JPH0794992B2 - ファジィ制御用センサ - Google Patents

ファジィ制御用センサ

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JPH0794992B2
JPH0794992B2 JP20401091A JP20401091A JPH0794992B2 JP H0794992 B2 JPH0794992 B2 JP H0794992B2 JP 20401091 A JP20401091 A JP 20401091A JP 20401091 A JP20401091 A JP 20401091A JP H0794992 B2 JPH0794992 B2 JP H0794992B2
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俊隆 柴田
克房 庄野
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Fujikura Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、列車等の自動運転制
御、OA(オフィスオートメーション)機器の制御、家
庭電気製品の制御など幅広い分野で採用されているファ
ジィ制御に用いるセンサとして好適なファジィ制御用セ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】ファジィ推論を応用したいわゆるファジ
ィ制御は、列車の自動運転システム、OA機器等に利用
される音声認識および画像認識等のシステム、カメラお
よび洗濯機等の家庭電気製品など幅広い分野で用いられ
つつある。
【0003】一般に、ファジィ制御を行うためには、制
御対象の状態を認識するために必要な情報を検出するセ
ンサの出力信号を増幅し、A/D(アナログ−ディジタ
ル)変換した後、マイクロコンピュータなどでファジィ
推論演算を行っていた。
【0004】図6に一般的なファジィ制御の一例におけ
る制御の流れを示す。ファジィ制御は、基本的には制御
対象の環境状態に応じて制御量を決定する方法の一種で
ある。図6の例では、外部の環境状態として例えば光強
度と温度のような2種類の環境状態のセンサ信号を用い
ている。ステップS1およびS2で入力される第1およ
び第2のセンサ信号に基づいて、それぞれステップS3
およびS4でメンバシップ値が計算され、ステップS5
でこれらメンバシップ値に所定の演算ルールが適用され
て演算が行われる。ステップS5の演算結果に対してス
テップS6で制御出力用のメンバシップ関数によりMI
N−MAX演算および重心点の計算によるデファジィ化
が行われ、その結果に基づいてステップS7で制御量が
決定されて出力される。ステップS3〜S6の部分がい
わゆるファジィ制御である。
【0005】従来のファジィ制御応用システムでは、図
6のステップS1〜S4においてセンサ信号からメンバ
シップ関数の値を求めるために、図7に示すように、セ
ンサ信号1をアナログ信号増幅部2で増幅し、増幅され
た信号をA/D(アナログ−ディジタル)変換部3でデ
ィジタル値に変換し、CPU(中央処理装置)4に与え
て、CPU4による演算によりメンバシップ関数値を求
めていた。CPU4は処理に際して必要に応じてデータ
をメモリ5に格納する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のファジ
ィ制御応用システムでは、メンバシップ関数値を求める
のに、CPUによる複雑な演算を行っており、CPUに
対する負荷が大きいためシステムが高価であるという欠
点を持っていた。
【0007】また、近年、ファジィ制御用の汎用プロセ
ッサが開発されているが、このようなプロセッサの場合
も図6のステップS3〜S6の部分の処理をすべてプロ
セッサで行っているため、プロセッサに係る負担が大き
く、プロセッサ自体の大規模化および大容量化を招いて
いた。
【0008】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、センサ自体からメンバシップ値に相当する情
報を直接得ることができるようにして、システムにおけ
る演算処理部の負担を軽減して、容易に且つ安価にシス
テムを構築することを可能とするファジィ制御用センサ
を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係るファジイ制
御用センサは、制御のために必要な情報を検出するため
のセンサ本体部と、このセンサ本体部に電気的に結合さ
れて一体的に設けられ、センサ本体部で検出された情報
が所要のメンバシップ関数に変換された信号を出力する
信号処理部とを具備し、前記信号処理部は、前記センサ
本体部の出力が共通ゲートに入力されるCMOSインバ
ータと、このCMOSインバータの貫通電流を電圧変換
してメンバシップ関数値として出力する負荷抵抗とを有
することを特徴としている。
【0010】 本発明のファジイ制御用センサにおいて
は、センサ自体の出力をCMOSインバータに入力し
て、その貫通電流特性を利用することにより、入出力電
圧特性が釣り鐘型曲線で表されるメンバシップ関数の値
直接得ることができるようにしているので、システム
における演算処理部の負担を軽減することができ、容易
に且つ安価にシステムを構築することが可能となる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図1は本発明の一実施例に係るファジィ制御用
センサの構成を示している。この実施例では、センサ部
として、例えば、ピエゾ抵抗効果型半導体圧力センサを
用いている。
【0012】図1において、ピエゾ抵抗効果型のセンサ
部は、ハーフブリッジ接続されたゲージ抵抗素子からな
る可変抵抗R1 およびR2 で構成されている。これらゲ
ージ抵抗素子からなる可変抵抗R1 およびR2 の抵抗値
は検出対象となる圧力によって変化する。このセンサ部
の信号に基づいてメンバシップ関数値を出力する信号処
理部は、センサ部の検出信号が共通に与えられるように
並列的に接続された3つのCMOSインバータINV
1 、INV2 およびINV3 で構成されている。これら
各CMOSインバータINV1 、INV2 およびINV
3 は、それぞれP−MOSFET(PチャネルMOSF
ET)とN−MOSFET(NチャネルMOSFET)
とで構成されている。これらセンサ部および信号処理部
は共に電源VDDを動作電源とする。
【0013】信号処理部の入力点VINにセンサ部の出力
信号が与えられる。CMOSインバータINV1 、IN
2 およびINV3 の論理閾値電圧は、図2に示す入力
INに対する出力電圧VOUT (この場合の出力電圧V
OUT は、インバータとしての出力点の電圧であり、CM
OSインバータINV1 、INV2 およびINV3 それ
ぞれのN−MOSFETとN−MOSFETのドレイン
同士の接続点の電圧である。)の伝達特性のように、そ
れぞれVTH1 、VTH2 およびVTH3 であり、これらCM
OSインバータINV1 〜INV3 は、図2のようにV
TH1 <VTH2 <VTH3 となるように設計する。
【0014】このように論理閾値電圧を設定するには、
例えば、CMOSインバータINV1 〜INV3 の各々
を構成するP−MOSFETのW/L(Wはチャネル
幅、Lはチャネル長)をN−MOSFETのW/Lより
高くすると、論理閾値電圧が高くなることを利用する。
そこで、例えば、CMOSインバータINV1 〜INV
3 のP−MOSFETのチャネル幅Wのみを異ならせれ
ば、チャネル幅Wの大きいインバータほど、その閾値電
圧を高くすることができる。すなわち、図1の例では、
インバータINV1 、INV2 、INV3 の順にそれぞ
れのP−MOSFETのチャネル幅Wが大きくなるよう
に設計する。
【0015】ところで、CMOSインバータのP−MO
SFETおよびN−MOSFETを直列に流れる電流
は、CMOSインバータの入力電圧がその論理閾値電圧
に等しいときに最大となる。
【0016】そこで、図1のようにCMOSインバータ
INV1 〜INV3 の各々にそれぞれ負荷抵抗RL を接
続する。このようにすると、入力電圧VINに対して、C
MOSインバータINV1 〜INV3 に流れる電流によ
り出力端子T1 〜T3 に生ずる出力電圧V1 〜V3 は、
各CMOSインバータINV1 〜INV3 にそれぞれ接
続された負荷抵抗RL の端子電圧であり、図3のように
なる。
【0017】この図3に示される出力電圧V1 〜V3
特性はメンバシップ関数として簡便に利用することがで
きる。例えば、出力電圧V1 〜V3 の値のうち適切なも
のを選択して用いてもよく、出力電圧V1 〜V3 の各々
を独立に用いて互いに異なる3つのメンバシップ関数の
値を同時に得るようにしてもよく、出力電圧V1〜V3
を代数加算あるいは最大値検出等により適宜組み合わせ
て使用してもよい。これらは、センサ部による検出対象
および制御システムに応じて適切なものを適宜選択する
ことができる。
【0018】このようにして、センサ部で得られるセン
サ信号が、信号処理部でメンバシップ値に変換され、出
力端子T1 〜T3 にセンサ信号の出力に応じたメンバシ
ップ関数の値を得ることができる。すなわち、センサ部
のセンサ信号に基づいて、単純な回路素子からなる信号
処理部によりメンバシップ関数を生成させ出力させるこ
とができる。
【0019】したがって、図6に示したステップS1お
よびS3またはS2およびS4の部分をセンサ自体に組
み込むことができ、このようなセンサを用いれば、その
後の演算処理としては、図6のステップS5〜S7の処
理を行えばよく、ファジィ制御システムを構築するのに
大幅な小型化とコストダウンが可能となる。
【0020】なお、本発明は上述し且つ図面に示した実
施例にのみ限定されることなく、その要旨を変更しない
範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、
上述では、センサ部として、ピエゾ抵抗効果型半導体圧
力センサを用いた場合について説明したが、その他の光
センサまたは温度センサ等の半導体センサあるいは半導
体センサ以外のセンサをセンサ部として用いてもよく、
その場合も上記実施例に示したCMOSインバータのよ
うな簡単な回路構成の信号処理部であれば、容易にセン
サ部と一体的に構成することができ、同一パッケージ内
に組み込むことも容易である。
【0021】また、上述の実施例のように、センサ部が
半導体センサであれば、センサ部と信号処理部を同一チ
ップ上に形成し、1チップ化することも容易である。
【0022】図4および図5は、図1に示した回路を1
チップ化したファジィ制御用センサの構成を模式的に示
しており、図4は平面図、図5は図4のA−A′線に沿
う断面図である。
【0023】図において、シリコン等の半導体基板11
上に、センサ部を構成するピエゾ抵抗効果型半導体圧力
センサのゲージ抵抗部12および13(図1の可変抵抗
1およびR2 に相当する)が設けられる。これらゲー
ジ抵抗部12および13は、圧力等の応力に起因する歪
み変形による抵抗値の変化を利用して応力を検出するも
のであるので、半導体基板11の中央部に応力を機械的
な歪み変形に変換するダイヤフラムを兼ねて薄い肉厚に
形成された部分に設けられる。半導体基板11の周縁部
は上述したダイヤフラムとして機能する部分を支持する
ため、厚い肉厚に形成されており、この部分に、この場
合3つのインバータ部14,15および16(図1のC
MOSインバータINV1、INV2 およびINV3
相当する)が設けられる。単体で用いられる通常のピエ
ゾ抵抗効果型半導体圧力センサに比して、これら3つの
インバータ部14,15および16を設けるために必要
な半導体基板11の面積の増加は非常にわずかであるの
で、半導体基板11自体の利用効率も非常に高い。な
お、明確には図示していないが、ゲージ抵抗部12、1
3、インバータ部14、15および16間は、導電層あ
るいはボンディングワイヤ等を用いる通常の半導体技術
によって適宜接続する。
【0024】また、ゲージ抵抗部12および13と、イ
ンバータ部14,15および16とを半導体基板11上
に形成するに際しては、共通のプロセスを用いて同時に
形成し得る部分も含まれることが多いので、一連のプロ
セスで効率よく形成することができる。
【0025】なお、信号処理部としても4個以上のCM
OSインバータを並列的に設けてもよく、その場合も、
各CMOSインバータの出力のうち適切なものを選択し
て用いてもよく、各CMOSインバータの出力を独立に
用いて互いに異なる所要個数のメンバシップ関数の値を
同時に得るようにしてもよく、CMOSインバータの出
力を代数演算あるいは論理演算等により適宜組み合わせ
て使用してもよい。これら出力の使用形態は、検出対象
および制御システムに応じて適切なものを適宜選択す
る。
【0026】また、信号処理部としては、メンバシップ
関数として利用することができる出力が得られる回路で
あれば、CMOSインバータ以外の回路を用いてもよ
い。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ンサ自体からメンバシップ値に相当する情報を直接得る
ことができるようにして、システムにおける演算処理部
の負担を軽減し、容易に且つ安価にシステムを構築する
ことを可能とするファジィ制御用センサを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係るファジィ制御用セン
サの構成を示す回路構成図である。
【図2】 図1の実施例を説明するためのCMOSイン
バータの特性を示す図である。
【図3】 図1の実施例を説明するための信号処理部の
入出力特性を示す図である。
【図4】 本発明に係るファジィ制御用センサを1チッ
プ化した実施例の構成を説明するための模式的平面図で
ある。
【図5】 図4のA−A′線に沿う模式的断面図であ
る。
【図6】 一般的なファジィ制御の一例における制御の
流れを説明するための図である。
【図7】 従来のファジィ制御応用システムの一例の一
部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 ,R2 …可変抵抗(ゲージ抵抗素子)、INV1
〜INV3 …CMOSインバータ、VIN…信号処理部の
入力点、T1 〜T3 …出力端子、11…半導体基板、1
2,13…ゲージ抵抗部、14〜16…インバータ部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−158633(JP,A) 特開 平3−254217(JP,A) 特開 昭58−221421(JP,A) 特開 昭53−66267(JP,A) 特公 平7−27595(JP,B2)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御のために必要な情報を検出するため
    のセンサ本体部と、このセンサ本体部に電気的に結合さ
    れて一体的に設けられ、センサ本体部で検出された情報
    が所要のメンバシップ関数に変換された信号を出力する
    信号処理部とを具備し、前記信号処理部は、前記センサ
    本体部の出力が共通ゲートに入力されるCMOSインバ
    ータと、このCMOSインバータの貫通電流を電圧変換
    してメンバシップ関数値として出力する負荷抵抗とを有
    することを特徴とするファジイ制御用センサ。
  2. 【請求項2】 センサ本体部は、半導体センサを含み、
    且つ信号処理部は、少なくともその一部が前記半導体セ
    ンサと共通の半導体基板上に形成されていることを特徴
    とする請求項1に記載のファジィ制御用センサ。
JP20401091A 1991-07-18 1991-07-18 ファジィ制御用センサ Expired - Fee Related JPH0794992B2 (ja)

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