Year 2020, Volume 1 , Issue 1, Pages 1 - 9 2020-06-01

Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi

Fatih KARATAŞ [1] , İsmail KOYUNCU [2] , Murat TUNA [3] , Murat ALÇIN [4]


Bu çalışmada, gerçek zamanlı Bulanık Mantık uygulamaları için gauss, triangular (üçgen), trapezoidal (yamuk), generalized bell-shaped (genelleştirilmiş çan eğrisi) üyelik fonksiyonlarının matematiksel modeli referans alınarak 32-bit IEEE-754-1985 kayan noktalı sayı standardına uygun FPGA (Field Programmable Gate Array-Alan Programlanabilir Kapı Dizileri) tabanlı gauss, üçgen, yamuk ve çan eğrisi üyelik fonksiyonu üniteleri tasarlanmıştır. Tasarım VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language-Çok Yüksek Hızlı Tümleşik Devre Donanımı Tanımlama Dili) ile kodlanmış ve Xilinx ISE Design Suite programı kullanılarak sentezlenmiştir. Tasarlanan ünitelerin test edilebilmesi amacıyla testbench dosyaları oluşturulmuştur. Bu test verilerinden elde edilen sonuçlar ile Matlab tabanlı nümerik sonuçlar karşılaştırılmış ve hata değerleri hesaplanmıştır. Place&Route işleminin ardından FPGA tabanlı Gauss Üçgen, Yamuk ve Çan eğrisi üyelik fonksiyonlarına ait ünitelerin maksimum çalışma frekansları elde edilmiştir. Place&Route işleminin ardından FPGA tabanlı Gauss üyelik fonksiyon ünitesinin maksimum çalışma frekansı 304.534 MHz, Üçgen üyelik fonksiyon ünitesinin maksimum çalışma frekansı 245.031 MHz, Yamuk üyelik fonksiyon ünitesinin maksimum çalışma frekansı 599.664 MHz ve Çan eğrisi üyelik fonksiyon ünitesinin maksimum çalışma frekansı 185.086 MHz olarak elde edilmiştir.
Bulanık Mantık, Bulanıklaştırma, Üyelik Fonksiyonları, FPGA, VHDL
  • Abu-Khudhair, A., Muresan, R., Yang, S.X. (2010). FPGA based real-time adaptive fuzzy logic controller. IEEE International Conference on Automation and Logistics, Hong Kong and Macau, pp. 539-544.
  • Altaş, İ.H. (1999). Bulanık Mantık: Bulanık Denetim. Enerji, Elektrik, Elektromekanik-3e, Bilesim Yayıncılık A.Ş., İstanbul, Sayı 64, Sayfalar:76-81
  • Alçın, M., Pehlivan, İ., Koyuncu, İ. (2016). Hardware design and implementation of a novel ANN-based chaotic generator in FPGA. Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 127(13), 5500-5505.
  • Alçın, M., Koyuncu, İ., Tuna, M., Varan, M., & Pehlivan, İ. (2019). A novel high speed Artificial Neural Network–based chaotic True Random Number Generator on Field Programmable Gate Array. International Journal of Circuit Theory and Applications, 47(3), 365-378.
  • Avcı, M.G., Selim, H. (2013). A fuzzy rule based expert system for stock evaluation and portfolio construction: An application to Istanbul Stock Exchange. Expert Systems with Applications 40(3):908–920.
  • Cholis, N., Kuspriyanto, K., Saefudin, D., Nugraha, I.K. (2014). Developing Adaptive Cruise Control Based on Fuzzy Logic Using Hardware Simulation. International Journal of Electrical and Computer Engineering 4(6)
  • Cruz-Alejo, J., Antonio-Méndez. R,, Salazar-Pereyra, M. (2019). Fuzzy logic control on FPGA for two axes solar tracking. Neural Comput & Applic 31, 2469–2483.
  • Danapalasingam, K.A., Sabri, M.F.M, Rahmat, M.F. (2018). Improved Fuel Economy of Through-the-Road Hybrid Electric Vehicle with Fuzzy Logic-Based Energy Management Strategy. International Journal of Fuzzy Systems 20(8)
  • Dutta, P., Mishra, O.P., Naskar, M.K. (2012). Decision analysis for earthquake prediction methodologies: fuzzy inference algorithm for trust validation. International Journal of Computer Applications 45:13-20.
  • Elmas, Ç. (2003). Bulanık mantık denetleyiciler. Seçkin Yayıncılık, Ankara.
  • Fayaz, M., Kim, D. (2017). An Effective Control Method of IP Camera Based on Fuzzy Logic and Statistical Moments. International Journal of Control and Automation 10(4):97-108.
  • Ferreira, J.A.F., Soares dos Santos, M.P. (2014). Novel intelligent real-time position tracking system using FPGA and fuzzy Logic. ISA Transactions, Volume 53, Issue 2, Pages 402-414, ISSN 0019-0578
  • Fitzgerald, J.A., Geiselbrechtinger, F., Kechadi, T. (2004). Application of fuzzy logic to online recognition of handwritten symbols. Conference: Frontiers in Handwriting Recognition, 2004. IWFHR-9 2004. Ninth International Workshop on.
  • Karaboğa, D., Bağış, A., Haktanır, T. (2004). A new method for reservoir control of dams. Hydrological Processes, Vol. 18/13, pages 2485- 2501.
  • Karataş, F., Koyuncu, İ., Alçın, M., Tuna, M. (2020). FPGA based Implementatıon of membership functions for real time fuzzy logic applications, International Asian congress on Contemporary Sciences-3, Konya, Turkey, pp. 62-69.
  • Kaur, D.A., Kaur, K. (2009). Fuzzy expert systems based on membership functions and fuzzy rules. IEEE International Conference on Artificial Intelligence and Computational Intelligence, AICI'09. Vol. 3, pp. 513-517.
  • Khokhar, S., Peng, Q., Asif, A., Noor, M.Y., Inam, A. (2020). A Simple Tuning Algorithm of Augmented Fuzzy Membership Functions. IEEE Access, vol. 8, pp. 35805-35814.
  • Klir, G.J., Yuan, B. (1995). Fuzzy Sets and Fuzzy Logic. Theory and Applications, Prentice Hall.
  • Koyuncu, İ. (2018). Implementation of High Speed Tangent Sigmoid Transfer Function Approximations for Artificial Neural Network Applications on FPGA. Advances in Electrical and Computer Engineering, vol.18, no.3, pp.79-86.
  • Koyuncu, İ., Tuna, M., Alçın, M. (2018). FPGA tabanlı farklı nümerik algoritmalar ile kaotik osilatör tasarımları. International Eurasian Conference on Science, Engineering and Technology. November 22-23, 2018 Ankara, Turkey.
  • Lokman, G. (2011). Parçacık Sürü Optimizasyon Algoritması ile Bulanık Kontrolör Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, pp.36-37.
  • Mamdani, E.H., Assilian, S. (1975). An experiment in linguistic synthesis with a fuzzy logic controller. International journal of man-machine studies, 7(1), 1-13.
  • Masmoudi, M.S., Krichen, N., Koesdwiady, A.B., Karray, F., Masmoudi, M. (2017). Design and FPGA Implementation of a Fuzzy-PI Controller for Omnidirectional Robot System. In: Kim JH, Karray F, Jo J, Sincak P, Myung H (eds). Robot Intelligence Technology and Applications 4. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 447. Springer, Cham
  • Melin, P., Urías, J., Castillo, O. (2006). Voice Recognition with Neural Networks, Type2 Fuzzy Logic and Genetic Algorithms. Engineering Letters 13(2):108-116
  • Mukaidono, M., Shen, Z., Ding, L. (1987). Fuzzy Prolog. International Fuzzy Systems Association Congress, Tokyo, Japan.
  • Passino, K.M., Yurkovich, S. (1998). Fuzzy Control. Addison-Wesley; 1st edition, ISBN-10: 020118074X, Chapter 1, pp.1-110.
  • Patel, A., Gupta, S.K., Rehman, Q., Verma, M.K. (2013). Application of Fuzzy Logic in Biomedical Informatics. Journal of Emerging Trends in Computing and Information Sciences. Vol. 4, No. 1, ISSN 2079-8407
  • Pérez-Patricio, M., Aguilar-González, A,, Arias-Estrada, M., Hernández-de León, H., Camas-Anzueto, J. (2016). An FPGA stereo matching unit based on fuzzy logic. Microprocessors and Microsystems: Embedded Hardware Design (MICPRO), 42, pp.87-99.
  • Rajagopal, K., Tuna, M., Karthikeyan, A., Koyuncu, İ., Duraisamy, P., & Akgul, A. (2019). Dynamical analysis, sliding mode synchronization of a fractional-order memristor Hopfield neural network with parameter uncertainties and its non-fractional-order FPGA implementation. The European Physical Journal Special Topics, 228(10), 2065-2080.
  • Sanchez-Solano, S., Cabrera, A.J., Baturone, I., Moreno-Velo, F.J., Brox, M. (2007). FPGA Implementation of Embedded Fuzzy Controllers for Robotic Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 4, pp. 1937-1945.
  • Singhala, P., Shah, D.N., Patel, B. (2014). Temperature Control using Fuzzy Logic. International Journal of Instrumentation and Control Systems (IJICS) Vol.4, No.1
  • Sugeno, M. (1985). An introductory survey of fuzzy control. Information sciences, 36(1-2), 59-83.
  • Sulaiman, N., Obaid, Z.A., Marhaban, M.H., Hamido, M.N. (2009). FPGA-Based Fuzzy Logic: Design and Applications- a Review. IACSIT International Journal of Engineering and Technology Vol.1, No.5, ISSN: 1793-8236
  • Şen, Z. (2012). Fuzzy Philosophy of Science. Journal of Higher Education and Science, 2, 20-24.
  • Taeed, F., Salam, Z., Ayob, S. (2012). FPGA Implementation of a Single-Input Fuzzy Logic Controller for Boost Converter With the Absence of an External Analog-to-Digital Converter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 2, pp. 1208-1217.
  • Tchendjou, G.T., Simeu, E., Alhakim, R. (2018). Fuzzy logic based objective image quality assessment with FPGA implementation. Journal of Systems Architecture, Volume 82, Pages 24-36, ISSN 1383-7621.
  • Tuna, M., Koyuncu, İ., Alçın, M. (2018). Fixed and Floating point-Based High-Speed Chaotic Oscillator Design with Different Numerical Algorithms on FPGA. International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. Vol. 7, Issue 7, ISSN: 2278 – 8875.
  • Tuna, M., Alçın, M., Koyuncu, İ., Fidan, C. B., & Pehlivan, İ. (2019). High speed FPGA-based chaotic oscillator design. Microprocessors and Microsystems, 66, 72-80.
  • Yasunobu, S., Miyamoto, S., Ihara, H. (2002). A Fuzzy Control for Train Automatic Stop Control. Trans. of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol.E-2, No.1, 1/9.
  • Yılmaz, C., Koyuncu, İ., Alçın, M., & Tuna, M. (2019). Artificial Neural Networks based thermodynamic and economic analysis of a hydrogen production system assisted by geothermal energy on Field Programmable Gate Array. International Journal of Hydrogen Energy, 44(33), 17443-17459.
  • Zadeh, H.G. (2011). Diagnosing Breast Cancer with the Aid of Fuzzy Logic Based on Data Mining of a Genetic Algorithm in Infrared Images. Middle East Journal of Cancer 3(4):119-129.
  • Zadeh, L.A. (1965). Fuzzy Algorithms. Information and Control, 8, 338-353.
Primary Language tr
Subjects Computer Science, Artifical Intelligence
Published Date Bahar
Journal Section Research Articles
Authors

Orcid: 0000-0003-1877-5552
Author: Fatih KARATAŞ (Primary Author)
Institution: AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ
Country: Turkey


Orcid: 0000-0003-4725-4879
Author: İsmail KOYUNCU
Institution: AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ
Country: Turkey


Orcid: 0000-0003-3511-1336
Author: Murat TUNA
Institution: KIRKLARELİ ÜNİVERSİTESİ
Country: Turkey


Orcid: 0000-0002-2874-7048
Author: Murat ALÇIN
Institution: AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ
Country: Turkey


Dates

Acceptance Date : April 9, 2020
Publication Date : June 1, 2020

Bibtex @research article { bibted708160, journal = {Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi}, issn = {}, address = {Mersin Üniversitesi}, publisher = {Mersin University}, year = {2020}, volume = {1}, pages = {1 - 9}, doi = {}, title = {Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi}, key = {cite}, author = {Karataş, Fatih and Koyuncu, İsmail and Tuna, Murat and Alçın, Murat} }
APA Karataş, F , Koyuncu, İ , Tuna, M , Alçın, M . (2020). Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi . Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi , 1 (1) , 1-9 . Retrieved from https://dergipark.org.tr/en/pub/bibted/issue/53797/708160
MLA Karataş, F , Koyuncu, İ , Tuna, M , Alçın, M . "Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi" . Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi 1 (2020 ): 1-9 <https://dergipark.org.tr/en/pub/bibted/issue/53797/708160>
Chicago Karataş, F , Koyuncu, İ , Tuna, M , Alçın, M . "Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi". Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi 1 (2020 ): 1-9
RIS TY - JOUR T1 - Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi AU - Fatih Karataş , İsmail Koyuncu , Murat Tuna , Murat Alçın Y1 - 2020 PY - 2020 N1 - DO - T2 - Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 1 EP - 9 VL - 1 IS - 1 SN - - M3 - UR - Y2 - 2020 ER -
EndNote %0 Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi %A Fatih Karataş , İsmail Koyuncu , Murat Tuna , Murat Alçın %T Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi %D 2020 %J Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi %P - %V 1 %N 1 %R %U
ISNAD Karataş, Fatih , Koyuncu, İsmail , Tuna, Murat , Alçın, Murat . "Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi". Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi 1 / 1 (June 2020): 1-9 .
AMA Karataş F , Koyuncu İ , Tuna M , Alçın M . Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi. BIBTED. 2020; 1(1): 1-9.
Vancouver Karataş F , Koyuncu İ , Tuna M , Alçın M . Bulanık Mantık Üyelik Fonksiyonlarının Fpga Üzerinde Gerçeklenmesi. Bilgisayar Bilimleri ve Teknolojileri Dergisi. 2020; 1(1): 1-9.