基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和DSP的錫爐溫度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

現(xiàn)代電子元件裝配要求錫爐焊接溫度更加穩(wěn)定，對錫爐高溫控制的難度也就增強(qiáng)。隨著預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究不斷深入，由于其運(yùn)算數(shù)據(jù)量大、收斂比較慢的特點(diǎn)，使其應(yīng)用受到了硬件上的限制，實(shí)際應(yīng)用并不多。但DSP高速數(shù)字信號處理速度越來越快，在線實(shí)時(shí)控制能力越來越強(qiáng)，在結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方面效果顯著。本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測能力對溫度參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和調(diào)整，同時(shí)結(jié)合數(shù)字信號處理（DSP）模塊進(jìn)行控制和運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算處理控制，最終實(shí)現(xiàn)了錫爐溫度控制系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)補(bǔ)償加熱控制。
1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對事件預(yù)測是一種很好的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)規(guī)則，通過預(yù)測和DSP運(yùn)算處理控制相結(jié)合來學(xué)習(xí)及調(diào)節(jié)控制函數(shù)的參數(shù)?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)和DSP的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。控制系統(tǒng)由預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和DSP數(shù)字信號處理運(yùn)算控制兩部分構(gòu)成，這兩部分有共同的輸入信號，即網(wǎng)絡(luò)溫度誤差e。預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對采樣溫度樣本和預(yù)先設(shè)置樣本進(jìn)行預(yù)測和評估，預(yù)測值經(jīng)過外部環(huán)境控制的影響因子進(jìn)行適當(dāng)校正后，進(jìn)行預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和控制函數(shù)的參數(shù)調(diào)節(jié)。DSP運(yùn)算處理控制中心根據(jù)控制溫度誤差和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測值，通過高速數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，接收和發(fā)布各種控制命令并加以執(zhí)行，包括實(shí)時(shí)溫度顯示、溫度控制輸出、溫度超越限值報(bào)警等輸入和輸出參數(shù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制模塊的對象，溫度控制系統(tǒng)的最終對象為加熱器。因此，錫爐溫度控制系統(tǒng)以溫度的變化作為整個(gè)控制核心，它由溫度傳感器來轉(zhuǎn)化，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測和數(shù)字信號處理（DSP）進(jìn)行有效的控制。

該控制系統(tǒng)的預(yù)測采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[1]，其特點(diǎn)是只有前后相鄰兩層之間的神經(jīng)元相互連接，輸出神經(jīng)元輸出預(yù)測值，預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為3層，即為輸入層、隱層和輸出層。輸入層負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，不進(jìn)行運(yùn)算。其中x0激活函數(shù)的初始值，位于[-1，1]之間的隨機(jī)數(shù)，而x1是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的溫度誤差e，x2和x3分別為加熱器的電壓電流檢測值。

實(shí)際應(yīng)用中w_ij為各層連接權(quán)值，針對激活函數(shù)f(net)的控制參數(shù)net進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收斂范圍的控制，從而有利于保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。