FPGA tabanlı kaos senkronizasyonu için denetleyici tasarımı

Abstract

Elektronik kaotik osilatörlerin her kaotik sistem için ayrıca tasarlanma zorunluluğu ve tasarımların zaman alması yeni bir yönteme olan ihtiyacı ortaya çıkarmıştır. Son yıllarda gömülü sistem teknolojinin gelişmesiyle, kaotik çalışmaların uygulaması kolaylaşmış ve kısa zamanda daha çok çalışma yapılmasının önü açılmıştır.Bu çalışmada Lorenz ve Chen kaotik sistemlerine aynı şartlar altında ve aynı başlangıç koşullarında, aktif kayan kipli kontrol (active sliding mode control) ve uyarlamalı kontrol (adaptive control) yöntemleri kullanılarak senkronizasyon yapıldı. Ardından Matlab/Simulink ortamında kaos senkronizasyon modeli oluşturulup simülasyon gerçekleştirildi. Son olarak elde edilen kaos senkronizasyon modeli bu defa da Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri'ne (Field Programmable Gate Aray - FPGA) yüklendi ve FPGA'nın, Donanım Yardımcı Simülasyonu (Hardware Co-Simulation) özelliği sayesinde gerçek zamanlı sonuçlar elde edildi. Hem ortaya çıkan gerçek zamanlı sonuçlar ile simülasyon sonuçları karşılaştırıldı hem de aktif kayan kipli kontrol ile uyarlamalı kontrol yönteminin senkronizasyon sistemi üzerinde etkileri karşılaştırıldı. Sonuç olarak FPGA'nın gerçek zamanlı sonuçlarının Matlab/Simulink simülasyon sonuçlarıyla çok büyük oranda örtüştüğü gözlendi. Ayrıca FPGA'nın daha kolay, hızlı ve güvenilir sonuçlar verdiği gözlemlendi. Bunun yanısıra aktif kayan kipli kontrol yöntemiyle yapılan senkronizasyon sonucunda sistemin, uyarlamalı kontrol yöntemine göre aşma miktarı ve oturma süresinin ise daha az olduğu gözlemlenmiştir.

The necessity of designing electronic chaotic oscillators separately for each chaotic system and design takes time, reveals the need for a new method. With the development of embedded system technology in recent years, the application of chaotic studies has become easier and more study can be done in a short time.In this study, Lorenz and Chen chaotic systems were synchronized under the same conditions and under the same initial conditions, using active sliding mode control and adaptive control methods. Then, in the Matlab / Simulink program, a chaos synchronization model was created and simulated. Finally, the chaos synchronization model was loaded into the Field Programmable Gate Array (FPGA) and real-time results were achieved thanks to the FPGA's Hardware Co-Simulation feature. Simulation results were compared with real time results, and the effects of active sliding mode control and adaptive control method on synchronizing system were compared. As a result, the real-time results of FPGA have been observed to overlap with the results of Matlab / Simulink simulation. It has also been observed that the FPGA provides easier, faster and more reliable results. In addition, it has been observed that the synchronized system with active sliding mode control method has less overshoot value and less settling time than the adaptive control method.