RU2803406C1 - High-speed fuzzy inference device based on area ration defuzzifier (modification 2) - Google Patents

High-speed fuzzy inference device based on area ration defuzzifier (modification 2) Download PDF

Info

Publication number
RU2803406C1
RU2803406C1 RU2022117629A RU2022117629A RU2803406C1 RU 2803406 C1 RU2803406 C1 RU 2803406C1 RU 2022117629 A RU2022117629 A RU 2022117629A RU 2022117629 A RU2022117629 A RU 2022117629A RU 2803406 C1 RU2803406 C1 RU 2803406C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
input
output
variable
defuzzifier
Prior art date
Application number
RU2022117629A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Владимирович Бобырь
Александр Евгеньевич Архипов
Богдан Андреевич Бондаренко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2803406C1 publication Critical patent/RU2803406C1/en

Links

Abstract

FIELD: computing devices.
SUBSTANCE: invention can be used in information processing devices based on fuzzy logic. The device contains a generator block for generating a control signal CSGGU, a fuzzification block for the first incoming variable BFIV1, a fuzzification block for the second incoming variable BFIV2, a BI implication block, and a high-speed defuzzifier BD.
EFFECT: increase of speed of the device and generation and transformation of input data into a single clear value at the output of a fuzzy logic system.
1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительных устройств и программных алгоритмов и может быть использовано в системах и устройствах обработки информации, построенной на основе нечеткой логики.The invention relates to the field of computing devices and software algorithms and can be used in information processing systems and devices built on the basis of fuzzy logic.

Известно устройство дефаззификации на основе метода отношения площадей [Патент РФ №2 701 841, G06E 3/00, G06N 7/02 (аналог)].A defuzzification device is known based on the area ratio method [RF Patent No. 2 701 841, G06E 3/00, G06N 7/02 (analogue)].

Признаком аналога совпадающими с существующим заявляемым устройством, является использование нечеткой логики в алгоритме нечетко-логического вывода, и наличие этапа дефаззификации в его структуре.A sign of an analog that coincides with the existing claimed device is the use of fuzzy logic in the fuzzy-logical inference algorithm, and the presence of a defuzzification stage in its structure.

Недостаток описанного устройства заключается в невысокой скорости обработки данных.The disadvantage of the described device is the low data processing speed.

Известен быстродействующий дефаззификатор с использованием треугольных функций принадлежности [Патент РФ №2 760 632, G06F 3/00, G06N 7/02 (прототип)].A high-speed defuzzifier using triangular membership functions is known [RF Patent No. 2 760 632, G06F 3/00, G06N 7/02 (prototype)].

Признаком прототипа совпадающими с существующим заявляемым устройством, является использование применения дефаззификации в структуре алгоритма нечеткого вывода для получения результирующего значения.A feature of the prototype that coincides with the existing claimed device is the use of defuzzification in the structure of the fuzzy inference algorithm to obtain the resulting value.

Недостатки указанного прототипа: сложность устройства дефаззификатора, из-за наличия 5-слойного анализатора, что увеличивает время выполнения операций, тем самым снижая быстродействие; отсутствие операций фаззификации и нечеткой импликации, т.е. отсутствие всех блоков нечетко-логического вывода.Disadvantages of this prototype: the complexity of the defuzzifier device, due to the presence of a 5-layer analyzer, which increases the execution time of operations, thereby reducing performance; absence of fuzzification and fuzzy implication operations, i.e. absence of all fuzzy logic inference blocks.

Техническая задачей изобретения является повышение вычислительной производительности процесса дефаззификации до 130 нс и упрощение структуры устройства.The technical objective of the invention is to increase the computational performance of the defuzzification process to 130 ns and simplify the structure of the device.

Техническая задача решается за счет исключения 5-слойного анализатора из состава дефаззификатора, что позволяет обеспечить повышение вычислительной производительности процесса дефаззификации и упрощение структуры устройства.The technical problem is solved by eliminating the 5-layer analyzer from the defuzzifier, which makes it possible to increase the computational performance of the defuzzification process and simplify the structure of the device.

Техническим результатом быстродействующего устройства нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей (Модификация 2) является генерация и преобразование входных данных в единственное четкое значение на выходе нечетко-логической системы.The technical result of a high-speed fuzzy logic inference device based on an area ratio defuzzifier (Modification 2) is the generation and transformation of input data into a single clear value at the output of the fuzzy logic system.

Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 - Быстродействующее устройство нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей функций принадлежности (Модификация 2); фиг. 2 - Блок генератора управляющего сигнала; фиг. 3 - Блок фаззификации первой входной переменной; фиг. 4 - Блок фаззификации второй входной переменной; фиг. 5 - Блок формирования треугольной функции; фиг. 6 - Блок импликации; фиг. 7 - Блок дефаззификации; фиг. 8 - Треугольная функция принадлежности; фиг. 9 - Результаты моделирования в программе ISE Design v. 14.7, написанной на языке программирования VHDL.The invention is illustrated by drawings: FIG. 1 - High-speed fuzzy logic inference device based on a defuzzifier for the ratio of areas of membership functions (Modification 2); fig. 2 - Control signal generator block; fig. 3 - Fuzzification block of the first input variable; fig. 4 - Fuzzification block of the second input variable; fig. 5 - Triangular function generation block; fig. 6 - Implication block; fig. 7 - Defuzzification block; fig. 8 - Triangular membership function; fig. 9 - Simulation results in the ISE Design v program. 14.7, written in the VHDL programming language.

Быстродействующее устройство нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей функций принадлежности (Модификация 2) (фиг. 1) содержит блок генератора формирования управляющего сигнала БГУС 1, блок фаззификации первой входной переменной БФВП1 2, блок фаззификации второй входной переменной БФВП2 3, блок импликации БИ 4, быстродействующий дефаззификатор БД 5.A high-speed fuzzy logic inference device based on a defuzzifier for the ratio of areas of membership functions (Modification 2) (Fig. 1) contains a generator block for generating a control signal BGUS 1, a fuzzification block of the first input variable BFVP1 2, a fuzzification block of the second input variable BFVP2 3, an implication block BI 4, fast DB defuzzifier 5.

Блок генератора формирования управляющего сигнала БГУС 1 (фиг. 2) содержит блок входных переменных (управляющие сигналы, поступающие с разного рода датчиков) «а» 1.1 и «b» 1.3, счетчики CLCK 1.2, 1.4, усилители GAIN 1.5, 1.6, сумматоры ADD 1.7, 1.8.The generator block for generating the control signal BGUS 1 (Fig. 2) contains a block of input variables (control signals coming from various types of sensors) “a” 1.1 and “b” 1.3, counters CLCK 1.2, 1.4, amplifiers GAIN 1.5, 1.6, adders ADD 1.7, 1.8.

Связи в БГУС 1 определяются следующим образом. Выход блока переменной «а» 1.1 соединен с первым входом сумматора ADD1 1.7. ВыходConnections in BGUS 1 are defined as follows. The output of the variable block “a” 1.1 is connected to the first input of the adder ADD1 1.7. Exit

счетчика CLCK1 1.2 соединен с входом усилителя GAIN1 1.5. Выход усилителя GAIN1 1.5 соединен со вторым входом сумматора ADD1 1.7. Выход блока переменной «b» 1.3 соединен с первым входом сумматора ADD2 1.8. Выход счетчика CLCK2 1.4 соединен с входом усилителя GAIN2 1.6. Выход усилителя GAIN2 1.6 соединен со вторым входом сумматора ADD2 1.8. Выходящие сигналы «А» и «В» блока из блоков ADD1 1.7 и ADD2 1.8, являются выходящими из БГУС 1 и соединены со входами БФВП1 2 и БФВП2 3 соответственно.counter CLCK1 1.2 is connected to the input of the amplifier GAIN1 1.5. The output of the amplifier GAIN1 1.5 is connected to the second input of the adder ADD1 1.7. The output of the variable block “b” 1.3 is connected to the first input of the adder ADD2 1.8. The output of the counter CLCK2 1.4 is connected to the input of the amplifier GAIN2 1.6. The output of the amplifier GAIN2 1.6 is connected to the second input of the adder ADD2 1.8. The output signals “A” and “B” of the block from blocks ADD1 1.7 and ADD2 1.8 are output from BGUS 1 and are connected to the inputs of BFVP1 2 and BFVP2 3, respectively.

Блок фаззификации первой входной переменной БФВП1 2 (фиг.3) содержит блоки переменных «a1» 2.1, «а2» 2.2, «а3» 2.3, «а4» 2.4, «а5» 2.5, блок формирования первой треугольной функции БФТФ1 2.6, блок формирования второй треугольной функции БФТФ2 2.7, блок формирования третей треугольной функции БФТФ3 2.8.The fuzzification block of the first input variable BFVP1 2 (Fig. 3) contains blocks of variables “a1” 2.1, “a2” 2.2, “a3” 2.3, “a4” 2.4, “a5” 2.5, a block for generating the first triangular function BFTF1 2.6, a formation block the second triangular function BFTF2 2.7, the block for generating the third triangular function BFTF3 2.8.

Связи в БФВП1 2 определяются следующим образом. Блок переменной «a1» 2.1 соединен с входом блока БФТФ1 2.6. Блок переменной «а2» 2.2 соединен с входами блоков БФТФ1 2.6 и БФТФ2 2.7. Блок переменной «а3» 2.3 соединен с входами блоков БФТФ1 2.6, БФТФ2 2.7 и БФТФ3 2.8. Блок переменной «а4» 2.4 соединен с входами блоков БФТФ2 2.7 и БФТФ3 2.8. Блок переменной «а5» 2.5 соединен с входом блока БФТФ3 2.8. Входной сигнал «А» соединен с входами блоков БФТФ1 2.6, БФТФ2 2.7, БФТФ3 2.8. Сигналы «А1», «А2», «A3» выходящие из БФТФ1 2.6, БФТФ2 2.7, БФТФ3 2.8 соответственно являются выходящими из БФВП1 2 и соединены с первыми 3 входами БИ 3.The connections in BFVP1 2 are defined as follows. The variable block “a1” 2.1 is connected to the input of the block BFTF1 2.6. The variable block “a2” 2.2 is connected to the inputs of the blocks BFTF1 2.6 and BFTF2 2.7. The variable block “a3” 2.3 is connected to the inputs of the blocks BFTF1 2.6, BFTF2 2.7 and BFTF3 2.8. The variable block “a4” 2.4 is connected to the inputs of the blocks BFTF2 2.7 and BFTF3 2.8. The variable block “a5” 2.5 is connected to the input of the block BFTF3 2.8. Input signal “A” is connected to the inputs of the blocks BFTF1 2.6, BFTF2 2.7, BFTTF3 2.8. Signals “A1”, “A2”, “A3” coming from BFTF1 2.6, BFTF2 2.7, BFTF3 2.8, respectively, are coming out of BFVP1 2 and are connected to the first 3 inputs of BI 3.

Блок формирования первой треугольной функции БФТФ1 2.6 (фиг. 5) содержит компараторы CMP 2.6.1÷2.6.4, вычитатели SUB 2.6.5÷2.6.8, блок OR 2.6.9, блок AND 2.6.10, делители DIV 2.6.11, 2.6.12, константу «0» 2.6.13, ключи SWITCH 2.6.14,2.6.15.The block for generating the first triangular function BFTF1 2.6 (Fig. 5) contains comparators CMP 2.6.1÷2.6.4, subtractors SUB 2.6.5÷2.6.8, block OR 2.6.9, block AND 2.6.10, dividers DIV 2.6.11 , 2.6.12, constant “0” 2.6.13, SWITCH keys 2.6.14,2.6.15.

Связи в БФТФ1 2.6 определяются следующим образом. Переменная «a1» соединена со вторым входом компаратора СМР1 2.6.1, вторым входом компаратора СМР3 2.6.3, вторым входом вычитателя SUB1 2.6.5 и вторымConnections in BFTF1 2.6 are defined as follows. The variable “a1” is connected to the second input of the comparator CMP1 2.6.1, the second input of the comparator CMP3 2.6.3, the second input of the subtractor SUB1 2.6.5 and the second

дом вычитателя SUB2 2.6.6. Переменная «а2» соединена со вторым входом компаратора СМР4 2.6.4, первым входом вычитателя SUB2 2.6.6 и вторым входом вычитателя SUB4 2.6.8. Переменная «а3» соединена со вторым входом компаратора СМР2 2.6.2, первым входом вычитателя SUB3 2.6.7 и первым входом вычитателя SUB4 2.6.8. Входной сигнал «А» соединен с первым входом компаратора СМР1 2.6.1, первым входом компаратора СМР2 2.6.2, первым входом компаратора СМР3 2.6.3, первым входом компаратора СМР4 2.6.4, первым входом вычитателя SUB1 2.6.5, вторым входом вычитателя SUB3 2.6.7. Выходные сигналы «<» и «=» компаратора СМР1 2.6.1 соединены между собой и подключены к первому входу блока OR 2.6.9. Выходные сигналы «>» и «=» компаратора СМР2 2.6.2 соединены между собой и подключены ко второму входу блока OR 2.6.9. Выходные сигналы «>» и «=» компаратора СМР3 2.6.3 соединены между собой и подключены к первому входу блока AND 2.6.10. Выходные сигналы «<» и «=» компаратора СМР4 2.6.4 соединены между собой и подключены к второму входу блока AND 2.6.10. Выходной сигнал вычитателя SUB1 2.6.5 соединен с первым входом делителя DIV1 2.6.11. Выходной сигнал вычитателя SUB2 2.6.6 соединен со вторым входом делителя DIV1 2.6.11 Выходной сигнал вычитателя SUB3 2.6.7 соединен с первым входом делителя DIV2 2.6.12. Выходной сигнал вычитателя SUB4 2.6.8 соединен со вторым входом делителя DIV2 2.6.12. Выходной сигнал блока OR 2.6.9 соединен со вторым входом (>0) ключа SWITCH2 2.6.15. Выходной сигнал блока AND 2.6.10 соединен со вторым входом (>0) ключа SWITCH2 2.6.14. Выходной сигнал делителя DIV1 2.6.11 соединен с первым входом (True) ключа SWITCH1 2.6.14. Выходной сигнал делителя DIV2 2.6.12 соединен с третьим входом (False) ключа SWITCH1 2.6.14. Выходной сигнал константы «0» 2.6.13 соединен с первым входом (True) ключа SWITCH2 2.6.15. Выходной сигнал ключа SWITCH1 2.6.14 соединен с третьим входом (False) ключа SWITCH2 2.6.15. Сигнал «А1» является выходящим сигналом блока БФТФ1 2.6, который выходит из ключа SWITCH2 2.6.15.subtractor house SUB2 2.6.6. The variable “a2” is connected to the second input of the comparator CMP4 2.6.4, the first input of the subtractor SUB2 2.6.6 and the second input of the subtractor SUB4 2.6.8. Variable “a3” is connected to the second input of the comparator CMP2 2.6.2, the first input of the subtractor SUB3 2.6.7 and the first input of the subtractor SUB4 2.6.8. Input signal “A” is connected to the first input of the comparator CMP1 2.6.1, the first input of the comparator CMP2 2.6.2, the first input of the comparator CMP3 2.6.3, the first input of the comparator CMP4 2.6.4, the first input of the subtractor SUB1 2.6.5, the second input of the subtractor SUB3 2.6.7. The output signals “<” and “=” of the comparator CMP1 2.6.1 are interconnected and connected to the first input of the OR 2.6.9 block. The output signals “>” and “=” of the comparator CMP2 2.6.2 are interconnected and connected to the second input of the OR 2.6.9 block. The output signals “>” and “=” of the comparator CMP3 2.6.3 are interconnected and connected to the first input of the AND block 2.6.10. The output signals “<” and “=” of the CMP4 2.6.4 comparator are interconnected and connected to the second input of the AND 2.6.10 block. The output signal of the subtractor SUB1 2.6.5 is connected to the first input of the divider DIV1 2.6.11. The output signal of the subtractor SUB2 2.6.6 is connected to the second input of the divider DIV1 2.6.11 The output signal of the subtractor SUB3 2.6.7 is connected to the first input of the divider DIV2 2.6.12. The output signal of the subtractor SUB4 2.6.8 is connected to the second input of the divider DIV2 2.6.12. The output signal of the OR 2.6.9 block is connected to the second input (>0) of the SWITCH2 2.6.15 key. The output signal of the AND 2.6.10 block is connected to the second input (>0) of the SWITCH2 2.6.14 key. The output signal of the divider DIV1 2.6.11 is connected to the first input (True) of the SWITCH1 2.6.14 key. The output signal of the divider DIV2 2.6.12 is connected to the third input (False) of the SWITCH1 2.6.14 key. The output signal of the constant “0” 2.6.13 is connected to the first input (True) of the SWITCH2 key 2.6.15. The output signal of the SWITCH1 2.6.14 key is connected to the third input (False) of the SWITCH2 2.6.15 key. The “A1” signal is the output signal of the BFTF1 2.6 block, which comes out of the SWITCH2 2.6.15 key.

Блок формирования второй треугольной функции БФТФ2 2.7 (фиг. 5) содержит компараторы СМР 2.7.1÷2.7.4, вычитатели SUB 2.7.5÷2.7.8, блок OR 2.7.9, блок AND 2.7.10, делители DIV 2.7.11, 2.7.12, константу «0» 2.7.13, ключи SWITCH 2.7.14, 2.7.15. Связи в БФТФ2 2.7 определяются аналогично блоку БФТФ1 2.6.The block for generating the second triangular function BFTF2 2.7 (Fig. 5) contains comparators SMR 2.7.1÷2.7.4, subtractors SUB 2.7.5÷2.7.8, block OR 2.7.9, block AND 2.7.10, dividers DIV 2.7.11 , 2.7.12, constant “0” 2.7.13, SWITCH keys 2.7.14, 2.7.15. Connections in BFTF2 2.7 are defined similarly to the BFTF1 2.6 block.

Блок формирования третьей треугольной функции БФТФ3 2.8 (фиг. 5) содержит компараторы СМР 2.8.1÷2.8.4, вычитатели SUB 2.8.5÷2.8.8, блок OR 2.8.9, блок AND 2.8.10, делители DIV 2.8.11, 2.8.12, константу «0» 2.8.13, ключи SWITCH 2.8.14, 2.8.15. Связи в БФТФ3 2.8 определяются аналогично блоку БФТФ1 2.6.The block for generating the third triangular function BFTF3 2.8 (Fig. 5) contains comparators SMR 2.8.1÷2.8.4, subtractors SUB 2.8.5÷2.8.8, block OR 2.8.9, block AND 2.8.10, dividers DIV 2.8.11 , 2.8.12, constant “0” 2.8.13, SWITCH keys 2.8.14, 2.8.15. Connections in BFTF3 2.8 are defined similarly to the BFTF1 2.6 block.

Блок фаззификации второй входной переменной БФВП2 3 (фиг. 4) содержит блоки переменных «b1» 3.1, «b2» 3.2, «b3» 3.3, «b4» 3.4, «b5» 3.5, блок формирования первой треугольной функции БФТФ1 3.6, блок формирования второй треугольной функции БФТФ2 3.7, блок формирования третей треугольной функции БФТФ3 3.8. Связи в БФВП2 3 определяются аналогично блоку БФВП1 2.The fuzzification block of the second input variable BFVP2 3 (Fig. 4) contains blocks of variables “b1” 3.1, “b2” 3.2, “b3” 3.3, “b4” 3.4, “b5” 3.5, a block for generating the first triangular function BFTF1 3.6, a formation block the second triangular function BFTF2 3.7, the block for generating the third triangular function BFTF3 3.8. Connections in BFVP2 3 are determined similarly to the block BFVP1 2.

Блок формирования первой треугольной функции БФТФ1 3.6 (фиг. 5) содержит компараторы СМР 3.6.1÷3.6.4, вычитатели SUB 3.6.5÷3.6.8, блок OR 3.6.9, блок AND 3.6.10, делители DIV 3.6.11, 3.6.12, константу «0» 3.6.13, ключи SWITCH 3.6.14, 3.6.15. Связи в БФТФ1 3.6 определяются аналогично блоку БФТФ1 2.6.The block for generating the first triangular function BFTF1 3.6 (Fig. 5) contains comparators SMR 3.6.1÷3.6.4, subtractors SUB 3.6.5÷3.6.8, block OR 3.6.9, block AND 3.6.10, dividers DIV 3.6.11 , 3.6.12, constant “0” 3.6.13, SWITCH keys 3.6.14, 3.6.15. Connections in BFTF1 3.6 are defined similarly to the BFTF1 2.6 block.

Блок формирования второй треугольной функции БФТФ2 3.7 (фиг. 5) содержит компараторы СМР 3.7.1÷3.7.4, вычитатели SUB 3.7.5÷3.7.8, блок OR 3.7.9, блок AND 3.7.10, делители DIV 3.7.11, 3.7.12, константу «0» 3.7.13, ключи SWITCH 3.7.14, 3.7.15. Связи в БФТФ2 3.7 определяются аналогично блоку БФТФ1 2.6.The block for generating the second triangular function BFTF2 3.7 (Fig. 5) contains comparators SMR 3.7.1÷3.7.4, subtractors SUB 3.7.5÷3.7.8, block OR 3.7.9, block AND 3.7.10, dividers DIV 3.7.11 , 3.7.12, constant “0” 3.7.13, SWITCH keys 3.7.14, 3.7.15. Connections in BFTF2 3.7 are defined similarly to the BFTF1 2.6 block.

Блок формирования третьей треугольной функции БФТФ3 3.8 (фиг. 5) содержит компараторы СМР 3.8.1÷3.8.4, вычитатели SUB 3.8.5÷3.8.8, блок OR 3.8.9, блок AND 3.8.10, делители DIV 3.8.11, 3.8.12, константу «0» 3.8.13, ключи SWITCH 3.8.14, 3.8.15.The block for generating the third triangular function BFTF3 3.8 (Fig. 5) contains comparators SMR 3.8.1÷3.8.4, subtractors SUB 3.8.5÷3.8.8, block OR 3.8.9, block AND 3.8.10, dividers DIV 3.8.11 , 3.8.12, constant “0” 3.8.13, SWITCH keys 3.8.14, 3.8.15.

Связи в БФТФ3 3.8 определяются аналогично блоку БФТФ1 2.6.Connections in BFTF3 3.8 are defined similarly to the BFTF1 2.6 block.

Блок импликации БИ 4 (фиг. 6) содержит блоки MIN 4.1÷4.9 и блоки МАХ 4.10÷4.12.The implication block BI 4 (Fig. 6) contains blocks MIN 4.1÷4.9 and blocks MAX 4.10÷4.12.

Связи в БИ 4 определяются следующим образом. Входной сигнал «А1» соединен с первым входом блока MIN1 4.1, с первым входом блока MIN2 4.2, с первым входом блока MIN3 4.3. Входной сигнал «А2» соединен с первым входом блока MIN4 4.4, с первым входом блока MIN5 4.5, с первым входом блока MIN6 4.6. Входной сигнал «A3» соединен с первым входом блока MIN7 4.7, с первым входом блока MIN8 4.8, с первым входом блока MIN9 4.9. Входной сигнал «В1» соединен со вторым входом блока MIN1 4.1, со вторым входом блока MIN4 4.4, со вторым входом блока MIN7 4.7. Входной сигнал «В2» соединен со вторым входом блока MIN2 4.2, со вторым входом блока MIN5 4.5, со вторым входом блока MIN8 4.8. Входной сигнал «В3» соединен со вторым входом блока MIN3 4.3, со вторым входом блока MIN6 4.6, со вторым входом блока MIN9 4.9. Выходной сигнал из блока MIN2 4.2 соединен с первым входом блока МАХ1 4.10. Выходной сигнал из блока MIN3 4.3 соединен с первым входом блока МАХ2 4.11. Выходной сигнал из блока MIN4 4.4 соединен со вторым входом блока МАХ1 4.10. Выходной сигнал из блока MIN5 4.5 соединен со вторым входом блока МАХ2 4.11. Выходной сигнал из блока MIN6 4.6 соединен с первым входом блока МАХ3 4.12. Выходной сигнал из блока MIN7 4.7 соединен с третьим входом блока МАХ2 4.11. Выходной сигнал из блока MIN8 4.8 соединен со вторым входом блока МАХ3 4.12. Сигналы «М1», «М2», «М3», «М4», «М5» выходящие из блоков MIN1 4.1, МАХ1 4.10, МАХ2 4.11, МАХ3 4.12, MIN9 4.9 являются выходящими из блока БИ 4 и соединены со входами БД 5.Relationships in BI 4 are defined as follows. Input signal “A1” is connected to the first input of the MIN1 4.1 block, to the first input of the MIN2 4.2 block, and to the first input of the MIN3 4.3 block. Input signal “A2” is connected to the first input of the MIN4 4.4 block, to the first input of the MIN5 4.5 block, to the first input of the MIN6 4.6 block. Input signal “A3” is connected to the first input of the MIN7 4.7 block, to the first input of the MIN8 4.8 block, to the first input of the MIN9 4.9 block. Input signal “B1” is connected to the second input of the MIN1 4.1 block, to the second input of the MIN4 4.4 block, to the second input of the MIN7 4.7 block. Input signal “B2” is connected to the second input of the MIN2 4.2 block, to the second input of the MIN5 4.5 block, to the second input of the MIN8 4.8 block. Input signal “B3” is connected to the second input of the MIN3 4.3 block, to the second input of the MIN6 4.6 block, to the second input of the MIN9 4.9 block. The output signal from the MIN2 4.2 block is connected to the first input of the MAX1 4.10 block. The output signal from the MIN3 4.3 block is connected to the first input of the MAX2 4.11 block. The output signal from the MIN4 4.4 block is connected to the second input of the MAX1 4.10 block. The output signal from the MIN5 4.5 block is connected to the second input of the MAX2 4.11 block. The output signal from the MIN6 4.6 block is connected to the first input of the MAX3 4.12 block. The output signal from the MIN7 4.7 block is connected to the third input of the MAX2 4.11 block. The output signal from the MIN8 4.8 block is connected to the second input of the MAX3 4.12 block. Signals “M1”, “M2”, “M3”, “M4”, “M5” coming from blocks MIN1 4.1, MAX1 4.10, MAX2 4.11, MAX3 4.12, MIN9 4.9 are coming from block BI 4 and are connected to the inputs of BD 5.

Блок быстродействующего дефаззификатора БД 5 содержит сумматоры ADD 5.1, 5.8, блок переменной «n» 5.2, делитель DIV 5.3, блок переменной «Ymax» 5.4, блок переменной «Ymin» 5.5, умножитель MUL 5.6, вычитатель SUB 5.7.The high-speed defuzzifier block DB 5 contains adders ADD 5.1, 5.8, variable block “n” 5.2, divider DIV 5.3, variable block “Ymax” 5.4, variable block “Ymin” 5.5, multiplier MUL 5.6, subtractor SUB 5.7.

Связи в БД 5 определяются следующим образом. Входные сигналы «М1», «М2», «М3», «М4», «М5» соединены с входами сумматора ADD1 5.1. Выходной сигнал сумматора ADD1 5.1 соединен с первым входом делителя DIV 5.3. Выходной сигнал блока переменной «n» 5.2 соединен со вторым входом делителя DIV 5.3. Выходной сигнал делителя DIV 5.3 соединен с первым входом умножителя MUL 5.6. Выходной сигнал блока переменной «Ymax» 5.4 соединен с первым входом вычитателя SUB 5.7. Выходной сигнал блока переменной «Ymin» 5.5 соединен со вторым входом вычитателя SUB 5.7 и первым входом сумматора ADD2 5.8. Выходной сигнал вычитателя SUB 5.7 соединен со вторым входом умножителя MUL 5.6. Выходной сигнал умножителя MUL 5.6 соединен со вторым входом сумматора ADD2 5.8. Из сумматора ADD2 5.8 выходит сигнал «MAR2». Выходной сигнал «MAR2» блока БД 5 является выходным сигналом быстродействующего устройства нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей (Модификация 2).Relationships in DB 5 are defined as follows. Input signals “M1”, “M2”, “M3”, “M4”, “M5” are connected to the inputs of the adder ADD1 5.1. The output signal of the adder ADD1 5.1 is connected to the first input of the divider DIV 5.3. The output signal of the variable block “n” 5.2 is connected to the second input of the divider DIV 5.3. The output signal of the DIV 5.3 divider is connected to the first input of the MUL 5.6 multiplier. The output signal of the variable block “Ymax” 5.4 is connected to the first input of the subtractor SUB 5.7. The output signal of the variable block “Ymin” 5.5 is connected to the second input of the subtractor SUB 5.7 and the first input of the adder ADD2 5.8. The output signal of the SUB 5.7 subtractor is connected to the second input of the MUL 5.6 multiplier. The output signal of the MUL 5.6 multiplier is connected to the second input of the ADD2 5.8 adder. The “MAR2” signal comes out of the adder ADD2 5.8. The output signal “MAR2” of the DB block 5 is the output signal of a high-speed fuzzy logic inference device based on an area ratio defuzzifier (Modification 2).

Принцип работы быстродействующего устройства нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей (Модификация 2) состоит из четырех шагов. Сигналы двух переменных «А» и «В» генерируются в блоке 1 БГУС. Далее переменная «А» поступает в блок 2 БФВП1, а переменная «В» передается в блок 3 БФВП2. В блоке 2 БФВП1 генерируются первые три треугольные функции «А1», «А2», «A3», а в блоке 3 БФВП2 генерируются вторые три треугольные функции «В1», «В2», «В3». Каждая из треугольных функций принадлежности имеет вид аналогичный фиг. 8. Треугольные функции «А1», «А2», «A3», «В1», «В2», «В3» передаются в блок 4 БИ, где подвергаются импликации. В результате, на выходе из блока 4 БИ передаются 5 переменных «М1», «М2», «М3», «М4», «М5» в блок 5 БД. В блоке 5 БД происходит процесс дефаззификации, в ходе которого, вычисляется результирующая переменная «MAR2». Выход результирующей переменной «MAR2» в быстродействующем устройстве нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей (Модификация 2) осуществляется за четыре шага:The operating principle of a high-speed fuzzy logic inference device based on an area ratio defuzzifier (Modification 2) consists of four steps. Signals of two variables “A” and “B” are generated in block 1 of the BGUS. Next, variable “A” enters block 2 of BFVP1, and variable “B” is transferred to block 3 of BFVP2. In block 2 of BFVP1 the first three triangular functions “A1”, “A2”, “A3” are generated, and in block 3 of BFVP2 the second three triangular functions “B1”, “B2”, “B3” are generated. Each of the triangular membership functions has the form similar to Fig. 8. Triangular functions “A1”, “A2”, “A3”, “B1”, “B2”, “B3” are transferred to block 4 BI, where they are implicated. As a result, at the output of block 4 BI, 5 variables “M1”, “M2”, “M3”, “M4”, “M5” are transmitted to block 5 DB. In block 5 of the database, the defuzzification process occurs, during which the resulting variable “MAR2” is calculated. The output of the result variable “MAR2” in a high-speed fuzzy logic inference device based on an area ratio defuzzifier (Modification 2) is carried out in four steps:

Шаг 1. Генерация входных переменных счетчиками:Step 1. Generating input variables by counters:

где clck1 - сигнал с блока 1.2, gain1 - сигнал с блока 1.5, clck2 - сигнал с блока 1.4, gain2 - сигнал с блока 1.6, а - сигнал с блока 1.1, b - сигнал с блока 1.3 (сигналы «а», «b» - сигналы с реальных датчиков, полученных от систем управления) (фиг. 2).where clck 1 is the signal from block 1.2, gain 1 is the signal from block 1.5, clck 2 is the signal from block 1.4, gain 2 is the signal from block 1.6, a is the signal from block 1.1, b is the signal from block 1.3 (signals “a” ", "b" - signals from real sensors received from control systems) (Fig. 2).

Шаг 2. Формирование треугольной функции принадлежности по формуле:Step 2. Formation of a triangular membership function according to the formula:

где s - входящий сигнал А или В поступающий из блока 1 (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4), х, у, z - сигналы значений, хранящиеся в блоках 2.1÷2.5 и 3.1÷3.5. Переменные х, у, z подбираются в зависимости от требуемого вида треугольной функции принадлежности, изображенной на фиг. 8. В результате этой операции на выходе блока БФВП1 формируются три выходных сигнала «А1», «А2» и «A3», а на выходе блока БФВП2 «В1», «В2», и «В3». Пример их расчета представлен ниже (шаг 2).where s is the input signal A or B coming from block 1 (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 4), x, y, z are value signals stored in blocks 2.1÷2.5 and 3.1÷3.5. The variables x, y, z are selected depending on the required form of the triangular membership function shown in Fig. 8. As a result of this operation, three output signals “A1”, “A2” and “A3” are formed at the output of the BFVP1 block, and “B1”, “B2”, and “B3” are formed at the output of the BFVP2 block. An example of their calculation is presented below (step 2).

Шаг 3. Сигналы «А1», «А2», «A3», «В1», «В2», «В3» поступают с выходов блоков БФВП1, БФВП2 на входы блока БИ. Процесс импликации входящих переменных вычисляется по установленным нечетким правилам:Step 3. Signals “A1”, “A2”, “A3”, “B1”, “B2”, “B3” come from the outputs of the BFVP1, BFVP2 blocks to the inputs of the BI block. The process of implication of input variables is calculated according to established fuzzy rules:

Выходными сигналами блока являются M1, М2, М3, М4, М5, причем переменная M1 вычисляется в блоке 4.1, М2 вычисляется в блоке 4.10, М3 вычисляется в блоке 4.11, М4 вычисляется в блоке 4.12, М5 вычисляется в блоке 4.9.The output signals of the block are M1, M2, M3, M4, M5, and the variable M1 is calculated in block 4.1, M2 is calculated in block 4.10, M3 is calculated in block 4.11, M4 is calculated in block 4.12, M5 is calculated in block 4.9.

Шаг 4. Процесс дефаззификации. Определение выходного значения после дефаззификации на основе метода отношения площадей согласно формуле (9):Step 4. Defuzzification process. Determination of the output value after defuzzification based on the area ratio method according to formula (9):

где Mi - значение сигнала М из блока 4, n - число нечетких функций принадлежности, Ymax - сигнал с блока 5.4, Ymin - сигнал с блока 5.5.where M i is the value of the signal M from block 4, n is the number of fuzzy membership functions, Y max is the signal from block 5.4, Y min is the signal from block 5.5.

Для нахождения разницы Ymax и Ymin на входы блока вычитания SUB 5.7 подаются входные сигналы Ymax и Ymin. Для расчета уравнения (9) на вход вычитателя SUB 5.7 подаются десятиразрядные значения Ymin н Ymax. На вход умножителя MUL 5.6 подается значение выхода вычитателя SUB 5.7, определяющее величину области определения выходной функции принадлежности, и на второй вход умножителя MUL 5.6 подается D, полученное на выходе делителя DIV 5.3. Выход умножителя MUL 5.6 соединен с входом сумматора ADD2 5.8. На второй вход сумматора ADD2 5.8 подается значение Ymin. На выходе сумматора ADD2 5.8 рассчитывается выходное десятиразрядное значения после дефаззификации на основе метода отношения площадей MAR2.To find the difference between Y max and Y min , input signals Y max and Y min are supplied to the inputs of the subtraction block SUB 5.7. To calculate equation (9), ten-bit values Y min n Y max are supplied to the input of the SUB 5.7 subtractor. The input of the multiplier MUL 5.6 is supplied with the value of the output of the subtractor SUB 5.7, which determines the value of the domain of definition of the output membership function, and the second input of the multiplier MUL 5.6 is supplied with D, obtained at the output of the divider DIV 5.3. The output of the MUL 5.6 multiplier is connected to the input of the ADD2 5.8 adder. The value Y min is supplied to the second input of the adder ADD2 5.8. At the output of the ADD2 5.8 adder, the ten-bit output value after defuzzification is calculated based on the MAR2 area ratio method.

Пример численного моделирования работы быстродействующего устройства нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей (Модификация 2).An example of numerical simulation of the operation of a high-speed fuzzy logic inference device based on an area ratio defuzzifier (Modification 2).

Шаг 1. Рассчитывается управляющий сигнал с помощью формул (1) и (2). Пусть clck1,clck2=6, gain1=4, gain2=0.02, а=20, b=0.4. Тогда:Step 1. The control signal is calculated using formulas (1) and (2). Let clck 1 ,clck 2 =6, gain 1 =4, gain 2 =0.02, a=20, b=0.4. Then:

А=6 * 4+20=44.A=6 * 4+20=44.

В=6 * 0.02+0.4=0.52.B=6 * 0.02+0.4=0.52.

Шаг 2. Далее по формуле (3) считаются участки треугольных функции принадлежности. С учетом, что а1=20, а2=40, a3=60, а4=80, а5=100, b1=0.4, b2=0.5, b3=0.6, b4=0.7, b5=0.8, А=44, В=0.52, тогда для обработки функций принадлежности производится вычисление:Step 2. Next, using formula (3), the triangular sections of the membership function are calculated. Taking into account that a 1 =20, a 2 =40, a 3 =60, a 4 =80, a 5 =100, b 1 =0.4, b 2 =0.5, b 3 =0.6, b 4 =0.7, b 5 =0.8, A=44, B=0.52, then to process the membership functions the following calculation is performed:

Случаи A2, A3, B1, B2, B3 считаем аналогично.Cases A2, A3, B1, B2, B3 are considered similarly.

Шаг 3. Процесс импликации входящих переменных по установленным нечетким правилам по формулам (4), (5), (6), (7), (8):Step 3. The process of implication of input variables according to established fuzzy rules according to formulas (4), (5), (6), (7), (8):

Шаг 4. Определение выходного значения после дефаззификации на основе метода отношения площадей по формуле (9). Пусть n=5, Ymax=250, Ymin=210:Step 4. Determine the output value after defuzzification based on the area ratio method according to formula (9). Let n=5, Y max =250, Y min =210:

Проведено моделирование в программе ISE Designer, написанной на языке программирования VHDL, показывающее быстродействие устройства дефаззификации на основе метода отношения площадей составляет порядка 130 нс (фиг. 9).A simulation was carried out in the ISE Designer program written in the VHDL programming language, showing the performance of the defuzzification device based on the area ratio method is about 130 ns (Fig. 9).

Таким образом быстродействующее устройство нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей функций принадлежности (Модификация 2) позволяет определять единственное значение после дефаззификации и обеспечивает повышенное быстродействие за счет упрощения структуры дефаззификатора.Thus, a high-speed fuzzy logic inference device based on a defuzzifier for the ratio of areas of membership functions (Modification 2) allows you to determine a single value after defuzzification and provides increased performance by simplifying the structure of the defuzzifier.

Claims (1)

Быстродействующее устройство нечетко-логического вывода на основе дефаззификатора отношения площадей функций принадлежности, содержащее блок дефаззификации, отличающийся тем, что содержит блок генератора управляющего сигнала, выходы которого соединены со входами блока фаззификации первой входящей переменной и блока фаззификации второй входящей переменной, три выхода которых соединены с шестью входами блока импликации, пять выходов которого соединены с пятью входами блока дефаззификации, содержащего сумматоры ADD1 и ADD2, блок переменной «n», делитель DIV, блок переменной «Ymax», блок переменной «Ymin», вычитатель SUB, умножитель MUL, при этом выходы блока импликации соединены с входами сумматора ADD1, выход которого соединен с первым входом делителя DIV, второй вход которого соединен с выходом блока переменной «n», а выход соединен с первым входом умножителя MUL, выход блока переменной «Ymax» соединен с первым входом вычитателя SUB, выход блока переменной «Ymin» соединен со вторым входом вычитателя SUB и первым входом сумматора ADD2, выход вычитателя SUB соединен со вторым входом умножителя MUL, выход которого соединен со вторым входом сумматора ADD2, выход которого является выходом блока дефаззификации и является выходом устройства.A high-speed fuzzy logic inference device based on a defuzzifier for the area ratio of membership functions, containing a defuzzification block, characterized in that it contains a control signal generator block, the outputs of which are connected to the inputs of the fuzzification block of the first input variable and the fuzzification block of the second input variable, three outputs of which are connected to six inputs of the implication block, the five outputs of which are connected to the five inputs of the defuzzification block, containing adders ADD1 and ADD2, variable block “n”, divider DIV, variable block “Y max ”, variable block “Y min ”, subtractor SUB, multiplier MUL, in this case, the outputs of the implication block are connected to the inputs of the adder ADD1, the output of which is connected to the first input of the divider DIV, the second input of which is connected to the output of the variable block "n", and the output is connected to the first input of the multiplier MUL, the output of the variable block "Y max " is connected to the first input of the subtractor SUB, the output of the variable block "Y min " is connected to the second input of the subtractor SUB and the first input of the adder ADD2, the output of the subtractor SUB is connected to the second input of the multiplier MUL, the output of which is connected to the second input of the adder ADD2, the output of which is the output of the defuzzification block and is the output of the device.
RU2022117629A 2022-06-29 High-speed fuzzy inference device based on area ration defuzzifier (modification 2) RU2803406C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2803406C1 true RU2803406C1 (en) 2023-09-12

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5657427A (en) * 1991-11-27 1997-08-12 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Fuzzy logic electronic controller and associated method for setting up memories
US5751908A (en) * 1993-12-27 1998-05-12 Ford Motor Company Fuzzy logic output defuzzification
US5852708A (en) * 1993-04-26 1998-12-22 Industrial Technology Research Institute Simplified architecture for defuzzification integrated circuit (IC) processor including circuits for estimating effective areas without overlapping errors
RU2408052C1 (en) * 2009-06-24 2010-12-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) Optoelectronic dephasing apparatus
RU2701841C1 (en) * 2018-12-13 2019-10-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учрежедение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Defuzzification device based on area ratio method
RU2759251C1 (en) * 2021-03-03 2021-11-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ) (RU) Fast defuzzifier using triangular membership functions
RU2760632C1 (en) * 2020-11-03 2021-11-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Fast-acting defuzzifier using triangular belonging functions

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5657427A (en) * 1991-11-27 1997-08-12 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Fuzzy logic electronic controller and associated method for setting up memories
US5852708A (en) * 1993-04-26 1998-12-22 Industrial Technology Research Institute Simplified architecture for defuzzification integrated circuit (IC) processor including circuits for estimating effective areas without overlapping errors
US5751908A (en) * 1993-12-27 1998-05-12 Ford Motor Company Fuzzy logic output defuzzification
RU2408052C1 (en) * 2009-06-24 2010-12-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) Optoelectronic dephasing apparatus
RU2701841C1 (en) * 2018-12-13 2019-10-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учрежедение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Defuzzification device based on area ratio method
RU2760632C1 (en) * 2020-11-03 2021-11-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Fast-acting defuzzifier using triangular belonging functions
RU2759251C1 (en) * 2021-03-03 2021-11-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ) (RU) Fast defuzzifier using triangular membership functions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mas et al. A survey on fuzzy implication functions
Klement et al. Are fuzzy systems universal approximators?
US5455890A (en) Method for structuring an expert system utilizing one or more neural networks
RU2803406C1 (en) High-speed fuzzy inference device based on area ration defuzzifier (modification 2)
Barbosa et al. Fuzzy reasoning in fractional-order PD controllers
RU2794059C1 (en) High-speed fuzzy inference device based on area ration defuzzifier (modification 1)
US5450527A (en) Method for converting an existing expert system into one utilizing one or more neural networks
Dvořák On linguistic approximation in the frame of fuzzy logic deduction
Foulloy et al. Fuzzy sensors for fuzzy control
Wang et al. Modelling and control of nonlinear, operating point dependent systems via associative memory networks
Eyoh et al. Interval type-2 intuitionistic fuzzy logic system for time series and identification problems-a comparative study
Mфnnle Identifying rule-based TSK fuzzy models
Vuković One-step ahead predictive fuzzy controller
Gan Fuzzy step-size adjustment for the LMS algorithm
Uehara Fuzzy inference based on a weighted average of fuzzy sets and its learning algorithm for fuzzy exemplars
Stoeva A weight-learning algorithm for fuzzy production systems with weighting coefficients
US5392383A (en) Fuzzy syllogistic system
KR100338312B1 (en) Method for fuzzy inference in a fuzzy control loop
Ben Abdennour et al. Fuzzy trace identification algorithms for non-stationary systems
US5546501A (en) Defuzzification system for shifting and scaling centroid values
Arnould et al. Algorithms for fuzzy inference and tuning in the fuzzy inference software FINEST
Tellez et al. Parametric type-2 fuzzy logic systems
CA2254763A1 (en) Multi grade fuzzy logic controller
Evsukoff et al. Identification of recurrent fuzzy systems with genetic algorithms
Tao et al. An approach for the robustness comparison between piecewise linear PID-like fuzzy and classical PID controllers