[发明专利]一种基于残差回声状态网络的动态建模方法及系统

说明书

本发明提供一种基于残差回声状态网络的动态建模方法及系统，该方法首先获取晶振的基准温度和基准频率，并建立晶振温度和频率偏移之间的静态数学模型。其次，采集石英晶振的动态温度数据和动态频率数据，并根据静态数学模型计算系统的静态频率偏移，以及根据静态频率偏移计算系统的动态频率偏移。最后，计算状态向量，根据状态向量及动态频率偏移计算输出矩阵。如此，提高了频率偏移补偿的精度。

技术领域

本发明属于石英晶振频率特性分析领域，涉及石英晶振的温度频率特性建模方法，具体涉及一种基于残差回声状态网络的动态建模方法及系统。

背景技术

在现代工业社会中，石英晶振在计算机、移动通讯、电子测量仪表等多类电子系统中得到广泛应用。石英晶振元件产生标准频率的振荡信号，成为这些电子系统的时钟来源，很大程度上影响着系统的性能。然而实际应用中，石英晶振的振荡频率会随着温度的变化而产生偏移，从而破坏系统时钟信号的准确性。根据温度变化对频率偏移进行准确补偿，是石英晶振元件开发应用领域的一个重要问题，这个问题的核心在于温度频率特性的准确建模。

传统的温度频率特性模型是一种基于多项式描述的静态数学关系，该模型在温度缓慢变换情况下可以较为准确的反应石英晶振温度与频率变化之间规律。然而，在快速温度变化情形下，石英晶振器件内部的动态特性也对频率偏移具有显著影响。因此，针对快速温度变化环境，如何建立石英晶振温度频率特性的动态数学模型是一个具有挑战性且非常有实用价值的研究课题。

发明内容

如图1所示，本发明拟提供的动态模型包括两个环节：静态环节和动态环节。静态环节描述温频数据关系的主要趋势，动态环节对静态环节遗漏的动态细节进行补偿。

其中，本发明提供的基于残差回声状态网络的动态建模方法包括步骤S1～S3。

步骤S1：获取晶振的基准温度和基准频率，并建立晶振温度和频率偏移之间的静态数学模型。

步骤S2：采集石英晶振的动态温度数据和动态频率数据，并根据静态数学模型计算系统的静态频率偏移，以及根据静态频率偏移计算系统的动态频率偏移。

步骤S3：计算状态向量，根据状态向量及动态频率偏移计算输出矩阵。

优选的，在步骤S1中，静态数学模型中设置有静态参数，静态参数根据最小二乘法得出。

优选的，在步骤S2中，采集石英晶振的动态温度数据和动态频率数据的过程为：在温度缓慢变化时，连续对温度和频率进行多次采样。

优选的，步骤S2还包括，初始化输入权重矩阵、状态权重矩阵及输出权重矩阵，并结合动态温度数据，建立温度频率动态关系模型。

优选的，步骤S2与S3之间还包括，设置回声状态网络的结构参数，结构参数包括状态个数以及状态矩阵稀疏度。

本发明还提供一种基于残差回声状态网络的动态建模系统，包括静态建模模块、动态建模模块及运算输出模块，静态建模模块连接动态建模模块，动态建模模块连接运算输出模块。静态建模模块，用于获取晶振的基准温度和基准频率，并建立晶振温度和频率偏移之间的静态数学模型。动态建模模块，用于采集石英晶振的动态温度数据和动态频率数据，并根据静态数学模型计算系统的静态频率偏移，以及根据静态频率偏移计算系统的动态频率偏移。运算输出模块，用于计算状态向量并根据状态向量及动态频率偏移计算输出矩阵。

优选的，动态建模模块采集石英晶振的动态温度数据和动态频率数据的过程为：在温度缓慢变化时，连续对温度和频率进行多次采样。

优选的，动态建模模块还用于初始化输入权重矩阵、状态权重矩阵及输出权重矩阵，并结合动态温度数据，建立温度频率动态关系模型。