基于FPGA的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及其在水質(zhì)預(yù)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、為了解決傳統(tǒng)水質(zhì)預(yù)測方法在應(yīng)用上存在運(yùn)行速度慢、實(shí)時性不足、成本較高以及不適合于在嵌入式應(yīng)用的等問題，本文研究了利用FPGA設(shè)計(jì)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)預(yù)測系統(tǒng)。通過硬件上的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線訓(xùn)練和預(yù)測，得到較為理想的預(yù)測結(jié)果，有助于將水質(zhì)預(yù)測算法的理論研究更好的應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)。 本文首先介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)預(yù)測上的理論研究與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法，結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)在水質(zhì)預(yù)測方面的理論研究成果，確定了本文要實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2、 其次，本文先從硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)入手，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在FPGA上實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中激勵函數(shù)的常用的硬件實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)的比較后，采用了STAM算法進(jìn)行sigmoid函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)，取得了很好的逼近效果，具有資源耗費(fèi)少、運(yùn)行速度快和精度高的特點(diǎn)。 然后，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，通過FPGA硬件技術(shù)，利用Altera公司低成本的CycloneⅡ系列EP2C35F672C6芯片進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)預(yù)測

3、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，本文利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層之間串行運(yùn)算的特性，采用了映射的方法解決了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與資源消耗之間的矛盾，用層分割的方法來提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的靈活性，使得我們可以在本系統(tǒng)上構(gòu)建任意結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 最終完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，本文從資源消耗情況、運(yùn)行速度與預(yù)測精度進(jìn)行測試仿真三個方面對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行測試與仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的資源消耗較少，CycloneⅡ系列的EP2C35F672C6完全可以滿足構(gòu)建一個在線訓(xùn)