神經(jīng)模糊控制在SAW壓力傳感器溫度補(bǔ)償中的應(yīng)用

0 引 言

聲表面波(SAW)技術(shù)是一門新興熱門研究課題之一，國內(nèi)外已有溫度、壓力、加速度等傳感器的相關(guān)報(bào)道。SAW壓力傳感器借助于它無以倫比的性能，諸如：1)數(shù)字號輸出;2)高靈敏度、高分辨力、抗干擾能力強(qiáng);3)易于大規(guī)模集成。正是由于這些自身的優(yōu)越性，它有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。但美中不足的是SAW壓力傳感器對環(huán)境的要求比較苛刻，SAW振蕩器輸出頻率信號隨著壓力、溫度、磁場等外界因素變化而變化，特別是溫度的影響是測量誤差的主要來源，為保證SAW壓力傳感器高準(zhǔn)確度和高靈敏度測量，必須進(jìn)行有效的溫度補(bǔ)償。本文將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)相結(jié)合，對SAW壓力傳感器進(jìn)行智能化溫度補(bǔ)償，通過此方法進(jìn)行的改進(jìn)，使SAW壓力傳感器能更好地應(yīng)用到工程領(lǐng)域。

1 溫度補(bǔ)償方案

在傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償中，例如：硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償2種方法。但存在著補(bǔ)償電路漂移、局部最優(yōu)、精度不夠等缺點(diǎn)，無法滿足SAW壓力傳感器補(bǔ)償要求。鑒于此種情況，本文采用了神經(jīng)模糊控制方法，對SAW壓力傳感器進(jìn)行智能溫度補(bǔ)償。

神經(jīng)模糊控制是一種用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的模糊控制的方法。在形式結(jié)構(gòu)上是用多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的模糊映射。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性和可訓(xùn)練性說明它可以實(shí)現(xiàn)任何一種映射關(guān)系。因此，本文利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對知識的表達(dá)機(jī)理，通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)控制規(guī)則基記，從而實(shí)現(xiàn)模糊輸入-模糊輸出的映射。神經(jīng)模糊控制對SAW壓力傳感器溫度-壓力補(bǔ)償模型見圖1。

在SAW壓力傳感器后面接神經(jīng)模糊控制器，把傳感溫度T作為輸入，則神經(jīng)模糊控制器能直接輸出被測量。

2 實(shí)現(xiàn)控制規(guī)則的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在一般情況下，模糊控制的推理功能是在隸屬函數(shù)不變的條件下進(jìn)行的。在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中是隨時(shí)間的改變而改變的。為了彌補(bǔ)單一模糊控制技術(shù)這種不足，特采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能進(jìn)行隸屬度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)實(shí)際的需要。本文用含一個(gè)隱含層的三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模型如圖2。

其中，p為輸入矢量，R為輸入矢量維數(shù)，S1為隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，S2為輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，W1為隱含層神經(jīng)元權(quán)值矩陣，W2為輸出層權(quán)值矩陣，b1為隱含層神經(jīng)元閥值，b2為隱含層神經(jīng)元閥值，n1為隱含層輸入節(jié)點(diǎn)，n2為輸出層節(jié)點(diǎn)。f1為S型函數(shù)，f2為purelin型函數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是用于前饋多層網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法。如果輸出不能得到期望的輸出，則轉(zhuǎn)入后向傳播。通過誤差的后向傳播調(diào)整各層之間的權(quán)系數(shù)。反復(fù)輸入樣本序列，直至權(quán)系數(shù)不在改變?yōu)橹?，輸出誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)。算法采用如下改進(jìn)：1)采用模擬退火法以克服局部最小;2)用奇函數(shù)作激勵(lì)函數(shù)和傳播過程中采用新誤差傳播因子完善該算法收斂性問題。