仿真波形 - 基于FPGA的模糊控制器控制蔗糖提取性能比傳統控制器更高的實驗與驗證

圖 4：當重量為 750kg，高度為 90cm，輥速為 16.6 cm/s 時的仿真波形

硬件實現步驟包括在我們 MITS 校園實驗室中進行的 VHDL 建模、仿真、綜合和 FPGA 實現。我們使用混合型建模方法來設計三輸入模糊控制器的 VHDL 模型，其中包括行為建模和結構建模。該設計在賽靈思的 ISim 仿真器上進行仿真。ISim 生成的波形用來驗證控制器的功能。圖4 給出了傾斜傳送帶中甘蔗重量為 750kg，Donnelly 榨糖機中甘蔗高度為 90cm，輥速為 16.6cm/s 時的仿真波形。在這些條件下，期望的傾斜電機速度為 54.2rpm (MATLAB)。去模糊化仿真結果為 36H 或 54 rpm,與 MATLAB 結果匹配,并驗證了設計。

仿真之后，我們對設計進行綜合，以生成技術原理圖和粗略的器件利用報告。我們發現我們的設計使用了 78% 以上的 Virtex-6 Slice 查找表 (LUT)，93% 的已占用 Slice，1% 的 Slice 寄存器，以及 1% 的 LUT 觸發器。

然后，我們將 VHDL 結果與傳統控制器結果進行對比（見表 2）。對比結果表明模糊邏輯系統比傳統控制器效率更高。位于 MITS 的實驗室提供一塊用于研究的 Spartan?-6 FPGA。然而，我們發現所需的 LUT 模塊數量超出了目標器件的容量。這就是為什么我們轉而在 Virtex-6 上實現設計。但是，由于缺少資源，我們無法在實驗室中進行實時實現。下一步中，我們希望與印度國家制糖學會管理部門聯合開發整個系統，并在真實環境中驗證結果。我們已經向印度國家制糖學會交付方案演示，并收到了正面回應。我們堅信模糊邏輯概念很有可能改變制糖工業的未來。