پیاده سازی VLSI یک شبکه عصبی آنالوگ مناسب برای الگوریتم های ژنتیک

خلاصه
مفید بودن شبکه عصبی آنالوگ مصنوعی بصورت خیلی نزدیکی با میزان قابلیت آموزش پذیری آن محدود می شود .
این مقاله یک معماری شبکه عصبی آنالوگ جدید را معرفی می کند که وزنهای بکار برده شده در آن توسط الگوریتم ژنتیک تعیین می شوند .
اولین پیاده سازی VLSI ارائه شده در این مقاله روی سیلیکونی با مساحت کمتر از 1mm که شامل 4046 سیناپس و 200 گیگا اتصال در ثانیه است اجرا شده است .
از آنجائیکه آموزش می تواند در سرعت کامل شبکه انجام شود بنابراین چندین صد حالت منفرد در هر ثانیه می تواند توسط الگوریتم ژنتیک تست شود .
این باعث می شود تا پیاده سازی مسائل بسیار پیچیده که نیاز به شبکه های چند لایه بزرگ دارند عملی بنظر برسد .
- مقدمه
شبکه های عصبی مصنوعی به صورت عمومی بعنوان یک راه حل خوب برای مسائلی از قبیل تطبیق الگو مورد پذیرش قرار گرفته اند .
علیرغم مناسب بودن آنها برای پیاده سازی موازی ، از آنها در سطح وسیعی بعنوان شبیه سازهای عددی در سیستمهای معمولی استفاده می شود .
یک دلیل برای این مسئله مشکلات موجود در تعیین وزنها برای سیناپسها در یک شبکه بر پایه مدارات آنالوگ است .
موفقترین الگوریتم آموزش ، الگوریتم Back-Propagation است .
این الگوریتم بر پایه یک سیستم متقابل است که مقادیر صحیح را از خطای خروجی شبکه محاسبه می کند .
یک شرط لازم برای این الگوریتم دانستن مشتق اول تابع تبدیل نرون است .
در حالیکه اجرای این مسئله برای ساختارهای دیجیتال از قبیل میکروپروسسورهای معمولی و سخت افزارهای خاص آسان است ، در ساختار آنالوگ با مشکل روبرو می شویم .
دلیل این مشکل ، تغییرات قطعه و توابع تبدیل نرونها و در نتیجه تغییر مشتقات اول آنها از نرونی به نرون دیگر و از تراشه ای به تراشه دیگر است و چه چیزی می تواند بدتر از این باشد که آنها با دما نیز تغییر کنند .
ساختن مدارات آنالوگی که بتوانند همه این اثرات را جبران سازی کنند امکان پذیر است ولی این مدارات در مقایسه با مدارهایی که جبران سازی نشده اند دارای حجم بزرگتر و سرعت کمتر هستند .
برای کسب موفقیت تحت فشار رقابت شدید از سوی دنیای دیجیتال ، شبکه های عصبی آنالوگ نباید سعی کنند که مفاهیم دیجیتال را به دنیای آنالوگ انتقال دهند .
در عوض آنها باید تا حد امکان به فیزیک قطعات متکی باشند تا امکان استخراج یک موازی سازی گسترده در تکنولوژی VLSI مدرن بدست آید .
شبکه های عصبی برای چنین پیاده سازیهای آنالوگ بسیار مناسب هستند زیرا جبران سازی نوسانات غیر قابل اجتناب قطعه می تواند در وزنها لحاظ شود .
مسئله اصلی که هنوز باید حل شود آموزش است .
حجم بزرگی از مفاهیم شبکه عصبی آنالوگ که در این زمینه می توانند یافت شوند ، تکنولوژیهای گیت شناور را جهت ذخیره سازی وزنهای آنالوگ بکار می برند ، مثل EEPROM حافظه های Flash .
در نظر اول بنظر می رسد که این مسئله راه حل بهینه ای باشد .
آن فقط سطح کوچکی را مصرف می کند و بنابراین حجم سیناپس تا حد امکان فشرده می شود (کاهش تا حد فقط یک ترانزیستور) .
دقت آنالوگ می تواند بیشتر از 8 بیت باشد و زمان ذخیره سازی داده (با دقت 5 بیت) تا 10 سال افزایش می یابد .
اگر قطعه بطور متناوب مورد برنامه ریزی قرار گیرد ، یک عامل منفی وجود خواهد داشت و آن زمان برنامه ریزی و طول عمر محدود ساختار گیت شناور است .
بنابراین چنین قطعاتی احتیاج به وزنهایی دارند که از پیش تعیین شده باشند .
اما برای محاسبه وزنها یک دانش دقیق از تابع تبدیل شبکه ضروری است .
برای شکستن این چرخه پیچیده ، ذخیره سازی وزن باید زمان نوشتن کوتاهی داشته باشد .
این عامل باعث می شود که الگوریتم ژنتیک وارد محاسبات شود .
با ارزیابی تعداد زیادی از ساختارهای تست می توان وزنها را با بکار بردن یک تراشه واقعی تعیین کرد .
همچنین این مسئله می تواند حجم عمده ای از تغییرات قطعه را جبران سلزی کند ، زیرا داده متناسب شامل خطاهایی است که توسط این نقایص ایجاد شده اند .
- مقدمه
شبکه های عصبی مصنوعی به صورت عمومی بعنوان یک راه حل خوب برای مسائلی از قبیل تطبیق الگو مورد پذیرش قرار گرفته اند .
علیرغم مناسب بودن آنها برای پیاده سازی موازی ، از آنها در سطح وسیعی بعنوان شبیه سازهای عددی در سیستمهای معمولی استفاده می شود .
یک دلیل برای این مسئله مشکلات موجود در تعیین وزنها برای سیناپسها در یک شبکه بر پایه مدارات آنالوگ است .
موفقترین الگوریتم آموزش ، الگوریتم Back-Propagation است .
این الگوریتم بر پایه یک سیستم متقابل است که مقادیر صحیح را از خطای خروجی شبکه محاسبه می کند .
یک شرط لازم برای این الگوریتم دانستن مشتق اول تابع تبدیل نرون است .
در حالیکه اجرای این مسئله برای ساختارهای دیجیتال از قبیل میکروپروسسورهای معمولی و سخت افزارهای خاص آسان است ، در ساختار آنالوگ با مشکل روبرو می شویم .
دلیل این مشکل ، تغییرات قطعه و توابع تبدیل نرونها و در نتیجه تغییر مشتقات اول آنها از نرونی به نرون دیگر و از تراشه ای به تراشه دیگر است و چه چیزی می تواند بدتر از این باشد که آنها با دما نیز تغییر کنند .
ساختن مدارات آنالوگی که بتوانند همه این اثرات را جبران سازی کنند امکان پذیر است ولی این مدارات در مقایسه با مدارهایی که جبران سازی نشده اند دارای حجم بزرگتر و سرعت کمتر هستند .
برای کسب موفقیت تحت فشار رقابت شدید از سوی دنیای دیجیتال ، شبکه های عصبی آنالوگ نباید سعی کنند که مفاهیم دیجیتال را به دنیای آنالوگ انتقال دهند .
در عوض آنها باید تا حد امکان به فیزیک قطعات متکی باشند تا امکان استخراج یک موازی سازی گسترده در تکنولوژی VLSI مدرن بدست آید .
شبکه های عصبی برای چنین پیاده سازیهای آنالوگ بسیار مناسب هستند زیرا جبران سازی نوسانات غیر قابل اجتناب قطعه می تواند در وزنها لحاظ شود .
مسئله اصلی که هنوز باید حل شود آموزش است .
حجم بزرگی از مفاهیم شبکه عصبی آنالوگ که در این زمینه می توانند یافت شوند ، تکنولوژیهای گیت شناور را جهت ذخیره سازی وزنهای آنالوگ بکار می برند ، مثل EEPROM حافظه های Flash .
در نظر اول بنظر می رسد که این مسئله راه حل بهینه ای باشد .
آن فقط سطح کوچکی را مصرف می کند و بنابراین حجم سیناپس تا حد امکان فشرده می شود (کاهش تا حد فقط یک ترانزیستور) .
دقت آنالوگ می تواند بیشتر از 8 بیت باشد و زمان ذخیره سازی داده (با دقت 5 بیت) تا 10 سال افزایش می یابد .
اگر قطعه بطور متناوب مورد برنامه ریزی قرار گیرد ، یک عامل منفی وجود خواهد داشت و آن زمان برنامه ریزی و طول عمر محدود ساختار گیت شناور است .
بنابراین چنین قطعاتی احتیاج به وزنهایی دارند که از پیش تعیین شده باشند .
اما برای محاسبه وزنها یک دانش دقیق از تابع تبدیل شبکه ضروری است .
برای شکستن این چرخه پیچیده ، ذخیره سازی وزن باید زمان نوشتن کوتاهی داشته باشد .
این عامل باعث می شود که الگوریتم ژنتیک وارد محاسبات شود .
با ارزیابی تعداد زیادی از ساختارهای تست می توان وزنها را با بکار بردن یک تراشه واقعی تعیین کرد .
همچنین این مسئله می تواند حجم عمده ای از تغییرات قطعه را جبران سلزی کند ، زیرا داده متناسب شامل خطاهایی است که توسط این نقایص ایجاد شده اند .

گزارش آشنایی با مشخصات کلی الکتریکی پست 63 کیلو ولتی کمال آباد کرج

خلاصه گزارش
در این گزارش سعی شده است که با رعایت اختصار گوشه ای از قسمت عظیم و گسترش انتقال الکتریکی تشریح شود .در مقدمه این گزارش آشنایی با مشخصات کلی الکتریکی پست 63 کیلو ولتی کمال آباد کرج آمده است . در بخش نخست گزارش دلایل وجود پستهای فشار قوی و همچنین انواع آنها با توجه به استانداردهای موجود شرح داده شده دربخش دوم گزارش مهمترین و اساسی ترین تجهیزات تشکیسل دهنده پست به تفصیل شرح و بررسی گردیده است . همچنین در مورد رله هایی که محافظت خطوط و ترانسفورماتورها و دیگر تجهیزات مهم یک مجموعه را عهده دارند توضیحاتی داده شده است دربخش بعدی اصول و روشهای بهره برداری بهینه از پستهای فشار قوی بطور اعم شرح داده شده است که این توضیحات در جهت بهره وری بیشتر و همچنین راندمان بالاتر و جلوگیری از بروز هر گونه خطر و یا اشال احتمالی به کلیه دست اندرکاران یک پست فشار قوی توصیه می شود . بخش بعدی مربوط به شرح و توضیح اشکالات احتمالی که ممکن است در پست 63کمال آباد بروز کند و همچنین شرح کارهایی که برای رفع این عیوب باید انجام شود . بخش آخر نیز مربوط به نحوة بهره برداری از مدارهای اینترلاک پست 63 کمال آباد می باشد که در آن نحوه برق دار کردن خط با در نظر گرفتن کلیه اصول فنی برای جلوگیری از بروز هر گونه نارسایی در سیستم و شبکه شرح گردیده است .
مقدمه
پست 63 کمال آباد در غرب تهران در 50 کیلومتری تهران واقع در کرج قرار دارد . پست توسط 4 ترانس اصلی التا ساخت آلمان هر یک بقدرت نامی 15MVA تغذیه می شود دارای 4 ترانس داخلی ساخت UNELEC هر یک بقدرت نامی 100KVA با گروه برداری PYNU یا پست تبدیل ولتاژ نامی 20/0.4KV با نسبت تبدیل ( جریان نامی )2.88/144.3,A می‌باشد .
و دارای ترانسفورماتور ولتاژ 63 کیلو ولت P.T خطوط سازنده کارخانه SPANNUN GSWANPLER می باشد با قدرت 250,VA و کلاس 0.5 می باشد . دارای دوبی ورودی63 از طریق پست 23 کیلو ولتی کمال آباد به فاصله 2 کیلو‌متری از پست به کدهای 606,605 و یک بی خروجی به پست اختصاصی بی‌سیم واقع در 1 کیلومتری پست که در مواقع مانور از این خط استفاده می شود . و در حال حاضر 12 خط خروجی به شرح ذیل می باشد:
ماهواره 20kv نان شهر 20kv بوستان 20kv
عرب آباد // استناد // فرهنگ //
پدم // قزوین // مردآباد //
علومی // زندان // پارک شهر //
هر بی ورودی شامل تجهیزات زیر می باشد :
1ـ برقگیر 2ـ ترانس ولتاژ 3ـ سکسیونر سرخط ( عمودی ) 4ـ سکسیونر زمین
5ـ ترانس جریان 6ـ بریکر 63 7ـ سکسیونر یا سیار 8ـ سکسیونر ارتباط با سیار 9ـ بریکر 63 10ـ ترانس جریان 11ـ ترانسفورماتور قدرت 12ـ سکسیونر اتصال زمین ترانس 13ـ ترانسفورماتور داخلی 14ـ ترانسفورماتور نوتر

دستگاههای اندازه گیری
این دستگاهها عبارتند از : ولتمتر ، آمپر متر ، واتمتر ، وارمتر ، کنتور اکتیو و راکتیووسازنده‌این‌دستگاهها‌B.B.C‌می باشد‌و‌دستگاههایشان الکترومغناطیسی می‌باشد .

رله های حفاظت خط
1ـ رله دیستانس اولیه ، ساخت آلمان B.B.C دارای سه زون
2ـ رله رکلوزتیک ( دوباره وصل کن ) ، ساخت آلمان B.B.C
3ـ رله جریان زیاد ، ساخت آلمان B.B.C

رله های حفاظتی خط 20c
1ـ رله اضافه جریان
2ـ رله اتصال زمین
ضمناً کلیه اتفاقات در پست توسط دستگاه ثبت می گردد و در حادثه ای که درخطهای خروجی رخ دهد توسط مودم ارسال و ثبت می گردد .

مشخصات باطریهای 127v
پست شامل 2 دسته باطری با مشخصات زیر می باشد که توسط دو دستگاه باتری شارژ که سازنده کشور آن آلمان غربی می باشد ، شارژ می شود .
این باطری از نوع باتری اسیدی و تهویه اش توسط فن انجام می شود تعداد هر ست آن 10 عدد است که هر کدام 12 ولت و 40 آمپر می باشد .

مشخصات باطریهای D.c 48v
همچنین این پست دارای یکدست باطری 48v است که توسط یک ست باطری شارژ 48v است که با Type 48 ساخت آلمان می باشد . مشخصات این باطری 48v به قرار زیر است از نوع اسیدی ظرفیت باطری آن 200 Ah و تعداد آن 4 عدد ولتاژ هر باطری 12V است .

پریز برق ، نیرو رسانی و کلیدها و فیوزها

نیرورسانی (کابل کشی ـ سیم‌کشی)
به منظور برق‌رسانی به نقاط مختلف از سیم‌ها و کابل‌ها استفاده می‌شود که در ساختمان آنها فلزات هادی برای حمل جریان برق و عایق‌های مناسب برای جلوگیری از نشت جریان به کار گرفته شده است. یک هادی با روکش عایق، سیم عایق‌دار نام دارد و اگر چند هادی عایق‌بندی شده در داخل یک غلاف مشترک قرار گیرند کابل ایجاد می‌شود. سیم‌های مورد نیاز در تأسیسات برقی کارهای ساختمانی باید دارای هادی مسی با پوشش (PVC) و ولتاژ 75ـ450 ولت باشد و یا سیم قابل انعطاف با پوشش لاستیکی (طبیعی ـ مصنوعی و یا مخلوطی از آن دو) با ولتاژ اسمی 750ـ450 ولت باشد و در ضمن همچنین انتخاب نوع مدارها (سیم‌کشی ـ کابل کشی) و مشخصات آنها باید با رعایت کلیه مقرراتی باشد که در استاندارد ملی شماره 1937 (آئین‌نامة تأسیسات الکتریکی ساختمانها) ذکر شده است. بدیهی است در صورت فقدان استاندارد ایرانی برای سیم مورد نیاز، باید مشخصات آن سیم با مقررات کمیتة بین‌المللی الکترونیک (IEC) مطابقت کند.

ساختمان هادی در سیم‌ها و کابل‌ها
به منظور اینکه سیم‌ها و یا کابلها دارای قابلیت انعطاف برای حمل و نقل و نصب باشند، هادی را از تعداد رشته‌های یکنواخت که به صورت مارپیچ دور هم تابیده می‌شوند می‌سازند. ساختمان دو نوع سیم رشته‌ایی در زیر نشان داده شده است:

a) سیم رشته‌ایی با سه رشته در وسط b) سیم رشته‌ایی با یک رشته در وسط
در برخی سیمهای عایق‌دار با مقاطع کوچک که قابلیت انعطاف خیلی زیاد لازم است از تعداد خیلی بیشتری رشته‌های بسیار نازک استفاده می‌شود و آنها را به هم می‌تابند.

عایق‌های استفاده شده در سیم‌های عایق‌دار و کابلهای فشار ضعیف
به منظور عایق کردن سیم‌ها و کابل‌ها از کاغذ، کاغذ آغشته به روغن، لاستیک طبیعی، لاستیک مصنوعی و پلاستیک استفاده می‌شد. امروزه پلاستیک‌های متعددی برای عایق‌بندی استفاده می‌شود که بیشتر آنها از کلرور پلی و ینیل با نام تجاری PVC است. PVC دارای استحکام مکانیکی خوب و قابلیت انعطاف بوده، به آسانی نمی‌سوزد و رطوبت جذب نمی‌کند.
امّا در درجة حرارت نسبتاً کمی ذوب می‌شود. عایق PVC در کابل‌های فشار ضعیف بسیار استفاده می‌شود ولی در ولتاژهای بالاتر به ندرت مورد استفاده است.

انواع سیم‌ها و موارد کاربرد آنها
در این بخش به معرفی مختصر تعدادی از سیم‌هایی که در تأسیسات برقی استفاده می‌شود می‌پردازیم:
1. سیم‌های نوع NYAF, NYAB, NYA: این نوع سیم‌ها با پوشش پلاستیکی بوده و در مناطق خشک برای قرار دادن ثابت در روی کار و یا زیر کار در لوله و در نقاط مرطوب استفاده می‌شود.
2. سیم‌های نوع NIFL, NYIFY, NYIF: (سیم‌های اصلی ساختمانها)
NYIF: سیم با عایق پلاستیکی برای ولتاژ 380 ولت است.
NYIFY: در این سیم فاصلة بین سیم‌ها هم از پلاستیک پر شده است و برای سیم‌کشی ثابت، توکار و یا زیرکار و در فضای خشک به کار می‌رود.
NIFL: این سیم عایق لاستیکی دارد و برای اتصال سرپیچها و چراغانی در فضای آزاد به کار می‌رود.
3. سیم‌های نوع NYM و NHYM:
در مقابل رطوبت مقاوم بوده و برای 500 ولت عایق پلاستیکی دارد. از این سیم در محل‌های خشک یا مرطوب می‌توان استفاده کرد.
4. سیم‌های NYFAZ, NYFA, NFA و N2GSA:
برای سیم‌کشی‌های ثابت در چراغ‌ها و برای اتصال مصر‏ف‌کننده‌های سیار استفاده می‌شود.
5. سیم‌های LWUA, LWUB,LWUC:
این نوع سیم‌ها با روپوش بی‌درز برای سیمکشی در هوای آزاد و در تأسیسات جریان ضعیف و قوی استفاده می‌شود.
6. سیم‌های NAE, NBE, NE, NLC:
این نوع سیم‌ها به عنوان سیم مخصوص نول به کار می‌روند. NLC سیم خنثی برای سیم‌کشی روی زمین و NBE, NE برای سیم کشی در زیر زمین استفاده می‌شود.

7. سیم‌های نوع NTK و NTSK:
سیم‌های نازک مسی تا 380 ولت چند رشته‌ایی که در مناطق خشک و برای چراغهای متحرک سن تئاترها استفاده می‌شود.
8. سیم 2: این نوع سیم مخابراتی برای ارتباط بین دستگاههای مخابراتی، مراکز تلفن خودکار و سیم‌کشی تلفنی به کار می‌روند.

اصول و روش‌های سیم‌کشی
در این بخش به معرفی اصولی که در سیم‌کشی تأسیسات الکتریکی باید رعایت شود می‌پردازیم:
ـ کلیّه سیم‌کشی‌های داخلی ساختمانها (روکار یا توکار) باید در داخل لوله‌های مخصوص سیم‌کشی انجام شود و سیم‌های مدارهای مختلف الکتریکی حامل ولتاژهای متفاوت باید از لوله‌های جداگانه عبور کند.