基于Temporal rule的忆阻神经网络电路

忆阻器是一种动态特性的电阻,其阻值可以根据外场的变化而变化,并且在外场撤掉后能够保持原来的阻值,具有类似于生物神经突触连接强度的特性,可以用来存储突触权值。在此基础上,为了实现基于Temporal rule对IRIS数据集识别学习的功能,建立了以桥式忆阻器为突触的神经网络SPICE仿真电路。采用单个脉冲的编码方式,脉冲的时刻代表着数据信息,该神经网络电路由48个脉冲输入端口、144个突触、3个输出端口组成。基于Temporal rule学习规则对突触的权值修改,通过仿真该神经网络电路对IRIS数据集的分类正确率最高能达到93.33%,表明了此神经系统结构设计在类脑脉冲神经网络中的可用性。     

二元氧化物忆阻器材料及其在突触领域研究进展

近几年该材料在突触仿生功能的运用,让人们对人造神经网络有了更深一步的认识,同时也被认为实现高效脑人工神经网络的独特器件。本文将综述近几年研究的二元氧化物材料,如:ZnO、TiOx、SiOx、WOx、HfOx、TaOx、ZrOx氧化物材料关于突触仿生功能的实现,也将概述氧化物材料特点、目前采用的制备为忆阻器的方法、突触领域的现有研究,并展望未来该领域的更多可能性。     

基于多层忆阻脉冲神经网络的强化学习及应用

人工神经网络（Artificial neural networks,ANNs）与强化学习算法的结合显著增强了智能体的学习能力和效率.然而,这些算法需要消耗大量的计算资源,且难以硬件实现.而脉冲神经网络（Spiking neural networks,SNNs）使用脉冲信号来传递信息,具有能量效率高、仿生特性强等特点,且有利于进一步实现强化学习的硬件加速,增强嵌入式智能体的自主学习能力.不过,目前脉冲神经网络的学习和训练过程较为复杂,网络设计和实现方面存在较大挑战.本文通过引入人工突触的理想实现元件——忆阻器,提出了一种硬件友好的基于多层忆阻脉冲神经网络的强化学习算法.特别地,设计了用于数据——脉冲转换的脉冲神经元;通过改进脉冲时间依赖可塑性（Spiking-timing dependent plasticity,STDP）规则,使脉冲神经网络与强化学习算法有机结合,并设计了对应的忆阻神经突触;构建了可动态调整的网络结构,以提高网络的学习效率;最后,以Open AI Gym中的CartPole-v0（倒立摆）和MountainCar-v0（小车爬坡）为例,通过实验仿真和对比分析,验证了方案的有效性和相对于传统强化学习方法的优势.     

基于忆阻器交叉阵列的卷积神经网络电路设计

由于在神经形态计算方面具有优良的性能,忆阻器交叉阵列引起了研究者的广泛关注.利用忆阻器与传统器件提出了1个改进的忆阻器交叉阵列电路,可以准确地存储权重与偏置,结合相应的编码方案后可以运算点积操作,并将其用于卷积神经网络中的卷积核、池化与分类器部分.利用改进的忆阻器交叉阵列和基于卷积神经网络本身拥有的高容错性,还设计了1个忆阻卷积神经网络结构,可以完成1个基本卷积神经网络算法.在卷积操作后直接存储模拟形式的计算结果,使得卷积操作与池化操作之间避免了1次模数-数模转换过程.实验结果表明:设计的面积为0.852 5cm\\+2芯片上的运算性能是1台计算机速度的1 770倍,在面积基本相当的前提下,性能比前人设计的电路提高了7.7倍.设计存在可以接受的微小识别误差开销,与软件运行结果相比,此电路在每个忆阻器存储6b或8b信息的情况下平均识别误差分别只增加了0.039%与0.012%.     

基于忆阻器的迟滞比较电路研究

研究了惠普忆阻器的电荷控制模型,并构建了其SimuIink模型,给出了相应的仿真结果。最后设计了一种基于忆阻器的迟滞比较电路,建立了其SimuIink仿真模型,分析了其仿真结果。此电路简单易用,能应用于多种电路,比如方波和锯齿波产生电路等。它在电路尺寸、电路功耗等方面都有优势。     

忆阻器的温度效应改进模型及其仿生神经突触传递

突触传递是温度敏感的,由于缺乏温度依赖性的突触电导分析模型,无法在神经系统建模时包括温度效应.忆阻器因其阻值连续可变和纳米尺寸的优势,被广泛认为可以模拟生物突触.本文通过改进忆阻保留值和考虑温度对离子迁移和扩散的影响,提出一种新的氧化钨忆阻器模型,此模型更加符合忆阻器的实际行为特性.首先,改进的数学模型不仅具有原模型的功能,同时可以拟合忆阻器的实际遗忘规律.另外,将此忆阻器作为生物突触耦合两个相同的HH神经元,能够体现温度对突触传递的影响,即温度上升引起氧空位迁移和扩散速率发生变化,导致忆阻器电导变化速率加快,进一步影响兴奋性突触后膜电位幅值和放电次数,而相关仿真结果与神经生理实验现象相符.本文的工作表明,改进的氧化钨忆阻器模型更适合作为仿生突触应用到神经形态系统中,将为指导忆阻器的设计制造工艺以提高其仿生突触性能提供参考,也为研究温度对突触传递的影响提供了一种新思路.     

基于MNIST的忆阻神经网络稳定性研究

为了探究忆阻器的稳定性问题对忆阻神经网络性能的影响,基于等效电阻拓扑结构的忆阻器模型,搭建了一个将忆阻器作为突触的BP神经网络,并利用MNIST数据集对该网络进行训练和测试。忆阻器的稳定性问题通过设置忆阻器参数波动来模拟,最终发现忆阻器一定程度内的性能波动会促进神经网络的收敛,但波动过大则会降低网络的收敛速度。为了表征波动的临界程度,测得了基于忆阻器模型的各参数的最大波动范围,并进一步计算出忆阻器件工艺层次参量的取值范围,为忆阻神经网络硬件化中忆阻器件的工艺制造和选用提供了参考。     

基于忆阻桥效应的光纤式双光路结冰探测方法

近年来,随着防冰、除冰需求的增加,结冰探测技术受到了广泛关注,但传统的结冰传感器量程受限,且后续信号处理电路部分体积较大,难以满足应用需求.基于双光路差动测量的方法,提出一种正方形光纤束探测头分布模式和具有放大效应的忆阻桥网络结构,该网络结构通过对光电探测器的输出光电流信号进行放大,并以网络中感知忆阻器的端电压作为传感输出,从而实现冰层厚度的测量.试验仿真结果表明,该方法探测头端面的安装面积较常用圆形端面光纤束可减小约12.6%,且能够有效消除光路扰动和扩大结冰厚度的测量范围,结冰厚度的测量范围可达到38mm.     

面向电压降的忆阻神经网络精度优化EI北大核心CSCD

由于忆阻器交叉阵列自身的模拟特性可高效实现乘累加运算,因此,它被广泛用于构建神经形态计算系统的硬件加速器.然而,纳米线电阻的存在,会引起忆阻器与纳米线构成的电阻网络出现电压降问题,导致忆阻器阵列的输出信号损失而影响神经网络的精度.分析忆阻器电压降与忆阻器状态、位置,输出电流和输出位置的关系,通过稀疏映射优化电压降,并采用输出补偿进一步提高输出精度.仿真实验的结果表明,该方法可以有效地解决电压降引起的问题,忆阻神经网络在手写数字数据集MNIST的识别率达到95.8%,较优化前提升了33.5%.     

忆阻器存储研究与展望

随着信息呈现爆炸式增长,而CMOS的工艺尺寸逐步接近其理论极限尺寸,新型纳米级存储器件的需求日趋迫切.忆阻器被认为具有替代动态随机存储器,适应海量存储的巨大潜力.在综述忆阻器与忆阻系统概念的产生与发展的基础上,讨论忆阻器作为存储单元的特性,综述了忆阻器的阻变存储结构以及相对应的读写方法.在总结分析目前研究存在问题的基础上,探讨了今后的研究方向.     

基于PI调节器的线性电桥

提出了一种基于PI调节器的线性电桥电路 ,它的输出电压与电阻值的变化量成正比 ,而且调整方便。适用于高精度热电阻测量温度的场合。     

忆阻器模拟电路及其低通滤波电路研究

设计一个具有斜8字型伏安特性的忆阻器模拟电路模型,并将此模型应用于构建低通滤波电路。进行Multisim仿真并制作了相应的实物电路,仿真和实验结果表明该电路模型可以正确模拟忆阻器的特性,由其构建的忆阻低通滤波电路具有时变特性。     

基于ZigBee的便携式无线桥梁健康状况监测技术的研究

针对目前国内桥梁健康状况监测系统存在结构复杂、成本过高、难以长期监测等一系列问题,提出一种基于ZigBee技术的桥梁健康状况监测系统;该系统由前端采集和远程监控两模块组成,前端模块采用动态电阻应变仪采集桥梁结构应变等参数,远程模块利用ZigBee技术与前端模块建立无线通信链路并获得前端采集的数据进行后期处理,分析监测桥梁健康状况;本方案中两模块均采用ARM9处理器,嵌入式Linux操作系统及ZigBee传输技术,结构简单,易实现。     

基于DSP充电桩的检测电路设计与研究

针对目前电动汽车充电桩中输入电压与电流较难实时测量的问题,详细介绍了充电桩系统采样电路的设计思想,设计出基于DSP采样的硬件电路.当交流任一相输入电压大于某一设定值时,系统内所有模块会自动保护并停止输出,以保护充电模块及用户设备.当交流输入电压恢复正常后,充电模块自动恢复正常工作.同时本文所设计的电压、电流检测电路可用于其他系统中.     

基于牛顿插值算法光伏三相桥逆变器的研究

最大功率点跟踪(MPPT)技术是光伏系统研究的核心内容,易受光照强度和温度变化的影响.主要分析了光伏发电系统中使用的三相桥逆变器的结构,构建了三相单级式LCL型并网逆变器的数学模型,从而得出P-U曲线,根据三点采样,在最大功率点两侧运用牛顿插值算法输出拟合最大功率点,提出了一种基于牛顿插值算法的最优控制方法,并利用Matlab仿真对控制算法进行了仿真和对比分析,仿真结果表明该算法效果更好.     

基于Linux以太网桥的防火墙技术

在分析Linux以太网桥的基础上,阐述了在Linux内核链路层开发防火墙的技术。     

基于Matlab的计算机辅助电路分析

结合若干经典电路的分析实例,如二阶欠阻尼电路的零输入响应、频率响应及二端口电路阻抗匹配的计算等,针对烦琐的计算和公式推导,提出了Matlab编程的方法加以解决,并给出了具体的Matlab电路分析程序。将Matlab软件作为电路分析工具,通过计算机仿真实验来分析和解决电路问题,方便直观,运算效率更高,值得推广。