ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Семенова Олена Олександрівна

УДК 621.325.5

ЕЛЕМЕНТИ ФАЗІ-ЛОГІКИ

З ІМПУЛЬСНИМ ПРЕДСТАВЛЕННЯМ ІНФОРМАЦІЇ

ТА ПРИСТРОЇ НА ЇХ ОСНОВІ

Спеціальність 05.13.05 – Елементи та пристрої

обчислювальної техніки та систем керування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вінниця–2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Кичак Василь Мартинович,

Вінницький національний технічний університет,

завідувач кафедри телекомунікаційних систем і телебачення

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Яковлєв Юрій Сергійович,

Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАНУ, м. Київ,

зав. відділом “Персональні ЕОМ і системи на їх основі”

кандидат технічних наук Василецький Сергій Анатолійович,

Корпорація Квазар-Мікро, м.Київ, бренд-менеджер

Провідна установа: Національний університет “Львівська політехніка”,

кафедра “Комп’ютеризовані системи автоматики”,

Міністерство освіти і науки України, м. Львів.

Захист відбудеться „06” жовтня 2006 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий „05” вересня 2006р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Захарченко С.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні інтелектуальні технології – фазі-логіка, фазі-контролери, нейронні мережі, нейро-фазі-мережі, вейвлет-мережі, Баєсові класифікатори, генетичні та еволюційні алгоритми – використовуються для розв’язання технічних, наукових і прикладних задач, у випадку, коли традиційні методи не можуть дати задовільного результату.

Пристрої автоматичного керування, які функціонують на основі фазі-логіки – фазі-контролери знаходять своє застосування у складних телекомунікаційних, радіотехнічних та мікроелектронних системах, вхідні дані яких зазнають постійних змін, а вихідні дані потребують регулювання у масштабі реального часу.

Застосування у телекомунікаційних, радіотехнічних та мікроелектронних системах спеціалізованих пристроїв автоматичного керування, що функціонують на основі фазі-логіки, замість традиційних пристроїв керування, дозволяє підвищити точність та надійність керування.

Використання у телекомунікаційних, радіотехнічних та мікроелектронних системах спеціалізованих пристроїв автоматичного керування, виконаних на основі нейро-фазі-мереж, дозволяє обробляти дані, які є лінгвістичними величинами і водночас здійснювати настроювання пристрою керування, що забезпечує точне керування у змінних умовах.

Для створення подібних спеціалізованих пристроїв автоматичного керування важливим етапом проектування є синтез відповідних логічних елементів, які реалізують функції фазі-логіки і характеризуються високою точністю, завадостійкістю і швидкодією.

Теорії фазі-логіки та її застосуванню до розв’язання прикладних задач присвячені праці Ротштейна А.П., Мокіна Б.І., Мітюшкіна Ю.І. Архангельського В.І., Богаєнко І.Н., Грабовського Г.Г., Рюмшина М.А., Лісового І.П., Гостева В.І.

У фазі-логічних елементах, наведених у відомих працях, вхідна та вихідна інформація представляється імпульсно-потенціальними сигналами, що зумовлює їх низьку завадостійкість. В той же час, частотно-імпульсні, широтно-імпульсні та фазо-імпульсні сигнали характеризуються значно вищою у порівнянні з імпульсно-потенціальними сигналами завадостійкістю, оскільки частотно-імпульсні, широтно-імпульсні та фазо-імпульсні сигнали мають більшу ніж імпульсно-потенціальні сигнали кількість змінних параметрів. Також, елементи з частотно-, широтно- та фазо-імпульсним представленням інформації здатні реалізувати більшу кількість функцій фазі-логіки, ніж елементи з імпульсно-потенціальним представленням інформації, що призводить до розширення функціональних можливостей пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки.

Це обумовлює актуальну наукову задачу – підвищення завадостійкості та розширення функціональних можливостей пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки шляхом застосування у них частотно-імпульсних, широтно-імпульсних та фазо-імпульсних сигналів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати дисертаційної роботи пов’язані з дослідженнями, виконаними у рамках держбюджетної науково-дослідної роботи “Розробка основ теорії цифрового оброблення високочастотних сигналів в радіотехнічних та телекомунікаційних системах” (Вінницький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України;4 № Держ. реєстр. 0105U002415) та госпдоговірної науково-дослідної роботи “Розробка принципів побудови автоматизованих цифрових аналізаторів сигналів телефонних мереж загального користування” (Вінницький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Вінницька філія ВАТ “Укртелеком”; № Держ. реєстр. 0102U003762).

Мета та задачі дослідження. Метою даної дисертаційної роботи є підвищення завадостійкості та розширення функціональних можливостей пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки, шляхом використання частотно-імпульсного, широтно-імпульсного і фазо-імпульсного представлення інформації.

Для досягнення мети необхідно розв’язати такі задачі:–

провести аналіз можливості кодування значень фазі-логічних величин з використанням частотно-, широтно- та фазо-імпульсного представлення інформації;–

розробити математичні моделі частотно-імпульсних, широтно-імпульсних та фазо-імпульсних фазі-логічних елементів та пристроїв; –

розробити метод структурного синтезу елементів, які реалізують операції фазі-логіки;–

розробити структурні схеми частотно-імпульсних і широтно-імпульсних фазі-логічних елементів і пристроїв;–

дослідити роботу розроблених широтно-імпульсних фазі-логічних елементів і пристроїв.

Об’єктом дослідження є процеси перетворення сигналів у елементах фазі-логіки з частотно-імпульсним, широтно-імпульсним та фазо-імпульсним представленням інформації.

Предметом дослідження є елементи фазі-логіки з частотно-імпульсним, широтно-імпульсним та фазо-імпульсним представленням інформації.

Методи дослідження. У процесі розробки методів кодування фазі-логічних величин частотою, тривалістю або фазою імпульсних сигналів застосовувався математичний апарат теорії нечітких множин, фазі-логіки і фазі-керування; у процесі розробки математичних моделей елементів фазі-логіки застосовувалися принципи математичного моделювання; у процесі дослідження елементів, які здійснюють операції фазі-логіки, застосовувалися принципи імітаційного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:–

вперше запропоновано метод структурного синтезу елементів фазі-логіки, що дає можливість розробляти елементи з частотно-імпульсним і широтно-імпульсним представленням інформації, які здійснюють операції фазі-логіки;–

вперше розроблено математичні моделі фазі-логічних елементів, які відрізняються від відомих тим, що інформація у них представляється частотно-, широтно- і фазо-імпульсними сигналами, що дозволяє підвищити завадостійкість елементів та розширити їх функціональні можливості; –

вперше розроблено математичні моделі фазі-контролерів, які відрізняються від відомих тим, що інформація у них представляється частотно-, широтно- і фазо-імпульсними сигналами, що дозволяє підвищити завадостійкість спеціалізованих пристроїв автоматичного керування та розширити їх функціональні можливості;–

отримали подальший розвиток методи частотно-імпульсного, широтно-імпульсного та фазо-імпульсного кодування фазі-логічних величин; запропоновані методи відрізняються від відомих тим, що у них значення фазі-логічного нуля кодуються не відсутністю імпульсів, а імпульсами з мінімальною величиною частоти, тривалості або фази, що дозволяє синтезувати не лише елементи, які здійснюють логічний висновок типу “макс-мін”, а також елементи фазі-логіки, які здійснюють логічний висновок типу “добуток”.

Практичне значення одержаних у роботі результатів полягає у наступному:–

розроблено структурні схеми елементів фазі-логіки, які відрізняються від відомих тим, що інформація у них представлена частотно-імпульсними та широтно-імпульсними сигналами, що дає можливість підвищити їх завадостійкість; –

розроблено структурні схеми елементів фазі-логіки з частотно-імпульсним представленням інформації, які відрізняються від відомих тим, що здійснюють операції типу “добуток”; що дозволяє розширити функціональні можливості пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки;–

розроблено структурні схеми частотно-імпульсних та широтно-імпульсних нейронів, які відрізняються від відомих тим, що вхідні сигнали об’єднуються з вагами синапсів операторами АБО та І, а функції активації відповідають операціям мінімуму та максимуму, що дозволяє використовувати їх у нейро-фазі-мережах як фазі-нейрони.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором особисто. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать: в [3] – дослідження застосування сигналів різних видів у цифрових радіорелейних системах; в [4] – дослідження залежності часу затримки від співвідношення вихідного та вхідного еквівалентного опорів; в [5] – проведення комп’ютерного моделювання; в [6] – розробка методу синтезу частотно-імпульсних елементів, які реалізують операції мінімуму та максимуму; в [7] – розробка методу синтезу широтно-імпульсних елементів максимуму та мінімуму; в [8] – розробка методу синтезу фазі-нейронів з частотно-імпульсним представленням інформації та опис принципу їх функціонування; в [9] – метод кодування вхідних та вихідних сигналів нейронів і ваг синапсів тривалістю імпульсів послідовності та розробка схеми нейрона з широтно-імпульсним кодуванням інформації; в [10] – метод частотно-імпульсного кодування фазі-величин та розробка математичні моделі фазі-контролерів; в [13] –структурна схема елемента мінімуму; в [14] – структурна схема елемента максимуму; в [15] – функціональна схема елемента “І”; в [16] – функціональна схему елемента “АБО”.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались: –

на XXXIІ, XXXIІІ і XXXIV науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, студентів та співробітників Вінницького національного технічного університету (м. Вінниця, 2003–2005); –

на четвертій міжнародній науково-практичній конференції “Комп’ютерні системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2005); –

на першій міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування” СПРТП-2005 (м. Вінниця, 2005); –

на восьмій міжнародній науково-технічній конференції “Контроль і управління в складних системах” КУСС-2005 (м. Вінниця, 2005).

Публікації. По матеріалах дисертаційної роботи опубліковано10 статей у наукових журналах з переліку ВАК України [1-10], дві тези у збірниках матеріалів науково-технічних конференцій [11, 12] та отримано чотири деклараційні патенти на корисну модель [13-16].

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатку. Основний зміст викладено на 150 сторінках друкованого тексту. Робота містить 8 таблиць, 78 рисунків. Загальний обсяг дисертації – 172 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми досліджень, сформульовані мета і задачі досліджень, відображені основні наукові результати і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі дисертації проводиться огляд літературних джерел та аналізуються сучасний стан розробок імпульсних логічних елементів, фазі-логічних елементів, математичних моделей фазі-логічних елементів та методи імпульсного кодування інформації; проводиться порівняльний аналіз радіоімпульсних та відеоімпульсних сигналів різних видів.

Проведений порівняльний аналіз різних видів сигналів показав, що найкращими способами представлення інформації для нейро-фазі систем є частотно-імпульсний, широтно-імпульсний і фазо-імпульсний.

Здійснений аналіз стану розробок елементів, які реалізують функції фазі-логіки, показав, що наведені у літературі фазі-логічні елементи реалізують лише функції мінімуму і максимуму. Відсутні схеми елементів, які реалізують інші функції фазі-логіки. У таких елементах вхідна та вихідна інформація представлена амплітудно-модульованими сигналами змінної напруги або змінного струму. До недоліків наведених елементів належить їх низька завадостійкість та обмежена кількість функцій фазі-логіки, які можуть бути реалізовані такими елементами. Це обумовлює актуальну наукову задачу – підвищення завадостійкості та розширення функціональних можливостей пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки для телекомунікаційних, радіотехнічних і мікроелектронних систем.

У другому розділі розроблено методи кодування значень фазі-логічних величин частотою, тривалістю та фазою імпульсів і математичні моделі частотно-, широтно- і фазо-імпульсних елементів, які реалізують операції фазі-логіки. Також розроблено математичні моделі складових частин фазі-контролерів – пристроїв автоматичного керування, які функціонують на основі фазі-логіки.

Розроблено методи імпульсного кодування фазі-логічних величин на основі існуючих методів. Основні співвідношення і формули розроблених методів представлені у табл. 1, де – вихідне значення фазі-логічної величини.

Таблиця 1

Імпульсне кодування фазі-величин

Тип

кодування | кодування фазі-величини

Частотно-імпульсне

Широтно-імпульсне

Фазо-імпульсне

Розроблено математичні моделі базових частотно-імпульсних, широтно-імпульсних і фазо-імпульсних елементів, які реалізують операції доповнення, мінімуму, максимуму. Отримані вирази наведені у табл. 2.

Таблиця 2

Математичні моделі базових операцій фазі-логіки

Логічна операція | Частотно-імпульсне представлення | Широтно-імпульсне представлення | Фазо-імпульсне представлення

доповнення

мінімум

максимум

Важливим етапом розробки спеціалізованих пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки – фазі-контролерів є визначення математичних моделей окремих блоків фазі-контролера. При цьому підвищити завадостійкість фазі-контролерів можна за рахунок використання у них імпульсних сигналів. У даному випадку при побудові математичних моделей застосовується розроблений метод кодування фазі-величин параметрами імпульсних сигналів.

Припустимо, що фазі-контролер з частотно-імпульсним представленням сигналів функціонує за базою правил.

У блок фазіфікації надходять вхідні імпульсні сигнали з частотами заповнення відповідно. Частоти заповнення кодують вхідні значення відповідно. На виході блоку фазіфікації отримуємо імпульсні сигнали з частотами заповнення . Робота блоку фазіфікації математично описується таким чином:

,

,

;

,

,

.

Ці сигнали поступають на входи блоку інференції, на виході якого отримуємо імпульсні сигнали з частотами заповнення, які визначаються таким чином:

, ,

, .

Ці сигнали поступають на вхід блоку операцій нормалізації, на виході якого з’являються імпульсні сигнали з частотами заповнення, які визначаються таким чином:

,

;

,

.

Ці сигнали поступають на входи блоку множення, на виходах якого отримуємо імпульсні сигнали з частотами заповнення, які визначаються таким чином:

, ;

, .

Ці сигнали надходять на вхід блоку додавання, на виході якого маємо імпульсний сигнал з частотою заповнення , яка визначається зі співвідношень

, .

У третьому розділі розроблено метод структурного синтезу елементів фазі-логіки. Синтезовані структурні схеми частотно-імпульсних фазі-логічних елементів, які реалізують базові (доповнення, мінімум, максимум) і додаткові (протиріччя, тавтологія, заборона, імплікація, стрілка Пірса, штрих Шефера, виключне АБО, еквівалентність) операції фазі-логіки. Синтезовані структурні схеми частотно-імпульсних фаз-логічних елементів, які реалізують операції типу “добуток” – це елементи “І”, “АБО” та “СУМА”. Також синтезовані структурні схеми широтно-імпульсних фазі-логічних елементів, які реалізують такі операції: “доповнення”, “мінімум”, “максимум”, “виключне АБО”.

У розробленому методі структурного синтезу елементів фазі-логіки у якості базових використовуються фізичні схеми, що здійснюють операції додавання (-елемент), віднімання (-елемент), розгалуження (-елемент) та ділення частоти сигналів на два (- елемент).

Суть розробленого методу структурного синтезу полягає у тому, що для кожної функції фазі-логіки заповнюється операторна таблиця (табл.3), потім вона аналізується, і на основі цього аналізу і операторного опису узагальненої структурної схеми (рис.1) складається операторний опис для кожного елемента; за операторним описом синтезується структурна схема.

Таблиця 3

Операторна таблиця |

1. Немає | 2. Перший | 3. Другий

1. вхідний сигнал

2. доповнення

3. мінімум

4. максимум

Операторний опис узагальненої структурної схеми елемента фазі-логіки має такий вигляд:

.

Тут поряд з кожним сигналом ставиться знак . Кожному такому знаку буде відповідати знак . Це означає, що сигнал є вхідним для оператора, перед яким розташований знак .

Проведемо синтез елемента протиріччя. Фазі-логічна операція протиріччя здійснюється за формулою . |

1. Немає | 2. Перший | 3. Другий

1. вхідний сигнал | +

2. доповнення | +

3. мінімум | +

4. максимум | +

1. Заповнюємо операторну таблицю:

2. Проводимо аналіз операторної таблиці:

Клітинка 1.3. порожня, значить у перший дужках операторного опису елемента протиріччя є тільки два оператори .

Клітинка 2.3. порожня, значить у перший дужках після першого оператору є лише одна стрілка, а у других дужках другі оператори і відсутні.

Клітинки 3.2. і 4.1. заповнені, значить у третіх дужках другі оператори і відсутні; у четвертих дужках другі оператори , , відсутні; також відсутні всі оператори з п’ятих та шостих дужок.

3. На основі проведеного аналізу складаємо операторний опис елемента протиріччя.

4. На основі операторного опису будуємо структурну схему елемента протиріччя, зображену на рис.2.

Структурна схема розробленого широтно-імпульсного елемента мінімуму представлена на рис.3.

У четвертому розділі виконані оцінка завадостійкості амплітудних, частотно-імпульсних та широтно-імпульсних сигналів та оцінка функціональних можливостей пристроїв фазі-логіки з амплітудним, частотно-імпульсним і широтно-імпульсним представленням інформації.

Розроблено функціональні схеми широтно-імпульсних фазі-логічних елементів, які реалізують операції: “мінімум”, “максимум”, структурні і функціональні схеми широтно-імпульсних фазі-нейронів “І”, “АБО” (рис.4). Роботу розроблених елементів мінімуму і максимуму та фазі-нейронів було промодельовано у програмі Micro-Cap VІ. Результати моделювання наведені на рис.5.

Також розроблено структурні схеми частотно-імпульсних фазі-нейронів “І”, АБО” (рис.6).

Розроблені методи кодування значень фазі-логічних величин частотою, тривалістю або фазою імпульсів модифіковано для випадку кодування інформації у нейро-фазі-мережах.

Найбільшу кількість функцій фазі-логіки (14) можна реалізувати за допомогою фазі-логічних елементів з частотно-імпульсним представленням інформації. Фазі-логічні елементи з широтно-імпульсним представленням інформації можуть реалізувати 11 функцій з 14 можливих. Фазі-логічні елементи з амплітудним представленням інформації також можуть реалізувати 11 функцій.

ВИСНОВКИ

Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню актуальної науково-технічної задачі підвищення завадостійкості та розширення функціональних можливостей пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки для телекомунікаційних, радіотехнічних і мікроелектронних систем.

Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень полягають у наступному:

1. Розроблено метод структурного синтезу елементів фазі-логіки. Його суть полягає у тому, щодля кожної функції фазі-логіки заповнюється операторна таблиця, потім вона аналізується, і на основі цього аналізу і узагальненого операторного опису складається операторний опис для кожного елемента; за операторним описом синтезується структурна схема. Цей метод дозволяє синтезувати структурні схеми частотно-імпульсних та широтно-імпульсних елементів, які реалізують базові і додаткові елементи фазі-логіки.

2. Розроблено методи частотно-імпульсного, широтно-імпульсного і фазо-імпульсного кодування фазі-величин, які дозволяють досить точно представити значення функції належності. При цьому значенню функції належності відповідає частота заповнення імпульсів, тривалість імпульсу або різниця фаз. Відмінністю цих методів є те, що у них значення фазі-логічного нуля кодуються не відсутністю імпульсів, а імпульсами з мінімальною величиною частоти, тривалості або фази, що дозволяє синтезувати не лише елементи, які здійснюють логічний висновок типу “макс-мін”, а також елементи фазі-логіки, які здійснюють логічний висновок типу “добуток”. Також розроблені методи кодування модифіковано для нейро-фазі-мереж: наведені формули для кодування вхідних і вихідних імпульсних сигналів нейрону та ваг синапсів частотою слідування імпульсів, тривалістю імпульсів послідовності і зсувом імпульсів у часі.

3. Вперше розроблено математичні моделі базових (доповнення, мінімум, максимум) елементів фазі-логіки, застосування яких дозволить синтезувати імпульсні елементи і пристрої, які характеризуються високою завадостійкістю. Вперше розроблено математичні моделі елементів фазі-логіки типу “добуток” для побудови імпульсних елементів, які реалізують операції “І”, “АБО”, “СУМА”. Вперше розроблені математичні моделі окремих блоків фазі-контролерів з частотно-імпульсним, широтно-імпульсним і фазо-імпульсним представленням інформації, які можна використати при розробці структурних і електричних схем. Розроблені математичні моделі відрізняються від відомих тим, що інформація у них представляється частотно-, широтно- і фазо-імпульсними сигналами, що дозволяє підвищити завадостійкість елементів та пристроїв і розширити їх функціональні можливості.

4. Синтезовано структурні схеми частотно-імпульсних елементів, які реалізують базові (доповнення, мінімум, максимум) і додаткові (протиріччя, тавтологія, заборона, імплікація, стрілка Пірса, штрих Шефера, виключне АБО, еквівалентність) операції фазі-логіки. Також розроблено структурні схеми частотно-імпульсних елементів, які реалізують операції “І”, “АБО”, “СУМА”. Представлені елементи виконуються на змішувачах, ФНЧ, ФВЧ, перемикачах і подільниках частоти. Також синтезовано структурні схеми широтно-імпульсних елементів, які реалізують базові операції фазі-логіки. Розроблені елементи відрізняються від відомих тим, що інформація у них представлена частотно-імпульсними та широтно-імпульсними сигналами, що дає можливість підвищити їх завадостійкість і розширити функціональні можливості.

5. На основі розроблених елементів мінімуму і максимуму побудовано структурні схеми частотно-імпульсних та широтно-імпульсних фазі-нейронів “І”, “АБО” для гібридних нейронних мереж. Розроблено функціональні схеми широтно-імпульсних елементів, які здійснюють операції мінімуму і максимуму. Проведене моделювання роботи розроблених широтно-імпульсних елементів та пристроїв фазі-логіки за допомогою програмного пакету Micro-Cap доводить їх роботоздатність.

СПИСОК ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Войцеховська О.О. Застосування частотно-імпульсного кодування інформації у нейронних мережах // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2005. – №5. – С.120-123.

2. Войцеховська О.О. Проектування мікроелектронних фазі-контролерів // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. – 2005. – №2. – С.73-79.

3. Почерняєв В.Н., Охрущак А.В., Войцеховская Е.А. Обработка сигналов в рабочей полосе частот современных ЦРРС // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2001. – №3.– С.54-59.

4. Кичак В.М., Войцеховська О.О. Оцінка завадостійкості частотно-імпульсних логічних елементів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2004. – №1. – С.89-91.

5. Войцеховський О.А., Войцеховська О.О. Розв’язування деяких задач спектрального аналізу за допомогою систем Maple 96 // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2001. – №5. – С.113-115.

6. Кичак В.М., Войцеховська О.О. Синтез частотно-імпульсних елементів фазі-логіки // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2005. – №1. – С.90-93.

7. Войцеховская Е.А., Кичак В.М. Синтез широтно-импульсных элементов фаззи-логики // Прикладная радиоэлектроника.– 2005. – Т.4, №2. – С.229–232.

8. Кичак В.М., Войцеховська О.О. Фазі-нейрони з частотно-імпульсним представлення інформації // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2005. – №2. – С.98-102.

9. Кичак В.М., Войцеховська О.О. Широтно-імпульсне кодування інформації в нейронних мережах // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005. – Ч.1, Т.2, №4. – С.27-29.

10. Кичак В.М., Семенова О.О. Математичні моделі частотно-імпульсних пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки // Вісті Академії інженерних наук України. – 2005. – №4. – С.44-46.

11. Войцеховська О.О. Застосування частотно-імпульсного кодування інформації у нейронних мережах // Матеріали І-ї міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування” (СПРТП-2005). – Вінниця. – 2005. – С.122.

12. Войцеховська О.О. Проектування мікроелектронних фазі-контролерів // Тези доповідей VIIІ-ї міжнародної науково-технічної конференції “Контроль і управління в складних системах” (КУСС-2005). – Вінниця. – 2005. – С.42.

13. Патент 10472 України, по класу Н03К19/20. Частотно-імпульсний фазі-логічний елемент мінімуму / Кичак В.М., Войцеховська О.О. (Україна). – №200504200; Заявлено 4.05.05; Опубл. 15.11.05, Бюл. №11. – 2 с.

14. Патент 10473 України, по класу Н03К19/20. Частотно-імпульсний фазі-логічний елемент максимуму / Кичак В.М., Войцеховська О.О. (Україна). – №200504201; Заявлено 4.05.05; Опубл. 15.11.05, Бюл. №11. – 2 с.

15. Патент 12041 України, по класу Н03К19/20. Логічний елемент “І” / Кичак В.М., Войцеховська О.О. (Україна). – №200507378; Заявлено 25.07.05; Опубл. 16.01.06, Бюл. №1. – 2 с.

16. Патент 12516 України, по класу Н03К19/20. Логічний елемент “АБО” / Кичак В.М., Войцеховська О.О. (Україна). – №200507355; Заявлено 25.07.05; Опубл. 15.02.06, Бюл. №2. – 2 с.

АНОТАЦІЯ

Семенова О. О. Елементи фазі-логіки з імпульсним представленням інформації та пристрої на їх основі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. – Вінницький національний технічний університет, Вінниця. – 2006.

Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню актуальної науково-технічної задачі підвищення завадостійкості та розширення функціональних можливостей пристроїв автоматичного керування на основі фазі-логіки. Розроблено метод структурного синтезу елементів фазі-логіки. Розроблено методи частотно-імпульсного, широтно-імпульсного і фазо-імпульсного кодування фазі-величин, які дозволяють досить точно представити значення функції належності. Вперше розроблено математичні моделі базових елементів фазі-логіки, застосування яких дозволить синтезувати імпульсні елементи і пристрої, які характеризуються високою завадостійкістю. Вперше розроблено математичні моделі елементів фазі-логіки типу “добуток”. Вперше розроблено математичні моделі блоків фазі-контролерів, які відрізняються від відомих тим, що інформація у них представляється частотно-, широтно- і фазо-імпульсними сигналами, що дозволяє підвищити завадостійкість і розширити їх функціональні можливості. Синтезовано структурні схеми частотно-імпульсних та широтно-імпульсних елементів фазі-логіки. Побудовано структурні схеми частотно-імпульсних та широтно-імпульсних фазі-нейронів для фазі-нейронних мереж. Розроблено функціональні схеми широтно-імпульсних елементів, які здійснюють операції мінімуму і максимуму. Роботоздатність розроблених широтно-імпульсних елементів фазі-логіки перевірена за допомогою програмного пакету Micro-Cap.

Ключові слова: фазі-логіка, фазі-контролер, кодування, синтез, частотно-імпульсний, завадостійкість.

АННОТАЦИЯ

Семёнова Е. А. Элементы фаззи-логики с импульсным представлением информации и устройства на их основе.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. – Винницкий национальный технический университет, Винница. – 2006.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической задачи повышения помехоустойчивости и расширения функциональных возможностей устройств автоматического управления на основе фаззи-логики. Разработан метод структурного синтеза элементов фаззи-логики. Разработаны методы частотно-импульсного, длительно-импульсного и фазо-импульсного кодирования фаззи-величин, которые позволяют достаточно точно представить значения функции принадлежности. Впервые разработаны математические модели базовых элементов фаззи-логики, применение которых позволит синтезировать импульсные элементы и устройства, которые характеризируются высокой помехоустойчивостью. Впервые разработаны математические модели элементов фаззи-логики типа “произведение”. Впервые разработаны математические модели блоков фаззи-контроллеров, которые отличаются от известных тем, что информация в них представляется частотно-, длительно- и фазо-импульсными сигналами, что позволяет повысить помехоустойчивость и расширить функциональные возможности. Синтезированы структурные схемы частотно-импульсных и длительно-импульсных элементов фаззи-логики. Построены структурные схемы частотно-импульсных и длительно-импульсных фаззи-нейронов для фаззи-нейронных сетей. Разработаны функциональные схемы длительно-импульсных элементов, которые выполняют операции минимума и максимума. Работоспособность разработанных длительно-импульсных элементов фаззи-логики проверена с помощью программного пакета Micro-Cap.

Ключевые слова: фаззи-логика, фаззи-контроллер, кодирование, синтез, частотно-импульсный, помехоустойчивость.

ABSTRACT

Semenova O.O. Pulse fuzzy logic elements and devices on their base.

The thesis for the candidate of science degree by specialty 05.13.05 – Elements and devices of computer facilities and control systems. – Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia. – 2006.

The thesis is devoted to a solving of an actual scientific technical problem of noise stability increasing and functional capacity extension of fuzzy logic-based automatic control devices, using pulse-frequency, pulse-duration, and pulse-phase information representing. A subject or research is fuzzy logical elements with pulse-frequency, pulse-duration, and pulse-phase information representing. Method of fuzzy logic elements structural synthesis has been developed. According to it, for each fuzzy logic function an operation table must be filled in, then it must be analyzed. An operation description for each element is derived from the analysis and general operation description. Structural scheme is synthesized after the operational description. Methods of pulse-frequency, pulse-duration and pulse-phase fuzzy-values encoding have been developed, they permit to present membership function values quite accurate. For the first time mathematical models of basic fuzzy logic elements have been developed, using of them permits to synthesize pulse elements and devices with high noise stability. For the first time mathematical models of “product” fuzzy logic elements have been developed. For the first time mathematical models of fuzzy-controllers’ blocks have been developed, they distinguish from the known ones by the pulse-frequency, pulse-duration and pulse-phase signals presenting of information, that permits to increase noise stability and to extend their functional capacity. Structural schemes of pulse-frequency and pulse-duration fuzzy logic elements have been synthesized. The elements perform such fuzzy logic operations as: complement, minimum, maximum, contradiction, tautology, prohibition, implication, Peirce's arrow, Sheffer's dash, exclusive OR, equivalence. The elements are made of basis elements, which perform operation of addition, subtraction, partition, division for two. Also structural schemes of pulse-frequency fuzzy logic product elements "AND", "OR", "SUM" have been synthesized. Structural schemes of pulse-frequency and pulse-duration fuzzy neurons for neuro-fuzzy networks have been defined. In the fuzzy neurons inputs are combined with synaptic weights by AND, OR operators; activation functions correspond to minimum and maximum fuzzy operations. Functional schemes of pulse-duration minimum and maximum elements have been developed. Efficiency of the developed pulse-duration fuzzy logic elements has been tested using the Micro-Cap program. Estimation of pulse-frequency, pulse-duration, and amplitude signals' noise stability has been carried out. Estimation of pulse-frequency, pulse-duration, and amplitude fuzzy logical elements' functional facilities has been carried out.

Key words: fuzzy logic, fuzzy-controller, encoding, synthesis, pulse-frequency, noise stability.

Підписано до друку 4.09.2006 р. Формат 29.7x421/4

Наклад 100 прим. Зам. № 2006-145

Віддруковано в комп'ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького національного технічного університету

М. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95. Тел. 59-81-59