СХЕМЫ ПЕТЛЕВЫХ СЕТЕЙ ИЗ Nvc , NvL НЕЙРОНОВ, ВВЕДЕНИЕ ПОНЯТИЙ ВЕДУЩАЯ И ВЕДОМАЯ ДВУХЯДЕРНАЯ СХЕМА

THE NETWORKS OF SCHEMES LOOP Nv_c , Nv_L NEURONS INTRODUCTION CONCEPTS DUAL – CORE MASTER AND SLAVE CIRCUITS

Ernesto Zholondiyevsky

graduate student, PEE HPE “Tolyatti management academy”,

Russia, Tolyatti

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются нейронные кольцевые цепи из Nv_c, Nv_L нейронов и реализация на их основе стимульно - реактивных BEAM роботов, предполагается дальнейшее использование стимульно - реактивных устройств в качестве симбиотических роботов.

ABSTRACT

In this article the neural ring circuits from Nv_c, Nv_L neurons and implementation on their basis stimulno-reactive BEAM robots, further use stimulno-reactive devices as symbiotic robots is supposed.

Ключевые слова: Nv_c, Nv_L нейроны; нейронные кольцевые цепи; BEAM робот; стимульно-реактивные устройства; симбиотический робот.

Keywords: Nv_c, Nv_L neurons; neural ring circuits; BEAM robot; stimulno-reactive devices; symbiotic robot.

Ранее в статье «Поведенчески ориентированные схемы BEAM роботов, введение понятий Nv и Nu нейронов в зависимости от типа входных цепей» мы рассмотрели простейшую петлевую («кольцевую») двуядерную структуру сети из Nv_c нейронов. Для дальнейшего понимания процессов происходящих в петлевых («кольцевых») схемах из Nv_c (Nv_L) нейронов приведем нашу петлевую классическую двуядерную сеть Рисунок 1 к виду кольцевой:

Рисунок 1. Петлевая классическая двуядерная сеть Nv_C

Упрощаем эту схему и делаем ее более симметричной, соединив входы инвертора вместе с единственным резистором, таким образом, получается кольцевая двуядерная сеть Nv_c  Рисунок 2, которая в последствие будет нами использоваться как ведущая двуядерная сеть Nv_c:

или

Рисунок 2. Кольцевая двуядерная сеть Nv_C

В результате приведения петлевой схемы к кольцевой двуядерной сети Nv_c мы убрали один резистор, но функциональность схемы не изменилась.

Рассмотрим поподробнее работу кольцевой двуядерной сети Nv_c  Рисунок 3:

а)                                            б)

в)                                            г)

д)

Рисунок 3. Работа кольцевой двуядерной сети Nv_c

При насыщении и разряде конденсаторов C₁, C₂ через резистор нагрузки R _общ происходит периодическое переключение инверторов. В этой схеме Vпит – обозначается напряжение питания, V0 – напряжение в 0 вольт; V_1/2 на входах и выходах инверторов означает, что напряжение приближается к порогу переключения, где то 1/2 Vпит, и двуядерная сеть собирается изменить состояние. Следует обратить внимание на то, что напряжение на входе в начале установлено в 0 вольт и Vпит Рисунок 3 а, когда двуядерная сеть переключается, то напряжение на обеих сторонах резистора медленно понижается до 1/2 Vпит то есть, до порога переключения инвертора Рисунок 3 б, в, г.

Следует учитывать тот факт, что, объединив два резистора в один, для создания кольцевой двуядерной сети, мы получаем небольшой побочный эффект. В частности для кольцевой двуядерной сети необходимо использовать простые инверторы, то есть не инверторы Шмидта. Так как гистерезисная схема инвертора Шмидта полезная для реализации большинства схем на нейронах Nv_с, но фатальна для кольцевой двуядерной схемы Nv_с. Так как входы этих двух инверторов непосредственно соединены резистором, то появится точка, где их входные напряжения будут одинаковыми, а именно, V1/2. При использовании инверторов Шмидта, в кольцевой двуядерной схеме Nv_с она «зависнет» – так как гистерезисная схема инверторов будет предотвращать переход через V1/2.

Однако если так принципиально использование в кольцевой двуядерной сети только инверторов Шмидта, можно их использовать, но тогда вместо 2 конденсаторов с одинаковой емкостью, необходимо уменьшить емкость одного из конденсаторов в 2 раза, чем емкость другого. Это, конечно, приведет к асимметричной синхронизации (один нейрон будет активен в 2 или 3 раза дольше, чем другой) – что может быть проблемой для выбранной схемы.

Развернем кольцевую двуядерную схему вокруг своей оси Рисунок 4, с точки зрения протекания в данной схеме физических и электрических процессов это ничего не меняет, но для дальнейшего понимания всех дальнейших трансформаций и моделирования – это преобразование необходимо.

Рисунок 4. Кольцевая двуядерная сеть Nv_c после преобразования

Далее объединяем выводы резисторов петлевой классической двуядерной сети Nv_c с выходами инверторов кольцевой двуядерной сети Nv_c. В дальнейшем мы будем обозначать эту пару как ведомая и ведущая (возбуждающая и возбуждаемая) сети Nv_c. На Рисунке 5 показаны ведущая – 1 и ведомая – 2 двуядерные сети Nv_c.

Рисунок 5. Ведущая – 1 и ведомая – 2 двуядерные сети Nv_c

Здесь, возбуждающая двуядерная сеть Nv_c – 1 работает как ведущее устройство, и действует как «кардиостимулятор» для всей схемы. Базовая основная двуядерная схема Nv_c – 2 возбуждаемая, и работает в ведомом (подчиняющемся) режиме. Эта схема применима для реализации множества схем; наиболее популярный способ использования, это реализация управления двумя двигателями шагающего BEAM робота, показанного на Рисунке 6.

Рисунок 6. Шагающий BEAM робот с двумя двигателями

Функционирование схемы шагающего BEAM робота с двумя двигателями поясняет Рисунок 7.

Рисунок 7. Шагающий BEAM робот с двумя двигателями с эпюрами сигналов на входах и выходах инверторов

При включении схемы она принимает стабильное состояние где:

• сигналы на выходах инверторов ведущего устройства соответствует 1 и 0;
• сигналы на входах ведомого устройства так же 1и 0;
• тогда сигналы на выходах ведомого устройства 0 и 1.

Напряжение через резисторы, связывающие с ведомым устройством V_R = 0 В и напряжение через конденсаторы ведомого устройства V_C = 0 В. Теперь предположим, что ведущая двуядерная схема инвертировала битовые сигналы.

·     напряжение на выходах инверторов ведущего устройства теперь 0 и 1;

·     напряжение на входах ведомого устройства равняется все еще 1 и 0;

·     напряжение на выходах ведомого устройства равняется все еще 1 и 0.

Так как V_R = V_пит и V_C = 0 В то конденсаторы ведомого устройства начинают насыщаться и разряжаться через «связывающие» резисторы. Ведомое устройство переключается из положения 1 и 0 к противоположным значениям и когда напряжение на входах ведомого устройства достигает переключающего порога приблизительно 1/2 Vпит, соответствующий выход ведомого устройства начинает переключаться от 1 или от 0 до 0 или 1. После изменения на одном из выходов, изменение которого емкостно связано с другим входом ведомого устройства напряжение падает до 1/2 Vпит, то есть достаточного, чтобы пересечь порог переключения, что в свою очередь заставляет второй выход, изменяться, так же емкостно связанным с первым входом. Второй узел RC с большой временной константой не играет роли в синхронизации ведомой двуядерной схемы, и цепочка RC может быть исключена. Эти положительные сигналы приводят к быстрому изменению напряжения на входах обоих ведомых нейронов Nv_c к значениям соответствующим на выходах ведущего устройства. Во время этого быстрого изменения каждый заряд конденсатора ведомого устройства «подается» через входные диоды защиты ведомого устройства таким образом, что напряжение через конденсаторы и резисторы быстро падает до 0V.

Процесс повторяется, ведущая двуядерная схема снова зеркально «отражает» свои битовые сигналы в противоположном ракурсе.

Если необходима задержка по фазе на 90 градусов между ведущей и ведомой двуядерной схемах, то обеих схемах можно использовать RC цепочки с одинаковыми номиналами. Сдвиг фаз на 90 градусов означает, что выходные изменения ведомой двуядерной схемы происходят вполовину по времени между выходными изменениями ведущей двуядерной схемы.

Список литературы:

1. Кацман М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств: учеб. для техникумов / М.М. Кацман. – М.: Высшая школа, 1987. – 335 с.
2. Кенио Т. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами: научное издание / Т. Кенио; Пер. с англ. А.Ю. Черкашина. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 184 с.
3. Brooks R.A. A robust layered control system for a mobile robot. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://beam-robot.ru/library/publishing/A_Robust_Layered_Control_System_For_A_Mobile_Robot_%28Brooks_1985%29.pdf (Дата обращения: 17.06.16).
4. BrooksR.A. Intelligence without Reason. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://beam-robot.ru/library/publishing/A_Robust_Layered_Control_System_For_A_Mobile_Robot_%28Brooks_1985%29.pdf (Дата обращения: 14.05.16).
5. Tilden M.W. Living Machines. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://beam-robot.ru/library/publishing/Living_machines_%28Tilden_1994%29.pdf (Дата обращения: 21.04.16).
6. Tilden M.W. The Design of “Living” Biomech Machines: How low can one go? [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://beam-robot.ru/library/publishing/The_Design_of_Living_Biomech_Machines_-_How_low_can_one_go_%28Tilden_1997%29.pdf (Дата обращения: 18.04.16).