基于憶阻器的模糊推理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用.pdf

1、模糊推理系統(tǒng)自提出以來一直被認(rèn)為是一種最接近人腦計(jì)算能力的智能系統(tǒng)，模糊系統(tǒng)具有推理過程容易理解、專家知識利用較好、對樣本的要求較低等優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)又存在人工干預(yù)多、推理速度慢、精度較低等缺點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)和聯(lián)想功能，用于模擬人腦的思維功能，且人工干預(yù)少，精度較高，但缺點(diǎn)是它不能處理和描述模糊信息，不能很好的利用已有的經(jīng)驗(yàn)知識，同時(shí)它對樣本的要求較高。如果將二者有機(jī)地結(jié)合起來，可起到互補(bǔ)的效果。

2、
　　人腦神經(jīng)元數(shù)量龐大，神經(jīng)元之間連接復(fù)雜，現(xiàn)有的研究大都致力于設(shè)計(jì)軟件計(jì)算系統(tǒng)，難以設(shè)計(jì)出與人腦計(jì)算能力相匹配的硬件系統(tǒng)，亟待提出一種可以擴(kuò)展的簡單硬件來模擬人腦單元。納米級器件憶阻器的提出使類腦硬件電路的實(shí)現(xiàn)成為可能。憶阻器是一種無源元件，具有阻值連續(xù)可變，非易失性，快速的開關(guān)轉(zhuǎn)換特性等優(yōu)勢，在關(guān)掉電源后，仍能“記憶”通過的電荷，這與神經(jīng)元突觸的行為類似，可作為神經(jīng)突觸硬件實(shí)現(xiàn)的替代物。
　　模糊系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)

3、展，因此研究者們都熱衷于找到一種可行的方法來實(shí)現(xiàn)一套能夠高速實(shí)時(shí)運(yùn)行的模糊系統(tǒng)。傳統(tǒng)的模糊系統(tǒng)將語言信息在數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)行處理，隸屬函數(shù)在表示語言變量時(shí)轉(zhuǎn)化為二值編碼，而隨著現(xiàn)代科技對計(jì)算速度的要求，就需要計(jì)算速度更快的模擬電路形式。取大（max）和取?。╩in）函數(shù)是模糊邏輯里面最重要的部分，如模糊推理就需要取大和取小函數(shù)來確定推理結(jié)果。本文的主要研究內(nèi)容包括以下三個(gè)部分。
　　(1)為了提供一種硬件實(shí)現(xiàn)類腦計(jì)算系統(tǒng)的方案，本文提

4、出一種基于憶阻交叉陣列的模糊推理系統(tǒng)，并對復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行建模來驗(yàn)證設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正確性。首先將傳統(tǒng)的前向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成交叉陣列結(jié)構(gòu)，并利用交叉陣列來存儲(chǔ)模糊規(guī)則，構(gòu)造了一種新型模糊推理系統(tǒng)，隨后提出了一種基于HP憶阻器交叉陣列結(jié)構(gòu)的模糊推理系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)后可以根據(jù)交叉陣列的輸出電壓計(jì)算得到模糊推理結(jié)果，最后用所設(shè)計(jì)的推理系統(tǒng)對復(fù)雜函數(shù)建模，數(shù)值仿真驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正確性。
　　(2)利用所提出的模糊推理系統(tǒng)設(shè)

5、計(jì)了一種基于憶阻交叉陣列的模糊PID控制器，并對典型被控對象進(jìn)行控制，通過數(shù)值仿真得到控制曲面，控制參數(shù)變化過程曲線和控制曲線，證明該系統(tǒng)能正確表示各控制曲面，且響應(yīng)曲線和控制參數(shù)都表明該模糊控制系統(tǒng)表現(xiàn)良好。通過與傳統(tǒng)PID控制和MATALB模糊PID控制工具進(jìn)行對比，也表明所設(shè)計(jì)模糊推理系統(tǒng)在PID控制方面的優(yōu)勢，這也為多變量和多維模糊控制器提供了新的研究思路。
　　(3)基于墨滴擴(kuò)散的模糊邏輯原理，利用自旋憶阻器的交叉陣列結(jié)

6、構(gòu)存儲(chǔ)模糊關(guān)系，本文設(shè)計(jì)了一種基于自旋憶阻器交叉陣列的模糊邏輯門電路，并用LTSPICE電路仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的模糊門電路的正確性和可行性，此模糊邏輯門電路不僅可以通過更少的步驟實(shí)現(xiàn)“與”、“或”、“非”、“異或”等模糊運(yùn)算，且此模糊邏輯門結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)算速度快，硬件實(shí)現(xiàn)成本低、體積小、能耗低、應(yīng)用范圍廣，不僅能夠用于傳統(tǒng)的數(shù)字和模擬電路中的各種邏輯門，填補(bǔ)了模糊邏輯門電路的空白，此電路還可以擴(kuò)展到3值和多值的模糊邏輯。為模糊系統(tǒng)及模糊神經(jīng)