generators and TR ref of the weighting elements. The amplification ratio of the current mirrors thus formed can be set individually for the ramp generators R i, ji and weighting elements C j1j2 . The amplification ratio of the current mirror SPC ref of the weighting elements is I, as a result of which the current I ref flows from the drain terminal of the transistor TR ref of the weighting elements C j1j2 . This current I ref is divided between the input transistors TR ramp, 1, j1.2 and TR ramp, 2, j2.2 and the output transistor TR , j1, j2.1 of the weighting element C j1j2 .
Da die Ausgangsströme der Rampengeneratoren IRampe,1,j1 und IRampe,2,j2 durch die Eingangstransistoren TRRampe,1,j1,2 und TRRampe,2,j2,2 durch die an den Eingangstransistoren des Gewichtungsgliedes anliegenden Potentiale bestimmt sind, fließt durch den Ausgangstransistor TRaus,j1,j2,1 der Strom Iref-IRampe,1,j1-IRampe,2,j2. Dieser Strom wird durch den Ausgangsstromspiegel des Gewichtungsgliedes mit dem Faktor Cj1j2 verstärkt. Bedingt durch die MOS-Transistoren kann der Ausgangsstrom nicht negativ werden. Mittels eines elektronischen Schalters kann der Ausgangsstrom Iaus,j1,j2 auf eine Addierschiene Iadd oder eine Subtrahierschiene Isub aufgeprägt werden. Der Ausgangsstrom eines Gewichtungsgliedes liegt somit in dem Bereich von 0 bis Iref mal Cj1j2.Since the output currents of the ramp generators I ramp, 1, j1 and I ramp, 2, j2 are determined by the input transistors TR ramp, 1, j1.2 and TR ramp, 2, j2.2 by the potentials present at the input transistors of the weighting element , flows through the output transistor TR , j1, j2,1 the current I ref -I ramp, 1, j1 -I ramp, 2, j2 . This current is amplified by the output current mirror of the weighting element with the factor C j1j2 . Due to the MOS transistors, the output current cannot become negative. The output current I out, j1, j2 can be impressed on an adder rail I add or a subtractor rail I sub by means of an electronic switch. The output current of a weighting element is therefore in the range from 0 to I ref times C j1j2 .
Die dem oben beschriebenen Schaltungsprinzip zugrundeliegende Approximationsmethode erfordert eine Unterteilung des Variablengrundbereichs in Dreiecke. Die Schnittgeraden für die Unterteilung sind in Fig. 3b zunächst willkürlich von links oben nach rechts unten gewählt worden. Dadurch ergibt sich eine Asymmetrie des Kennfeldes. Für manche Funktionen wird die Approximation günstiger, wenn die von links unten nach rechts oben verlaufenden Diagonalen ausgewählt werden. Ein Austausch der Diagonalen entspricht der Spiegelung einer Variablenachse um ihren Mittelpunkt, oder schaltungstechnisch gesehen, der Invertierung einer Eingangsgröße.The approximation method underlying the circuit principle described above requires the basic variable range to be divided into triangles. The lines of intersection for the subdivision were initially selected arbitrarily from top left to bottom right in FIG. 3b. This results in an asymmetry of the map. For some functions, the approximation becomes cheaper if the diagonals running from the bottom left to the top right are selected. An exchange of the diagonals corresponds to the mirroring of a variable axis around its center, or in terms of circuit technology, the inversion of an input variable.
Um eine möglichst reguläre Netzwerkstruktur zu erzielen, sollten alle Gewichtungszellen identisch sein. Der Offset des gesamten Kennfeldes wird über das Gewichtungsglied C₁₁ eingestellt. Für Kennfelder, die einen großen Funktionswert F(1,1) aufweisen, reicht der über das Gewichtungsglied C₁₁ einstellbare Wert nicht immer aus, da die Stromspiegelfaktoren der einzelnen Module in ihren Werten begrenzt sind. Deshalb ist es sinnvoll, einen zusätzlichen konstanten Strom in den Ausgangsknoten einzuspeisen, wenn der Funktionsverlauf dies erfordert.In order to achieve a network structure that is as regular as possible, all weight cells should be identical. The offset of the entire map is over the weighting member C₁₁ set. For maps that have a large functional value F (1.1) have, extends over the weighting element C₁₁ adjustable value is not always off because of the current mirror factors of the individual modules are limited in their values. Therefore it makes sense to add an additional constant current in the Feed in output nodes if the functional history so required.
Für die Umsetzung eines gewünschten Kennfeldes in ein mehrdimensionales Funktionsnetzwerk muß zunächst die Anzahl der Stützstellen festgelegt werden. Der charakteristische Verlauf des Kennfeldes wird dann durch die Stromspiegelgewichte bzw. Verstärkungsfaktoren Ai,ji und Bi,ji für die Rampengeneratoren und Cj1j2. . .jn für die Ebenensteigungen eingestellt. Prinzipiell ist es möglich, für eine spezifische Lösung ein Layout zu erstellen, das genau ein Kennfeld realisiert. Der Aufbau des Konzeptes aus einer matrixförmigen Anordnung aus Zellen eignet sich jedoch für eine universelle Netzstruktur, die für verschiedene Anwendungen programmierbar ist.For the implementation of a desired map in a multi-dimensional functional network, the number of support points must first be determined. The characteristic course of the map is then determined by the current mirror weights or amplification factors A i, ji and B i, ji for the ramp generators and C j1j2. . .jn set for the level slopes . In principle, it is possible to create a layout for a specific solution that realizes exactly one map. The construction of the concept from a matrix-like arrangement of cells is, however, suitable for a universal network structure that can be programmed for various applications.
Dazu werden alle Gewichtungsglieder Cj1j2 jn identisch dimensioniert und mit programmierbaren Stromspiegeln versehen, wie in Fig. 9 dargestellt. Die aus parallel geschalteten Einheitstransistoren aufgebauten Stromspiegel werden in binär gewichteten Gruppen zusammengefaßt, um den Programmieraufwand für die Schaltung geringzuhalten. Für einen Stromspiegel, der mit 3 Bit programmierbar ist, werden 7 parallele Basistransistoren in Gruppen zu 1, 2 und 4 Transistoren angeordnet. Der Ausgangsstrom kann damit Werte zwischen 0 und 7×(Iref-IRampe,1,j1-IRampe,2,j2) annehmen. Sinnvolle Werte für die Auflösung der Stromspiegelgewichte liegen je nach Anzahl der Stützstellen und dem Verlauf des Kennfeldes bei 3 bis 4 Bit. Ein weiteres Bit muß für den Ausgangsschalter jeder Zelle vorgesehen werden, wenn die Auswahl einer positiven oder negativen Ebene Steigung zuläßt.For this purpose, all weighting elements C j1j2 jn are dimensioned identically and provided with programmable current mirrors, as shown in FIG. 9. The current mirrors made up of unit transistors connected in parallel are combined in binary-weighted groups in order to keep the programming effort for the circuit low. For a current mirror that is programmable with 3 bits, 7 parallel base transistors are arranged in groups of 1, 2 and 4 transistors. The output current can therefore assume values between 0 and 7 × (I ref -I ramp, 1, j1 -I ramp, 2, j2 ). Useful values for the resolution of the current mirror weights are 3 to 4 bits depending on the number of support points and the course of the map. A further bit must be provided for the output switch of each cell if the selection of a positive or negative level permits inclination.
In den Rampengeneratoren, die alle gleich aufgebaut werden, müssen 2 Stromspiegel programmierbar sein: Ein Stromspiegel für die Einstellung der Rampensteigung und einer für die Verschiebung des Endpunktes jeder Rampe. Um eine genügend feine Verschiebung der Stützstellen zu ermöglichen, ist es sinnvoll, die Auflösung der Stromspiegelgewichte in den Rampengeneratoren etwas größer als in den Gewichtungsgliedern auszulegen. Richtwerte für diese Stromspiegel liegen bei 4 bis 6 Bit pro Stromspiegel.In the ramp generators, which are all built the same way, 2 current mirrors must be programmable: One current mirror for setting the ramp slope and one for the Shift the end point of each ramp. To a sufficiently fine one To enable shifting of the support points, it makes sense the resolution of the current mirror weights in the ramp generators to be interpreted somewhat larger than in the weighting elements. Guide values for these current mirrors are 4 to 6 bits per Current mirror.
Zusätzlich zu den bisher genannten Programmiermöglichkeiten sollten für eine universelle Schaltung ein programmierbarer Offsetstrom und pro Eingang ein zuschaltbarer Inverter vorhanden sein.In addition to the programming options mentioned above should be programmable for a universal circuit Offset current and one switchable inverter per input to be available.
Eine wichtige Eigenschaft des Schaltungskonzepts ist, daß die Programmierung in diskreten Stufen erfolgt, die Signalverarbeitung aber dennoch vollständig analog ist. Die digitale Programmierung hat den Vorteil, daß kein manueller Abgleich für die Einstellung eines bestimmten Kennfeldes erforderlich ist.An important property of the circuit concept is that the Programming is done in discrete steps Signal processing but is still completely analog. The Digital programming has the advantage that no manual Adjustment for the setting of a specific map is required.
Ein ebenfalls vorteilhafter Aufbau des Übertragungsgliedes ergibt sich, wenn anstatt der zuvor beschriebenen Unsymmetrischen Stromspiegel nach Fig. 5 Stromspiegel mit einem symmetrischen Übertragungsbereich gemäß Fig. 10 eingesetzt werden. Der zuvor beschriebene Schaltungsaufbau läßt sich sinngemäß auch mit dem in Fig. 10 gezeigten Differenzstromspiegel realisieren. Der Vorteil von Differenzstromspiegeln liegt zum einen in dem für viele Analoganwendungen symmetrischen Signalwertebereich und zum anderen in den prinzipbedingt geringeren Einflußwirkungen durch die Versorgungsspannung und andere Störeffekte auf das Stromübertragungsverhalten. Der Stromspiegelfaktor ergibt sich bei dieser Anordnung, wie in Fig. 10 dargestellt, durch die Auslegung der im Stromspiegel eingesetzten Differenzstufentransistoren. An equally advantageous construction of the transmission element results if, instead of the previously described asymmetrical current mirrors according to FIG. 5, current mirrors with a symmetrical transmission range according to FIG. 10 are used. The circuit structure described above can also be implemented analogously with the differential current mirror shown in FIG. 10. The advantage of residual current mirrors lies, on the one hand, in the signal value range that is symmetrical for many analog applications and, on the other hand, in the principle-related lower influence of the supply voltage and other interference effects on the current transmission behavior. In this arrangement, as shown in FIG. 10, the current mirror factor results from the design of the differential stage transistors used in the current mirror.
T1: TRein,1,j1,1 = TRein,1
T2: TRein,1,j1,2
T3: TRref,1,j1,2
T4: TRref
T5: TRref,j1j2 = TRref
T6: TRRampe,1,j1,1
T7: TRRampe,1,j1,2
T8: TRRampe,2,j2,2
T9: TRaus,j1j2,1
T10: TRraus,j1j2,2
T11: TRref,2,j2,2
T12: TRein,2,j2,1 = TRein,2
T13: TRein,2,j2,2
T14: TRRampe,2,j2,1 T1: TR on , 1, j1,1 = TR on , 1
T2: TR on , 1, j1,2
T3: TR ref, 1, j1.2
T4: TR ref
T5: TR ref, j1j2 = TR ref
T6: TR ramp, 1, j1.1
T7: TR ramp, 1, j1,2
T8: TR ramp, 2, j2.2
T9: TR off, j1j2,1
T10: TR out, j1j2,2
T11: TR ref, 2, j2.2
T12: TR on , 2, j2,1 = TR on , 2
T13: TR on , 2, j2.2
T14: TR ramp, 2, j2.1
Claims (37)
- - daß jedem Eingang mehrere eindimensionale Funktionsgeneratoren nachgeschaltet sind,
- - daß die Ausgänge der Funktionsgeneratoren mit Eingängen von Gewichtungsgliedern in Verbindung sind und
- - daß das Summensignal der Ausgangssignale der Gewichtungsglieder am Ausgang des Übertragungsgliedes abgreifbar ist.
- - that each input is followed by several one-dimensional function generators,
- - That the outputs of the function generators are connected to inputs of weighting elements and
- - That the sum signal of the output signals of the weighting elements can be tapped at the output of the transmission element.
- - der Funktionsgenerator Ri,ji zu jedem Eingangs-Ist-Wert xi genau ein Ausgangssignal RAi,ji erzeugt, welches der Bedingung RAi,ji = max{0;1/Ai,ji(Bi,ji *Iref-ein,i)} folgt,
- - wobei Iein,i dem Ist-Wert der Eingangsgröße xi entspricht,
- - Ai,j der Differenz Si,ji-Si,ji-1 entspricht, wobei die Stützstellen Si,ji-1 und Si,ji das zum Rampengenerator Ri,ji gehörende Intervall begrenzen,
- - Bi,j *Iref gleich dem Wert der Wertebereichsstützstelle Si,ji ist und
- - Iref eine Konstante ist.
- - the function generator R i, ji to each input actual value x i exactly one output signal RA i, ji generated which the condition RA i, ji = max {0, 1 / A i, ji (B i, ji * I ref - a, i )} follows,
- - where I a, i corresponds to the actual value of the input variable x i ,
- A i, j corresponds to the difference S i, ji -S i, ji-1 , the support points S i, ji -1 and S i, ji limiting the interval belonging to the ramp generator R i, ji ,
- - B i, j * I ref is equal to the value of the value range support point S i, ji and
- - I ref is a constant.
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---|---|
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4034471C1 (en) * | 1990-10-30 | 1992-03-19 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
DE4038857A1 (en) * | 1990-11-30 | 1992-06-04 | Licentia Gmbh | Regulating path for DC motor armature current regulation - uses inverse transmission function component across PI regulator to compensate for nonlinearity |
DE4338141A1 (en) * | 1993-11-11 | 1995-05-18 | Dirk Dipl Ing Drechsel | Rules based interpolation for expert system |
-
1995
- 1995-09-16 DE DE19534459A patent/DE19534459A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4034471C1 (en) * | 1990-10-30 | 1992-03-19 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
DE4038857A1 (en) * | 1990-11-30 | 1992-06-04 | Licentia Gmbh | Regulating path for DC motor armature current regulation - uses inverse transmission function component across PI regulator to compensate for nonlinearity |
DE4338141A1 (en) * | 1993-11-11 | 1995-05-18 | Dirk Dipl Ing Drechsel | Rules based interpolation for expert system |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
BÖHM,Rolf, BÖSCH,Marcus: Stabilitätsanalyse von Fuzzy- Mehrgrößenregelungen mit Hilfe der Hyperstabilitätstheorie. In: at - Automatisierungstechnik 43, 1995, 4, S.181-186 * |
HAMPEL,Rainer, CHAKER,Nasredin: * |
KAHLERT,Jörg: Fuzzy Control für Ingenieure, Vieweg, Braunschweig, 1995, S.66,67 * |
KOCH,Mario, u.a.: Ein neues Entwurfskonzept für Fuzzy-Regelungen. In: at - Automatisierungstechnik 41, 1993, 5, S.152-158 * |
KUHN,Thomas, WERNSTEDT,Jürgen: SOFCON - Eine Strategie zum optimalen Entwurf von Fuzzy-Regelungen. In: at - Automatisierungstechnik 42, 1994, 3, S.91-99 * |
MEYER-GRAMANN,K.D., CUNO,B.: Fuzzy Control. In: at - Automatisierungstechnik 41, 1993, 4, S. A13 - A16 * |
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