基于神經(jīng)網(wǎng)絡和DSP的錫爐溫度控制系統(tǒng)的研究與應用

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。隨著預測神經(jīng)網(wǎng)絡的應用研究不斷深入，由于其運算數(shù)據(jù)量大、收斂比較慢的特點，使其應用受到了硬件上的限制，實際應用并不多。但DSP高速數(shù)字信號處理速度越來越快，在線實時控制能力越來越強，在結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡的應用方面效果顯著。本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡的預測能力對溫度參數(shù)進行學習和調(diào)整，同時結(jié)合數(shù)字信號處理（DSP）模塊進行控制和運算，實現(xiàn)高速運算處理控制，最終實現(xiàn)了錫爐溫度控制系統(tǒng)在線實時補償加熱控制。
1 神經(jīng)網(wǎng)絡控制結(jié)構(gòu)
神經(jīng)網(wǎng)絡對事件預測是一種很好的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在學習過程中發(fā)現(xiàn)規(guī)則，通過預測和DSP運算處理控制相結(jié)合來學習及調(diào)節(jié)控制函數(shù)的參數(shù)。基于神經(jīng)網(wǎng)絡和DSP的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)由預測神經(jīng)網(wǎng)絡和DSP數(shù)字信號處理運算控制兩部分構(gòu)成，這兩部分有共同的輸入信號，即網(wǎng)絡溫度誤差e。預測神經(jīng)網(wǎng)絡對采樣溫度樣本和預先設置樣本進行預測和評估，預測值經(jīng)過外部環(huán)境控制的影響因子進行適當校正后，進行預測神經(jīng)網(wǎng)絡的權(quán)重和控制函數(shù)的參數(shù)調(diào)節(jié)。DSP運算處理控制中心根據(jù)控制溫度誤差和神經(jīng)網(wǎng)絡預測值，通過高速數(shù)據(jù)運算處理，接收和發(fā)布各種控制命令并加以執(zhí)行，包括實時溫度顯示、溫度控制輸出、溫度超越限值報警等輸入和輸出參數(shù)。執(zhí)行機構(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控制核心，它由溫度傳感器來轉(zhuǎn)化，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡的預測和數(shù)字信號處理（DSP）進行有效的控制。

該控制系統(tǒng)的預測采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡[1]，其特點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)元輸出預測值，預測神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分為3層，即為輸入層、隱層和輸出層。輸入層負責接收數(shù)據(jù)，不進行運算。其中x0激活函數(shù)的初始值，位于[-1，1]之間的隨機數(shù)，而x1是網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的溫度誤差e，x2和x3分別為加熱器的電壓電流檢測值。

實際應用中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進行網(wǎng)絡系統(tǒng)收斂范圍的控制，從而有利于保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。