模擬電路故障診斷的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究

?

　　隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路越來(lái)越普及，常規(guī)的故障診斷方法如故障字典法、參數(shù)識(shí)別法、故障驗(yàn)證法等由于其局限性已不再適用。模擬電路的可靠性直接制約著整個(gè)電子設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性，是一個(gè)系統(tǒng)能不能正常運(yùn)行的關(guān)鍵。近年來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線(xiàn)性信息處理能力，其強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力和并行處理能力為故障診斷提供了全新的理論方法和實(shí)現(xiàn)手段。其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具有良好的模式分類(lèi)能力，尤其適用于故障診斷領(lǐng)域，因此對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)的研究有著重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

　　1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬電路故障診斷的方法一般是：在一定的測(cè)試激勵(lì)下，將電路常見(jiàn)的各種故障狀態(tài)及正常狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)通過(guò)PSpice求出，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后作為BP網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，然后在相同的激勵(lì)下，檢測(cè)電路實(shí)際輸出，作為待診斷樣本集提供給BP網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)輸出即為對(duì)應(yīng)的故障模式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

?

　　2 BP網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)算法

　　BP網(wǎng)絡(luò)，即誤差反傳網(wǎng)絡(luò)，是在1986年由Rumelhart和McCelland提出的，它是一種無(wú)反饋的前向網(wǎng)絡(luò)，包括輸入層、輸出層和隱層。理論證明：具有單隱層結(jié)構(gòu)的前饋網(wǎng)絡(luò)可以映射任意連續(xù)函數(shù)，最常用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是3層結(jié)構(gòu)，即輸入層、輸出層和一個(gè)隱層。

　　誤差反向傳播過(guò)程就是通過(guò)使一個(gè)目標(biāo)函數(shù)

。最小化來(lái)完成的，BP網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)算法則是根據(jù)梯度下降法

來(lái)調(diào)整權(quán)重系數(shù)的。

?

?

　　tk為輸出層第忌個(gè)神經(jīng)元的期望輸出;Qk為實(shí)際輸出;Oj為隱層第j個(gè)神經(jīng)元的輸出;Qi為輸入層第i個(gè)神經(jīng)元的輸出。通過(guò)多次迭代后誤差達(dá)到給定的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)收斂到一組穩(wěn)定的權(quán)值，即訓(xùn)練完成。但是這種標(biāo)準(zhǔn)的BP算法有局限性，由于是根據(jù)梯度下降法調(diào)整權(quán)值，若權(quán)值的改變量過(guò)大，雖然能夠加快網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程，但結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生振蕩;另外一種可能就是權(quán)值的改變量過(guò)小，因?yàn)镾型函數(shù)具有飽和性，當(dāng)輸入較大時(shí)，Oj，Ok將處于0或1的飽和區(qū)，權(quán)值的改變將趨于0，但此時(shí)目標(biāo)函數(shù)的值還很大，誤差對(duì)權(quán)值的變化很不明顯，誤差下降緩慢，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，甚至陷入局部極小點(diǎn)而不能自拔，影響收斂速度，使訓(xùn)練難以收斂于給定誤差。