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基于 FPGA 模糊控制芯片的设计 The Design of Fuzzy Logic Control Chip Base on FPGA 王雅生 杨毓强 符均 Wang,Yasheng Yang,Yuqiang Fu,Jun 摘要：本文提出了一种以EP1C3为核心器件，通过VHDL语言 2 模糊控制推理算法模型 实现二输入一输出模糊控制的控制芯片，允许有 16条控制规 则（可扩展到256条），其模糊推理过程既有并行又有串行， 当前的模糊控制算法很多，比较常用的是 Mamdani 算法， 每秒钟可以完成 5 万次完整的模糊推理运算。该控制芯片可 本文将以这种算法模型为依据进行设计。 以运用到各种实时性要求高的模糊控制系统中。本文详细介 为了便于理解，举一个例子来说明模糊控制推理的算法 绍了知识库存储、模糊化、模糊推理以及去模糊在FPGA 中的 过程。假设输入变量 E （误差）、DE （误差变化率）以及输出 实现细节。 变量 Z 的基本论域分别为[-60,60]、[-120,120]和[-6,6]， 关键字：模糊控制芯片；FPGA；VHDL 语言； 论域元素范围都为[-6,6]。所以 E 和 DE 的量化因子分别为 + 中图分类号：TP273 .4 文献标识码：A 0.1 和 0.05，Z 的比例因子为 1。 Abstract: A fuzzy logic control chip implemented by VHDL 输入变量E和DE 的隶属度函数如图 1 所示： language and EP1C3 device is presented. The chip allows NB NM NS 隶属度u ZO PS PM PB two premises one conclusion, and 16 control 1 rules(extended to 256 control rules is possible). The 0.5 fuzzy inference is processed in parallel and sequence. 50,000 complete inference processes are implemented in -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 整数论域 per second with 20MHz frequency. This chip is mainly used for the real-time process control and other suitable applications. The implementing details and 图 1 输入变量E和DE隶属度函数图 considerations with FPGA should be paid are presented 输出变量 Z 的隶属度函数如图 2 所示： with fuzzy knowledge base 、 fuzzification 、 fuzzy CNB CNM CNS 隶属度u CZO CPS