Екі байланысқан нейронның синхрондық режимдері

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

3. 2. Екі байланысқан нейронның синхрондық режимдері

Бұл бөлімде екі байланысқан ФинцХью-Нагумо осцилляторларының синхрондық режимдерін зерттеу нәтижелері көрсетілген. 1-суретте диссипативті байланысқан осцилляторлардың сүлбесі көрсетілген. Индивидуалды осцилляторлардың периодтары бір-бірінен өзгеше болып, сәйкесінше T ₁ =0. 036 c T ₂ = 0. 064 c құрайды. Осцилляторлар арасындағы байланыс күші ортақ резистор арқылы реттеліп отырылды (суретте R14-пен белгіленген) . Эксперименттер барысында диссипативті байланыстың әртүрлі мәндеріне сәйкес түрлі режимдер алынды.

: 1-сурет. Ортақ резистор арқылы байланысқан екі ФитцХью-Нагумо осцилляторы. Байланыс резисторының мәні R _б =0. 1 кОм.

: 2-сурет. Байланысқан және байланыспаған нейрондардың тербелістерінің көрінісі: (a) және (с) С ₂ =1мкФ, (b) және (d) С ₂ =2мкФ, R _б =0. 1 кОм. Байланыспаған нейрондардың тербеліс периодтары әр-түрлі: (a) және (b), байланысқаннан кейін периодтар өзара тең: (с) және (d)

2-суретте байланысқанға дейінгі және байланыстан кейінгі тербелістердің кескіні көрсетілген. Суреттен көріп тұрғанымыздай байланысқа дейін осцилляторлардың тербіліс периодтары өзгеше болып, T ₁ =0. 036 c T ₂ = 0. 064 c құраған болса, ал байланыстан кейін осцилляторлардың өзара синхрондалғандығын көруге болады. Олардың тербіліс периодтары теңеліп, T _s =0. 044 c құрады. Схемотехникалық эксперименттердің бірінші кезеңінде индивуалды осцилляторларды бір-бірінен өзгешелендіру үшін С2 және С4 конденсаторлардың мәні бір-бірінен 2 есе өзгеше етіп алынды. Осцилляторлардың барлың басқа параметрлері тұрақты. Эксперимент барысында сондай-ақ, толық синхрондық күйдің байланыс параметрінің кемуіне байланысты жартылай синхрондық күйге өтуі байқалды (3-сурет) . Байланыс параметрінің мәнін 1 ден 950кОм-ға дейін өзгерту кезінде бірдей фазада синхрондалып тұрған екі осциллятор қарам-қарсы фазадағы синрондалу күйіне өтеді (4-сурет) .

Эксперимент барысында алынған тағы бір қызық нәтиже ол осцилляторлардың бірінің тербелістерінің сөну эффектісі (5-сурет) . Бұл эффект байланыс параметрінің белгілі бір критикалық мәннен артқанда ғана байқалды.

: 3-сурет. Фазалық кеңістіктегі фазалық кескіндер. Өстерде сәйкесінше бірінші және екенші осциллятордың шығыс потенциалы орналасқан. Диссипативтік байланыстың мәніне байланысты осцилляторлар әртүрлі синхрондық күйлерден өтіп тұр. (a) - толық синхрондық күй, ал (b), (c) және (d) суреттерде толық фазалық синхронизацияның жоғалғандығын көруге болады.

: 4-сурет. Тербелістер фазаларының айырымының диссипативті байланыстың мәніне тәуелділігі. Диссипативті байланыс R артқан сайын фаза бойынша синхрондалу қарама-қарсы фазадағы синхрондалуға айналып отыр.

: 5-сурет. Байланыс күшінің мәні критикалық мәннен, яғни R=950 кОм-нан артқан кезде осцилляторлардың біреуінде тербелістердің сөну эффектісі байқалады.

Эксперименттердің екінші кезеңінде де осциллятор бір-бірінен өзгеше болды, бірақ бұл өзгешелік конденсатордың көмегімен емес, R6 резистордың көмегімен жасалынды, яғни бірінші осциллятордың периодын өзгерту үшін R6 резисторының мәні өзгеріп отырылды. Динамикалық режимдер жиіліктік айырмашылық және байланыс параметрі жазықтығында салынды. Жиіліктік айырым (частотная расстройка) ретінде R12/R6 қатынасы алынды, байланыс параметрінің мәні 1 ден 950 кОм-ға дейінгі интервалда өзгертілді.

: 6-сурет. Байланысқан осцилляторлар жүйесі үшін жасалынған эксперименттік динамикалық карта режимдері.

6-суреттен көріп тұрғанымыздай, динамикалық режимдер картасында төмендегідей аймақтар анықталды:

Периоды 1-ге тең негізгі синхрондалу тілі (Арнольд тілі), бұл режимді толық синхрондалу режимі (pashe locked) десек болады;
Бұл аймақта да осцилляторлар синхрондалған, бірақ толық фазалық емес, жиіліктік синхрондалу (frequency locked) байқалады;
Бұл аймақта синхрондалудыңn:mрежимі байқалады, яғни 2:1 синхрондалу. Бірінші осциллятордың бір рет тербелгенде екінші осциллятор екі рет тербеліс жасайды;
Квазипериодтық тербелістер аймағы;
Тербелістердің сөну эффектісі байқалатын аймақ, бұл аймақтың пайда болуына осцилляторлардың арасындағы байланыс күшінің шамадан тыс үлкен болуы себеп болады;
Жоғары дәрежелі синхрондалу тілдері бар аймақ. Бұл аймақ 3 аймаққа ұқсас, бірақ оған қарағанда әлдеқайда күрделі.

: 7-сурет. Байланысқан осцилляторлардың тербелістер реализациясы және фазалық кескіндері. Жоғарыдан төменге қарай: толық синхрондық режим (phase locked), жартылай синхрондық (frequency locked) және 2:1 синхрондалу режимдері ( n:m ) .

: 8- сурет. Байланысқан осцилляторлардың тербелістер реализациясы және фазалық кескіндері. Жоғарыдан төменге қарай: квазипериодтық, тербелістердің сөну эффектісі байқалатын режим және жоғары дәрежелі синхрондалу тілдері бар режим.

Алынған нәтижелерді қорытындылай келе, мынаны ерекше апат айтуға болады: Жоғарыда алынған аймақтардың ішінде 5 аймақтың динамикалық режимдер картасында орналасу орны қызықты. Себебі, тербелістердің сөну эффектісі артықша диссипацияның пайда болуы кезінде орын алады. Яғни, энергияның байланыс резисторы R14 арқылы қосымша жоғалуын қорек көзінен келіп жатқан энергия компенсация жасай алмайды, сондықтан тербелістер сөнуі мүмкін. Дегенмен, 5 аймақ диссипация үлкен болатындай аймақта орналаспаған. Бұл аймақтың синхрондалу аймағының ішінде орналасуы қызық нәтиже болып саналады.

3. 3 ФинцХью-Нагумо осцилляторын сыртқы күшпен синхрондау

Бұл бөлімде бір осцилляторды сыртқы күшпен синхрондау эксперименттерінің нәтижесі көрсетілген. Автотербелмелі жүйе ретінде ФинцХью-Нагумо моделін сипаттайтын жүйенің электронды схемасы жасалынды. Эскперименттің блок схемасы 9-суретте көрсетілген. Жүйеге XFG1 функционалды генераторынан R13 резисторының көмегімен сыртқы периодты күш берілді. Функционалды генератордан және осциллятордан щыққан сигналдар 4-каналды осциллографтың көмегімен жазылды.

: 9-сурет. Сыртқы периодты күш әсер еткендегі құрылғының блок схемасы

Алынған мәліметтер MatLab ортасында өңделді. Эскперименттер барысында дәстүрлі 1:1 ретті синхронизация тілінен бөлек жоғарғы ретті 2:1, 3:1 ретті тілдердің орын алу аймақтары анықталды. 10-суретте Арнольд тілдерінің бейнесі көрсетілген. Жоғары ретті синхронизация тілдері сыртқы күш жиілігінің айтарлықтай жоғары мәндерінде байқалады. Сондай-ақ, релаксациялық осцилляторларға тән мынадай заңдылықтар да анықталды:

Сыртқы периодты күш осциллятордың тербеліс периодын кемітеді;
Синхронизация өте тез, бірнеше период ішінде орын алдады, ал сыртқы күштің айтарлықтай үлкен мәндерінде синхронизация бірден орын алады.

: 10-сурет. ФинцХью-Нагумо осцилляторын сыртқы күшпен синхрондау кезіндегі синхронизация тілдері. 1:1 ретті синхрондалу тілінің шекарасы қызыл түспен, 2:1 ретті тілдің шекарасы жасыл, ал 3:1 ретті тілдің шекарасы көк түспен белгіленген.

11-суретте Арнольд тілінің характерлік аймақтарындағы тербелістердің көрінісі көрсетілген. Суреттен көріп тұрғанымыздай, 1:1 синхрондалу аймағындағы импульстердің көрінісі синхронизация жоқ кездегі тербелістерге өте жақын (11-a сурет) . Жиілік артқан сайын импульстердің периоды азаяды, бірақ бір импульстің ені артып отырыды. Жоғары ретті синхрондалу режимдері сыртқы периодты күш амплитудасының тек жоғары мәндерінде ғана байқалады. Амплидуасы айтарлықтай үлкен сыртқы сигнал тербелістер формасын бастапқыдан айтарлықтай өзгеше түрге келтірендігі анықталды (11- d сурет) .

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.