Устройство для моделирования нейрона

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАШЯ НЕЙРОНА, содержащее блок памяти, выход которого соединен с первым вхо-дом схемы сравнения, формирователь . импульсов, преобразователь частоты в напряжение и сумматор, о т л ичающееся тем, что, с целью повышений точности моделирования и помехоустойчивости, в него введены блок задания порога, усилитель напряжения , усилитель мощности, оптический излучатель и две группы световодов, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого через усилитель напряжения подключен к входу преобразователя частоты в напряжение, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, выход которой соединён с входом блока памяти, выход которого через формирователь импульсов подключен к входу усилителя мощности, выход которого соеданен с входстг оптического излучателя выход блока задания порога подключен к 11 етьему входу схемы сравнения. О 00 со сл со ю

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

О И

РЕСПУБЛИК (19} (11} р(}} G 06 G 7/60

+ .х.ъ" и у р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

14 И

ы:.йь .> pi;, }: jig А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3433469/18-24 (22) 30.04.82 (46) 30.04.84..Бюл. В 16 (72) А.В. Шмалько и М.А. Штуль (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (53) 681.333 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 781846, кл. С 06 С 7/60, 1979

2. Авторское свидетельство СССР

У 902033, кл. С 06 С 7/60, !980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА, содержащее блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, формирователь импульсов, преобразователь частоты в напряжение и сумматор, о т л ич а ю щ е е. с я тем, что, с целью повышения точности моделирования и в помехоустойчивости, в него введены блок задания порога, усилитель напряжения, усилитель мощности, оптический излучатель и две группы световодов, выходы которых соединены

Ъ с соответствумяцими входами сумматора, выход которого через усилитель напряжения подключен к входу преобразователя частоты в напряжение, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом блока памяти, выход которого через формирователь импульсов иод" ключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом оптического излучателя, выход блока задания порога подключен к третьему входу схемы сравнения.

1089592

Изобретение относится к .бионике и может использоваться при построении нейронных сетей в кибернетических системах распознавания образов, Известно устройство для моделирования нейрона, содержащее преобразователи частоты в напряжение, аналоговый сумматор, функциональный преобразоватль, моделирующий адаптацию порога, и позволяющее задавать весовые коэффициенты межнейронных свядей 1 1.

Однако данное устройство не дает воэможности получить большое число возбуждающих и тормозящих входов,что снижает точность моделирования биологического прототипа.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования нейрона, содержащее блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, формирователь импульсов, преобразователь частоты в напряжение и сумматор. Кроме того, устройство содержит вторую схему сравнения, два ключа, преобразователь напряжения в частоту и группу входных преобразователей частоты в напряжение (2 J.

Недостатком известного устройства является трудность практического получения большого числа возбуждающих и тормозящих входов, что свойственно биологическому прототипу вследствие наличия взаимной паразитной связи между различными входами, рас, положенными близко друг другу, что неизбежно вследствие стремпения к микроминиатюризации как самих нейронных моделей, так и разветвленных нейронных сетей на их основе.

Цель изобретения — повышение точности моделирования и помехоустойчивости устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения,формирователь импульсов, преобразова" тель частоты в напряжение и сумматор, введены блок задания порога, усилитель напряжения, усилитель мощности, оптический излучатель и две группы световодов, выходы которых соедине ны с соответствующими входами сумматора, выход которого через усилитель напряжения подключен к входу преоб. разователя частоты в напряжение,выход которого соединен .с вторым вхо5

55 дом схемы сравнения, выход которрй соединен с входом блока памяти, выход которого через формирователь импульсов подключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом оптического излуча-. теля, выход блока задания порога подключен к третьему входу схемы сравнения.

Замена электрических сигналов оптическими на входе и выходе устраняет взаимную связь между каналами на входе, что увеличит число практически реализуемых возбуждающих и тормозящих входов и приводит к повышению точности моделирования биологического прототипа, а устранение влияния внешних электрических полВй по входу .схемы приводит к повышению помехоустойчивости устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаг.раммы зависимости напряжения на выходе блока памяти от величины разности возбуждающих и тормозящих сигналов (график) и зависимости напряжения на выходе формирователя импульсов от величины разности возбуждающих и тормозящих потенциалов (график).

Устройство содержит Я возбуждающих и М тормозящих входов, представ ляющих собой жгут волоконных световодов, объединенных в две группы световодов l и 1 соответственно для возбуждающих и тормозящих входов, сумматор 2, усилитель 3 напряжения, преобразователь 4 частоты в напряжение, схему 5 сравнения,блок

6 задания начального порога, блок 7 памяти, состоящий из аналогового интегратора 8 и аналогового ключа 9, формирователь 10 прямоугольных импульсов, усилитель 11 мощности и оптический излучатель 12.

Сумматор 2 выполнен в виде двух встречно включенных фотоприемников

13 и 14.

Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы в виде световых импульсов поступают по М возбуждающим и M тормозящим волоконным оптическим световодам, объединенным на выходе в две группы 1. и 1 соответственно для возбуждающих и тормозящих сигналов, каждый из которых соединен со своим фотоприемником 13

U

Заказ 2936/46

Подлшсиое

ВНИИПО

Тираж 699

3 1089 и 14 сумматора 2, причем фотоприемники включены так, что генерируемые ими фото ЭДС вычитаются. Напряжение на выходе сумматора 2 равно разнос" ти возбуждающих и тормозящих сигна-, лов. Раэностное .напряжение ClU усиливается усилителем 3 и поступает на преобразователь, где это пульсирующее напряжение преобразуется в постоянное напряжение. Напряжение с преоб-. 10 разователя 4 поступает на схему 5 сравнения, которая сравнивает величину разностного напряжения с уровнем начального порога и вырабатываемого блоком 6, допускающего ручную регулировку уровня начального порога.

Если АО>фм то на выходе схемы 5 сравнения появляется напряжение положительной полярности фиксированной величины Е, в противном случае на вы- щ ходе схемы сравнения будет напряжение отрицательной полярности фиксированного уровня (-Е).

Напряжение е выхода схемы 5 сравнения поступает на блок 7. Если на р выходе схемы сравнения отрицательное напряжение (-Е), то ключ 9 открыт и шунтирует накопительный конденсатор (не показан) интегратора 3, тем са- мым обеспечения на выходе блока 7 нулевое напряжение. Как только на входе . блока 7 появится положительное напряжение Е, ключ 9 закроется и напряжение на выходе интегратора 8, являю592 4 щегося выходом блока 7, нарастает по линейному закону. Обозначим его U<.

Напряжение 04 на входе схемы 5 сравнения суммируется с напряжением начального порога U<, образуя напряжение порога 11 1(0 =0 +0„), которое сравнивается с dU, Напряжение U .линейно нарастает, пока выполняется соотношение U (ÜU,â противном случае, на выходе блока 7 снова установится нулевое напряжение и процесс повторится снова (фиг.2). Пилообразное напряжение с выхода блока 7 преобразуется в прямоугольные импульсы фиксированной амплитуды, скважность которых является функцией разностного напряжения д0, формирователем 10 и через усилитель 11 поступает на оптический излучатель, где и преобразуется в оптическое излучение в виде световых импульсов. В предлагаемом устройстве весовые коэффициенты задаются путем подсоединения к m-му оптическому излучателю К волоконных оптических световодов либо возбуждающего, либо тормозящего входов и -го устройства, где К вЂ” присвоенный данному излучателю весовой коэффициент.

Предлагаемое устройство позволяет на 3-4 порядка по сравнению с известным увеличить количество возбуждающих и тормозящих входов, что приводит к увеличению точности моделирования.

® лиал lEG "Патент", г ужгород, уп. Проектная 4