基于FPGA模糊控制芯片的设计
摘要：本文提出了一种以EP1C3为核心器件，通过VHDL语言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，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。本文详细介绍了知识库存储、模糊化、模糊推理以及去模糊在FPGA中的实现细节。
关键字：模糊控制芯片；FPGA；VHDL语言；
1 概述
当前用模糊算法实现控制的方式主要有两种：一是传统的数字计算机或单片机加上模糊控制算法软件；二是利用专门设计的模糊控制芯片。前者由于使用软件编程，所以有很大的灵活性，但是只能应用于低速的控制，其性能也逊于后者的硬件方式。使用硬件来实现模糊控制，具有推理速度快、实时性好、便于修改模糊规则和率属度函数等优点。
根据以上的思路，本文利用CYLONE系列中的EP1C3器件实现了二输入一输出的模糊控制芯片。CYLONE是一款低价格，中等密度的FPGA，采用0.13um，全铜SRAM工艺，容量从2，910个逻辑单元到20，010个逻辑单元，1.5V内核。EP1C3器件有2，910个逻辑单元，1个锁相环，13个M4K RAM块。软件是Quartus II 2.2版本。
2 模糊控制推理算法模型
当前的模糊控制算法很多，比较常用的是Mamdani算法，本文将以这种算法模型为依据进行设计。
为了便于理解，举一个例子来说明模糊控制推理的算法过程。假设输入变量E（误差）、DE（误差变化率）以及输出变量Z的基本论域分别为[-60,60]、[-120,120]和[-6,6]，论域元素范围都为[-6,6]。所以E和DE的量化因子分别为0.1和0.05，Z的比例因子为1。
输入变量E和DE的隶属度函数如图1所示：
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关键字：模糊控制芯片；FPGA；VHDL语言；
1 概述
当前用模糊算法实现控制的方式主要有两种：一是传统的数字计算机或单片机加上模糊控制算法软件；二是利用专门设计的模糊控制芯片。前者由于使用软件编程，所以有很大的灵活性，但是只能应用于低速的控制，其性能也逊于后者的硬件方式。使用硬件来实现模糊控制，具有推理速度快、实时性好、便于修改模糊规则和率属度函数等优点。
根据以上的思路，本文利用CYLONE系列中的EP1C3器件实现了二输入一输出的模糊控制芯片。CYLONE是一款低价格，中等密度的FPGA，采用0.13um，全铜SRAM工艺，容量从2，910个逻辑单元到20，010个逻辑单元，1.5V内核。EP1C3器件有2，910个逻辑单元，1个锁相环，13个M4K RAM块。软件是Quartus II 2.2版本。
2 模糊控制推理算法模型
当前的模糊控制算法很多，比较常用的是Mamdani算法，本文将以这种算法模型为依据进行设计。
为了便于理解，举一个例子来说明模糊控制推理的算法过程。假设输入变量E（误差）、DE（误差变化率）以及输出变量Z的基本论域分别为[-60,60]、[-120,120]和[-6,6]，论域元素范围都为[-6,6]。所以E和DE的量化因子分别为0.1和0.05，Z的比例因子为1。
输入变量E和DE的隶属度函数如图1所示：
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