Елементи фазі-логіки з імпульсним представленням інформації та пристрої на їх основі - Автореферат

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. 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. 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. 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”.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. Здійснений аналіз стану розробок елементів, які реалізують функції фазі-логіки, показав, що наведені у літературі фазі-логічні елементи реалізують лише функції мінімуму і максимуму. До недоліків наведених елементів належить їх низька завадостійкість та обмежена кількість функцій фазі-логіки, які можуть бути реалізовані такими елементами. 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. 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).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. 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.

Основний зміст роботи

Дисертаційну роботу присвячено розвязанню 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.

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. Розвязування 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 VIII-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.