電氣控制線路和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系初探

甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 馬衛(wèi)東

電氣控制線路和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系初探

甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 馬衛(wèi)東

為了尋求構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新方法，通過研究人工神經(jīng)元和繼電器的聯(lián)系，以多速電機(jī)控制電路為例，闡述了將電氣控制線路轉(zhuǎn)化為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，不但為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究開辟了新的途徑，還為用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電氣控制打下了初步的基礎(chǔ)。

電氣控制線路；二值人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；權(quán)重；閾值；隱含層；定時器

1 引言

由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有良好的智能特性[1]，所以在模式識別、智能機(jī)器人、自動控制、預(yù)測估計、生物、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建上，尤其是時滯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方面，基本上還停留在各種經(jīng)驗上。與此同時，由于工程的需要，人們在電氣控制線路的設(shè)計方面積累了豐富經(jīng)驗和理論方法。為此，本文通過研究人工神經(jīng)元和繼電器的聯(lián)系，以多速電機(jī)控制電路為例，闡述了將電氣控制線路轉(zhuǎn)化為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，不但為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究開辟了新的途徑，還為用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電氣控制打下了初步的基礎(chǔ)。

2 人工神經(jīng)元和繼電器的聯(lián)系

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由若干人工神經(jīng)元連接而成，圖1是一個典型的人工神經(jīng)元模型，其中x1、x2、x3、…、xm是神經(jīng)元輸入信號，w1、w2、w3、…、wm、w是連接權(quán)重，θ是神經(jīng)元的閾值，y為神經(jīng)元輸出，通常：

如果該神經(jīng)元是MP模型，則輸入xi只能取1或0，且：

圖1 人工神經(jīng)元模型

其構(gòu)成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即為二值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)的權(quán)值調(diào)整規(guī)則即學(xué)習(xí)規(guī)則為δ規(guī)則。

與此類似的是，電氣控制線路是由各種高低壓電器連接而成，這些低壓電器通常工作在開關(guān)狀態(tài)，其輸入輸出只能取1或0，所以本質(zhì)上與MP模型相似，其構(gòu)成的電氣控制線路，也可以看成是二值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。比如圖2所示繼電控制中常用的通電延時繼電器，其相應(yīng)的神經(jīng)元模型如圖3所示。

圖2 時間繼電器

圖3 時間繼電器神經(jīng)元模型

其中T0、T1、T2、T3、T4分別代表通電延時線圈、瞬動常開、瞬動常閉、延時常開、延時常閉，如果用t表示時間，k表示延時時間設(shè)定值（用計數(shù)器定時，故t和k均為整數(shù)，下同），不考慮其他外界輸入，則各個神經(jīng)元輸出函數(shù)為：

根據(jù)（1）（2）兩式，當(dāng)T0=0時，T1=0，T3=0，T2=1，T4=1；當(dāng)T0=1時，T1=1，T2=1，跟瞬動觸頭動作情況一致。至于T3、T4的狀態(tài)，不但與T0有關(guān)，還與時間t有關(guān)，當(dāng)T0=1且t＜k時，T3=0，T4=1，當(dāng)T0=1且t≥k時，T3=1，T4=0，顯然，與通電延時繼電器的工作情況一致，其他高低壓電器與此類似。

圖4

圖5

3 電氣控制線路和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)上面的分析，各種高低壓電器都可以看成是二值型人工神經(jīng)元，所以由各種高低壓電器構(gòu)成的電氣控制線路，都可以看成是二值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在我們就以多速電機(jī)控制電路（圖4）為例，說明如何把電氣控制線路轉(zhuǎn)化為二值型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

首先，按表1把電氣控制線路中的各類電器全部換成相應(yīng)的神經(jīng)元，然后根據(jù)各類電器的連接關(guān)系以及繼電器線圈、常開、常閉的連鎖關(guān)系，畫上相應(yīng)的連線，就形成圖5所示的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

表1 各類電器和相應(yīng)神經(jīng)元的對應(yīng)關(guān)系

圖5所示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用δ學(xué)習(xí)規(guī)則進(jìn)行訓(xùn)練，以確定其權(quán)值和閾值。具體計算后，各神經(jīng)元輸出為（T為T神經(jīng)元的輸出，t為當(dāng)前時間，k為設(shè)定時間）。

顯然，根據(jù)（1）（2）（4）式，圖5所示的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完全可以實現(xiàn)圖4所示的電氣控制電路的功能，因為圖4所示的電氣控制電路既有按鈕、接觸器，又有中間繼電器和時間繼電器，有一定的典型性，所以該結(jié)論可以進(jìn)行推廣，即所有的電氣控制線路，都可以利用各類電器和人工神經(jīng)元之間的對應(yīng)關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的二值型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并利用δ學(xué)習(xí)規(guī)則確定其權(quán)值和閾值，最終形成的二值型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其功能與原來的電氣控制電路相同。

4 結(jié)論

本文通過研究人工神經(jīng)元和繼電器的聯(lián)系，以多速電機(jī)控制電路為例，闡述了將電氣控制線路轉(zhuǎn)化為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，最終形成的二值型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其功能與原來的電氣控制電路相同。不但為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究開辟了新的途徑，還為用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電氣控制打下了初步的基礎(chǔ)。

[1]陳智軍．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與邏輯電路的相互實現(xiàn)[J]．科技創(chuàng)業(yè)月刊,2009, 22(4):156-157．

[2]劉永才．邏輯電路的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[J]．上海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 1997(1):82-87．

壓制系數(shù)達(dá)到最大。

3.3 干擾扇區(qū)內(nèi)的功率分配算法

上一節(jié)研究了干擾扇區(qū)之間的功率分配算法，這節(jié)主要研究每個扇區(qū)內(nèi)的功率分配算法。

（3）所需的總功率為：

（5）計算分配給第j個扇區(qū)的瞄準(zhǔn)式干擾功率為：

（6）計算分配給第j個扇區(qū)的阻塞式干擾功率為：

4.結(jié)束語

本文以典型多目標(biāo)電子對抗條件下的分布式對抗組合功率分配計算方法，為各干擾區(qū)域提供最優(yōu)化的數(shù)據(jù)算法，為多設(shè)備組合方式電子干擾的功率進(jìn)行有效分配，提供了參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]李波,高曉光．編隊空戰(zhàn)中協(xié)同電子干擾的功率分配[J]．系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2008(7):1298-1300．

[2]劉清,王興華,王星,程嗣怡．多目標(biāo)的有源壓制干擾功率分配方法[J]．火力指揮與控制,2012, 37?(5):164-166．

作者簡介：

寇偉（1981-），男，陜西西安人，工程師。

馬衛(wèi)東（1968—），男，甘肅蘭州人，大學(xué)本科，學(xué)士，甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院副教授，主要研究方向：電子電工技術(shù)、PLC、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。