Реализация алгоритма одновременного влияния синапсов на все ионные механизмы нейрона

Класс ионного механизма, реализован в коллекции Libraries/PulseLib среды NMSDK. Имя модуля NPulseSynChannel. В модуле описан одноименный класс, интерфейс которого описан ниже.

Параметры класса представлены в таблице (Таблица 3.1).

Таблица 3.1- Параметры класса NPulseSynChannel

Имя параметра	Тип	Описание
Capacity	double	Емкость мембраны
Resistance	double	Сопротивление мембраны
FBResistance	double	Сопротивление перезаряда мембраны
Type	double	Тип ионного механизма (<0 - накапливает отрицательный вклад в потенциал, >0 - накапливает положительный вклад в потенциал)
PulseAmplitude	double	Амплитуда входных импульсов
SecretionTC	double	Постоянная времени выделения медиатора
DissociationTC	double	Постоянная времени распада медиатора
InhibitionCoeff	double	Коэффициент пресинаптического торможения
SynapseResistance	double	Вес (эффективность синапса) синапса

 

Модель регулятора

Класс регулятора, реализующего схему, представленную выше (Рисунок 2.2), реализован в коллекции Libraries/MotionControlLib среды NMSDK. Имя модуля NEngineMotionControl. В модуле описан одноименный класс, интерфейс которого описан ниже.

Параметры класса представлены в таблице (Таблица 3.2).

Таблица 3.2 – Параметры класса NEngineMotionControl

Имя параметра	Тип	Описание
NumMotionElements	size_t	Число управляющих элементов
CreationMode	int	Режим формирования сети 0 - Signum 1 - Range 2 - Branched Range 3 - Branched Range Crosslinks 4 - Branched Ind. Range 5 - Branched Ind. Range Crosslinks 10 - Branched Ind. Range Continues LTZone neurons 11 - Simplest 2 neuron model 12 - As 11 but speed and force control added
MotionElementClassName	NameT	Имя класса управляющего элемента
AdaptiveStructureMode	int	Режим включения адаптивной перестройки структуры 0 - нет адаптивности 1 - адаптивность включена с полным сбрсом управления 2 - включена автоматическая адаптация c полным сбросом управления
IaMin, IaMax	double	Диапазон афферентных нейронов по каналу Ia
IbMin, IbMax	double	Диапазон афферентных нейронов по каналу Ib
IIMin, IIMax	double	Диапазон афферентных нейронов по каналу II
IcMin, IcMax	double	Диапазон афферентных нейронов по каналу Ic
PacGain	double	Максимальное усиление управляющего воздействия 0 - Разбиение на диапазоны [Max/(i+1)] где i - индекс диапазона 1 - Разбиение на диапазоны [Max/(i+1)] где i - индекс диапазона 2 - 3 - Max/(N-i), где i - индекс диапазона, а N - число диапазонов
AfferentRangeMode	int	Режим настройки диапазонов афферентных нейронов 0 - диапазоны одинаковой длины 1 - диапазоны с удвоением длины, и минимальной шириной в процентах MinAfferentRange от соответствующей разницы *Max-*Min
PacRangeMode	int	Режим настрйоки диапазонов PAC
DestContourMaxAmplitude	std::vector<double>	Маскимально допустимая амплитуда колебаний
DestContourMinAmplitude	std::vector<double>	Минимально допустимая амплитуда колебаний
DestTransientTime	double	Желаемое время переходного процесса
UseContourData	std::vector<bool>	Используемые в адаптации контуры управления
TransientHistoryTime	double	Интервал времени на котором анализируем переходный процесс
TransientObjectIndex	int	Индекс выхода источника сигнала (объекта) по которому анализируем переходный процесс
TransientAverageThreshold	double	Максимально допустимая скорость изменения среднего значения сигнала за интервал времени, по которой принимаем решение о том, что переходный процесс завершен

 

Переменные состояния класса представлены в таблице (Таблица 3.3).

Таблица 3.3 – Переменные состояния класса NEngineMotionControl

Имя переменной состояния	Тип	Описание
MinAfferentRange	double	Процентная величина от соответствующей разницы *Max-*Min определяющая минимальную ширину диапазона афферетных нейронов изменяяется в интервале [0;1]
CurrentContourAmplitude	std::vector<double>	Текущая амплитуда колебаний
CurrentContourAverage	std::vector<double>	Текущее среднее колебаний
CurrentTransientTime	double	Текущее время переходного процесса
CurrentTransientState	bool	Текущее состояние переходного процесса

 

В таблице ниже (Таблица 3.4) приведен перечень вариантов реализаций управляющих элементов.

Таблица 3.4 – Список вариантов реализации модели управляющего элемента

Имя прототипа компонента в коллекции	Описание
NMotionElement	СУ двигательной единицей со вставочными интернейронами
NSimpleMotionElement	СУ двигательной единицей без вставочных интернейронов
NBranchedMotionElement	СУ с ветвлением
NSimpleBranchedMotionElement	СУ с ветвлением без вставочных интернейронов
NContinuesBranchedMotionElement	СУ с ветвлением и “непрерывными” нейронами
NContinuesSimpleBranchedMotionElement	СУ с ветвлением и непрерывными нейронами без вставочных интернейронов
NSimplestMotionElement	простейшая СУ
NSimplestBranchedMotionElement	простейшая СУ с ветвлением
NSimplestAfferentBranchedMotionElement	простейшая СУ с ветвлением и простым афферентным нейроном
NNewSimplestAfferentBranchedMotionElement	простейшая СУ с ветвлением, простым афферентным нейроном и обновленной моделью нейрона с выделенным участком мембраны на сому
NAsfNewSimplestAfferentBranchedMotionElement	простейшая СУ с ветвлением, простым афферентным нейроном и обновленной моделью нейрона с выделенным участком мембраны на сому, на 3 афферентных канала
NAslsNewSimplestAfferentBranchedMotionElement	простейшая СУ с ветвлением, простым афферентным нейроном и и обновленной моделью нейрона с выделенным участком мембраны на сому, на 4 афферентных канала

 

Схема управляющего элемента (Рисунок 2.4) воспроизводится путем выбора режима формирования сети CreationMode=12, и именем управляющего элемента: MotionElementClassName=” NAsfNewSimplestAfferentBranchedMotionElement”.

 

 

Все эксперименты проводились при следующих параметрах регулятора:

- AfferentRangeMode=2;

- PacRangeMode=2;

- PacGain=100;

 

Модель гироскопа

Класс гироскопа, реализующего схему, описанную в п.2.4 реализован в коллекции Libraries/ActLib среды NMSDK. Имя модуля NAstaticGyro. В модуле описан одноименный класс, интерфейс которого описан ниже.

Параметры класса представлены в таблице (Таблица 3.5).

Таблица 3.5 - Параметры класса NAstaticGyro

Имя параметра	Тип	Описание
natural_freq	double	Собственная частота гироскопа
z_g	double	Коэффициент демпфирования гироскопа

 

Переменные состояния класса представлены в таблице (Таблица 3.6).

Таблица 3.6 - Переменные состояния класса NAstaticGyro

Имя переменной состояния	Тип	Описание
alpha	double	Угол вращения вокруг оси Z
betta	double	Угол вращения вокруг оси X
gamma	double	Угол вращения вокруг оси Y

 

Все эксперименты проводились при следующих параметрах гироскопа:

- natural_freq = 2000;

- z_g = 0.707.

 

Модель исследуемой системы

Класс, реализующий систему, описанную в п.2.1 реализован в коллекции Libraries/ActLib среды NMSDK. Имя модуля NManipulatorAndGyro. В модуле описан одноименный класс, интерфейс которого описан ниже.

Параметры класса представлены в таблице ниже (Таблица 3.7).

Таблица 3.7 - Параметры класса NManipulatorAndGyro

Имя параметра	Тип	Описание
Mass	double	Полная масса системы
Length	double	Длина звена манипулятора

 

Входные данные, используемые классом, представлены в таблице ниже (Таблица 3.8).

Таблица 3.8 - Входные данные класса NManipulatorAndGyro

№ входа	Тип	Описание
	double	Внешний момент, воздействующий на систему
	double	Момент на валу двигателя
	double	текущий угол поворота звена манипулятора по данным датчика манипулятора