JP3302712B2 - Signal processing device - Google Patents

Signal processing device

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JP3302712B2
JP3302712B2 JP00912692A JP912692A JP3302712B2 JP 3302712 B2 JP3302712 B2 JP 3302712B2 JP 00912692 A JP00912692 A JP 00912692A JP 912692 A JP912692 A JP 912692A JP 3302712 B2 JP3302712 B2 JP 3302712B2
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貴史 北口
俊之 古田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えばロボットの位置
制御、エアコンの温度制御、ロケットの軌道制御等のよ
うな各種運動の制御に適用可能な、神経細胞を模倣した
ニューラルコンピュータ等の信号処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to signal processing for a neural computer or the like which imitates a nerve cell, which can be applied to control of various movements such as position control of a robot, temperature control of an air conditioner, orbit control of a rocket, and the like. Related to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、文字認識や運動制御、連想記憶と
いった分野で、生体の情報処理の基本的な単位である神
経細胞(ニューロン)の機能を模倣したシステムの研究
が盛んに行なわれている。このような「神経細胞模倣素
子」をネットワークにし、情報の並列処理を目指したの
が、いわゆるニューラルネットワークである。このよう
なニューラルネットワークを実現するために、計算機シ
ミュレーションによる研究が多数報告されているが、ニ
ューラルネットワークの計算量は非常に膨大であるた
め、そのハードウエア化は必要不可欠である。このた
め、現在、様々な方式によるハードウエアニューラルネ
ットワークが研究開発されているが、従来型コンピュー
タとソフトウエアを利用するものが一般的である。
2. Description of the Related Art In recent years, in the fields of character recognition, movement control, and associative memory, researches on systems that imitate the functions of nerve cells (neurons), which are basic units of information processing in living bodies, have been actively conducted. . A so-called neural network aims at parallel processing of information by using such a “neural cell mimic element” as a network. Many studies using computer simulations have been reported to realize such a neural network. However, since the amount of computation of the neural network is extremely large, it is indispensable to implement the hardware. For this reason, various types of hardware neural networks are currently being researched and developed, but those using conventional computers and software are generally used.

【0003】この点、例えば特開平2−201607号
公報によれば、ハードウエア或いはソフトウエアによ
り、未知或いは複雑な制御系を持つものに対するニュー
ラルネットワークの適用が試みられている。図48はそ
の要旨を示す図であり、制御対象1に対して同定と制御
を行ない、制御対象1の出力を目標値に追従させる適用
制御システムにおいて、過去の制御入力u(t)と制御出
力y(t−d)とを成分とする内部信号をニューラルネッ
トワーク2aで演算し、演算結果と目標値とから制御入
力を発生する制御装置2と、この内部信号をニューラル
ネットワーク3で演算し演算結果と制御出力とから同定
値を発生する同定装置3と、この制御入力を教師信号と
して同定値との誤差からニューラルネットワーク2a,
3aの重みを演算する学習装置4と、制御入力u(t)と
制御出力y(t−d)とを格納し、内部信号を発生するた
めの入出力メモリ5とを備えたものである。
In this regard, for example, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-201607, an attempt has been made to apply a neural network to a device having an unknown or complicated control system by hardware or software. FIG. 48 is a view showing the gist of this. In the applied control system for performing identification and control on the control target 1 and causing the output of the control target 1 to follow a target value, the past control input u (t) and control output A control device 2 that calculates an internal signal having y (t−d) as a component by a neural network 2a and generates a control input from the calculation result and a target value, and calculates the internal signal by a neural network 3 and calculates the calculation result And an identification device 3 for generating an identification value from the control output and the control output, and using the control input as a teacher signal to calculate the neural network 2a,
A learning device 4 for calculating the weight of 3a, and an input / output memory 5 for storing a control input u (t) and a control output y (t-d) and generating an internal signal are provided.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、入力が時間
的に変化する系における制御を行なう場合、このような
従来のニューラルネットワークを用いたシステムでは、
その入出力情報を予め幾つか蓄えておき、ネットワーク
を学習させるので、非常に煩雑になったり、学習用に計
算機やメモリといった大規模なシステム構成が必要とな
る。また、その系の条件が変化した場合、その都度、学
習し直さなければならず、手間がかかり、実用的ではな
い。
However, when performing control in a system in which the input changes with time, in such a system using a conventional neural network,
Since some of the input / output information is stored in advance and the network is learned, it becomes very complicated, and a large-scale system configuration such as a computer and a memory is required for learning. In addition, when the condition of the system changes, it is necessary to re-learn each time, which is troublesome and not practical.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、自己学習手段を神経細胞模倣素子に付設したデジタ
ル論理回路による複数の神経細胞模倣手段を網状に接続
した信号処理手段と、制御対象からの出力信号を前記信
号処理手段に供給するための入力信号に変換する入力信
号変換手段と、前記信号処理手段からの出力信号を前記
制御対象に供給するための出力信号に変換する出力信号
変換手段と、変換されたこれらの入力信号と出力信号と
を入力として実時間で前記信号処理手段を学習させるた
めの教師信号を自動的に生成する教師信号生成手段と、
この教師信号生成手段により生成された教師信号と前記
出力信号変換手段により変換された出力信号とに基づき
前記信号処理手段に入力させる誤差信号を生成する誤差
信号生成手段と、前記入力信号変換手段により変換され
た入力信号と前記出力信号変換手段により変換された出
力信号とを入力とし前記入力信号変換手段により変換さ
れた入力信号を一定時間遅延させた遅延信号を入力信号
とし前記信号処理手段に対する教師信号を生成するため
に、自己学習手段を神経細胞模倣素子に付設した複数の
神経細胞模倣手段を網状に接続した別の信号処理手段
と、この別の信号処理手段により生成された信号と前記
入力信号変換手段により変換された入力信号とを制御目
標値に対して比較して前記別の信号処理手段により生成
された信号のほうが前記入力信号変換手段により変換さ
れた入力信号よりも制御目標値に近い場合のみ前記信号
処理手段を学習させる信号を出力させる比較器と、によ
りシステム構成した。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a signal processing means in which a plurality of neural cell imitating means are connected in a mesh by a digital logic circuit in which a self-learning means is attached to a neural cell imitating element; Signal converting means for converting an output signal from the signal processing means into an input signal for supplying the signal processing means, and an output signal converting means for converting an output signal from the signal processing means into an output signal for supplying the control target Means, a teacher signal generating means for automatically generating a teacher signal for learning the signal processing means in real time with the converted input signal and output signal as inputs,
Error signal generating means for generating an error signal to be input to the signal processing means based on the teacher signal generated by the teacher signal generating means and the output signal converted by the output signal converting means; and teaching with respect to the signal processing means and the converted input signal and the delayed signal by a predetermined time delay the input signal converted by the input signal conversion means as input and converted output signal by the output signal conversion means and the input signal to generate a signal, and another signal processing means for a plurality of neuronal cells mimicking means annexed to self-learning means into neurons mimic elements were connected to the network, a signal generated by the further signal processing means and said The input signal converted by the input signal conversion means is compared with a control target value and generated by the another signal processing means.
The converted signal is converted by the input signal converting means.
And a comparator that outputs a signal for causing the signal processing unit to learn only when the input signal is closer to the control target value than the input signal.

【0006】[0006]

【0007】[0007]

【作用】自己学習手段を神経細胞模倣素子に付設したデ
ジタル論理回路による複数の神経細胞模倣手段を網状に
接続した信号処理手段なるハードウエア構成によれば、
実時間学習を含めて処理速度の非常に速いものとなり、
制御対象からの信号が時間的に変化するものであっても
リアルタイムで学習可能となり、従来のシステムでは不
可能又は困難であった制御対象の制御を的確に行なうこ
とが可能となる。
According to the hardware configuration of signal processing means in which a plurality of neuron mimic means are connected in a net by a digital logic circuit in which self-learning means is attached to a neuron mimic element,
Very fast processing speed including real-time learning,
Even if the signal from the control target changes over time, learning can be performed in real time, and control of the control target, which is impossible or difficult with a conventional system, can be performed accurately.

【0008】[0008]

【実施例】の発明の一実施例を図1ないし図40に基
づいて説明する。まず、図1により本実施例の原理的構
成を説明する。運動を制御しようとする制御対象6は、
時間的に変化する系よりなるが、その変化は制御対象6
自身、或いは、周囲の環境といったそれ以外のもの、又
は、その両方である。この制御対象6からの出力信号x
は入力信号変換手段となる入力部7に入力されて入力信
号iとして信号処理手段なるニューラルネットワーク8
に入力される。このニューラルネットワーク8の出力信
号oは出力信号変換手段となる出力部9で処理されて制
御用の出力信号yとして前記制御対象6に入力される。
ここに、前記ニューラルネットワーク8は後述するよう
に自己学習機能を持つもので、前記出力部9で変換処理
された出力信号jは教師信号生成手段となる教師部10
からの真の制御出力又はそれに相当する教師信号mとと
もに誤差信号生成手段なる誤差信号生成部11に入力さ
れ、学習に供する誤差信号dが生成されてこのニューラ
ルネットワーク8に入力される。よって、ニューラルネ
ットワーク8ではこの誤差信号dを用いて学習を行な
い、制御対象6において信号xに対して望ましい信号y
が得られるようにする。
An embodiment of the invention of EXAMPLES This will be described with reference to FIGS. 1 to 40. First, the principle configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. The controlled object 6 that attempts to control the movement is
It consists of a system that changes over time, but the change is
Self or something else, such as the surrounding environment, or both. The output signal x from the control target 6
Is a neural network 8 which is input to an input unit 7 serving as input signal conversion means and serves as an input signal i as signal processing means.
Is input to The output signal o of the neural network 8 is processed by an output unit 9 serving as output signal conversion means, and is input to the control target 6 as an output signal y for control.
Here, the neural network 8 has a self-learning function as described later, and the output signal j converted by the output unit 9 is output to the teacher unit 10 serving as teacher signal generation means.
Is input to the error signal generating unit 11 serving as an error signal generating means together with the true control output from the controller or the teacher signal m corresponding thereto, and an error signal d for learning is generated and input to the neural network 8. Therefore, the neural network 8 performs learning using the error signal d, and a signal y that is desired for the signal x in the control target 6 is obtained.
Is obtained.

【0009】学習時の信号yとしては、教師信号tを出
力部9で直接的に処理したものでもよい。また、学習時
には制御を行なわせなくしたり、逆に、制御時には学習
を行なわせなくしたりしてもよい。誤差信号dは教師信
号mと出力部9からの信号jからではなく、信号jと制
御対象6からの信号xとを用いて生成するようにしても
よい。さらには、誤差信号dは必ずしも常に正しくネッ
トワーク8を学習させるものでなくてもよく、現在のネ
ットワーク8から出力される信号yが適切でないと判断
された時、異なった信号yが得られるような信号dでも
よい。
As the signal y at the time of learning, a signal obtained by directly processing the teacher signal t at the output unit 9 may be used. Further, control may not be performed during learning, or conversely, learning may not be performed during control. The error signal d may be generated not using the teacher signal m and the signal j from the output unit 9 but using the signal j and the signal x from the control target 6. Furthermore, the error signal d does not always have to always correctly learn the network 8, and when it is determined that the current signal y output from the network 8 is not appropriate, a different signal y can be obtained. The signal d may be used.

【0010】しかして、このような制御システム12は
例えば姿勢制御に適用されるもので、その一例として図
2に示すような2次元倒立振子制御に適用される。この
制御システム12はパルス密度型デジタルニューロLS
Iを用いた図3に示すようなハードウエアによって構成
されており、制御対象6なる振子13が常に垂直に立つ
ように制御するものである。この振子13は上部に駆動
部14を有している。この駆動部14は図2(b)にその
平面図を示すように振子13周りに設けた4枚のプロペ
ラ15a〜15dと各々のモータ16a〜16dとを有
しており、設置部17に対してあらゆる方向に倒れ得る
ように支持されている。このような設置部17には振子
13の倒れ角(角度情報)を検出するポテンショメータ
18を備えた角度検出部19が設けられている。なお、
角度検出にはポテンショメータ18に限らず、例えばロ
ータリエンコーダ等の一般的な角度検出器を用いてもよ
い。
The control system 12 is applied to, for example, attitude control, and is applied to a two-dimensional inverted pendulum control as shown in FIG. 2 as an example. This control system 12 is a pulse density type digital neuro LS
3 is used to control the pendulum 13 to be controlled 6 so that the pendulum 13 is always standing vertically. The pendulum 13 has a drive unit 14 at the top. The drive unit 14 has four propellers 15a to 15d provided around the pendulum 13 and motors 16a to 16d as shown in the plan view of FIG. It is supported so that it can fall in all directions. Such an installation section 17 is provided with an angle detection section 19 provided with a potentiometer 18 for detecting the tilt angle (angle information) of the pendulum 13. In addition,
The angle detection is not limited to the potentiometer 18, but a general angle detector such as a rotary encoder may be used.

【0011】そして、プロペラ15の回転により発生す
る推進力により振子13は設置部17を中心として回転
運動し、その倒れ角が変化することになる。ここに、ポ
テンショメータ18は図2(a)に示すように直交する2
方向(X方向とY方向)に関するものであり、振子13
の倒れ角を検出し、そのアナログ信号を入力部7に入力
させる。入力部7ではA/D変換器100を用いて倒れ
角情報をデジタルデータ化し、このデジタルデータとD
ラッチ101によりラッチされたその前の時刻のデジタ
ルデータとを比較器102に入力して比較することで、
振子13の2値化された角速度を求める。この時、減算
器等を用いて角速度を求めてもよく、さらには、振子1
3の角加速度を求めるようにしてもよい。これらのデジ
タルデータをパルス発生器103によりパルス列に変換
してニューラルネットワーク8に入力させ、演算処理を
行なう。パルス列発生器103は、例えば、多段のシフ
トレジスタからなるM系列の乱数発生器とその出力と角
度等のデータの大小を比較する比較器との組合せにより
構成すればよい。また、ニューラルネットワーク8の構
成及び作用については後述する。
The pendulum 13 rotates about the installation portion 17 by the propulsive force generated by the rotation of the propeller 15, and the tilt angle changes. Here, the potentiometer 18 is perpendicular to the two as shown in FIG.
Direction (X direction and Y direction).
Is detected, and the analog signal is input to the input unit 7. The input unit 7 converts the tilt angle information into digital data using the A / D converter 100, and converts the digital data into digital data.
By inputting and comparing the digital data of the previous time latched by the latch 101 with the comparator 102,
The binarized angular velocity of the pendulum 13 is obtained. At this time, the angular velocity may be obtained by using a subtractor or the like.
A third angular acceleration may be obtained. These digital data are converted into a pulse train by the pulse generator 103 and input to the neural network 8 to perform arithmetic processing. The pulse train generator 103 may be composed of, for example, a combination of an M-sequence random number generator including a multi-stage shift register and a comparator for comparing the output of the M series random number data such as angle. The configuration and operation of the neural network 8 will be described later.

【0012】ニューラルネットワーク8は演算後の出力
パルス列信号を出力部9に送出する。出力部9ではカウ
ンタ104によりパルス列信号をカウントし、そのカウ
ント値がある値を越えれば「1」、ある値以下であれば
「0」というようなしきい値処理を比較器105を用い
て行ない、その処理結果を出力する。これまでの処理は
高速で行なわれるので、出力部9からのモータ制御信号
はパルス列となり、モータ16をPWM(パルス幅変
調)駆動させる。もっとも、PWM駆動に限らず、出力
部9でカウントした値を基にしたアナログ電圧値(又は
電流値)によりモータ16を駆動させるようにしてもよ
いし、カウントせずに出力パルス列信号そのものを用い
ることでPWM駆動することも可能である。このモータ
16の回転がプロペラ15に伝わることにより、駆動部
14は振子13を駆動し、振子13を垂直状態に保つよ
うに制御される。
The neural network 8 sends the output pulse train signal after the operation to the output unit 9. In the output unit 9, the pulse train signal is counted by the counter 104, and the comparator 105 performs threshold processing such as "1" when the count value exceeds a certain value, and "0" when the count value is less than a certain value. Output the processing result. Since the processing so far is performed at a high speed, the motor control signal from the output unit 9 becomes a pulse train and drives the motor 16 by PWM (pulse width modulation). However, the motor 16 may be driven by an analog voltage value (or current value) based on the value counted by the output unit 9 without being limited to the PWM drive, or the output pulse train signal itself is used without counting. Thus, it is also possible to perform PWM driving. When the rotation of the motor 16 is transmitted to the propeller 15, the drive unit 14 drives the pendulum 13 and is controlled to maintain the pendulum 13 in a vertical state.

【0013】ニューラルネットワーク8の学習には人間
が操作するリモコンを教師部10として用いる。このた
め、教師部10は複数のポテンショメータ107とこれ
らのポテンショメータ107からのアナログ出力を、モ
ータ16をオン/オフさせるための2値信号に変換する
比較器108とにより構成されている。システムの学習
時にはモータ16の制御は教師部10からの信号(教師
信号)を用い、振子13が垂直に立つように操作する。
この際、モータ16の制御はニューラルネットワーク8
からの出力を前述したように処理したものを用いるよう
にしてもよい。この切換えはセレクタ106で行なう。
そして、誤差信号生成部11(回路構成は後述する)で
ネットワーク8からの出力信号と教師部10からの教師
信号とを比較することにより生成した誤差信号をニュー
ラルネットワーク8へ入力させることで学習を行なう。
教師部10から与える教師信号は、オン/オフの2値信
号に限らず、例えば角度検出部17から得られる信号と
同様なアナログ信号であってもよく、出力部9において
入力部7と同様にデジタル信号に変換すればよい。
For learning of the neural network 8, a remote controller operated by a human is used as the teacher unit 10. For this reason, the teacher unit 10 includes a plurality of potentiometers 107 and a comparator 108 which converts analog outputs from these potentiometers 107 into binary signals for turning on / off the motor 16. At the time of learning the system, the motor 16 is controlled by using a signal (teacher signal) from the teacher unit 10 so that the pendulum 13 is operated to stand vertically.
At this time, the control of the motor 16 is performed by the neural network 8.
May be used after processing the output from. This switching is performed by the selector 106.
Learning is performed by inputting an error signal generated by comparing the output signal from the network 8 with the teacher signal from the teacher unit 10 to the neural network 8 by the error signal generation unit 11 (the circuit configuration will be described later). Do.
The teacher signal provided from the teacher unit 10 is not limited to a binary signal of ON / OFF, and may be, for example, an analog signal similar to the signal obtained from the angle detection unit 17. What is necessary is just to convert into a digital signal.

【0014】ついで、上記した処理を高速で行なう自己
学習機能を持つデジタル論理回路を用いたニューロン素
子構成のニューラルネットワーク8についての基本的思
想及びその各種構成例について、図4ないし図40によ
り説明する。本実施例のニューラルネットワーク8は、
結合係数可変手段とこの結合係数可変手段の可変結合係
数値を教師信号に対する誤差信号に基づいて生成する結
合係数生成手段とを有する自己学習手段を神経細胞模倣
素子に付設した複数の神経細胞模倣手段を網状に接続し
て構成される。
Next, the basic concept of the neural network 8 having a neuron element configuration using a digital logic circuit having a self-learning function for performing the above-described processing at a high speed and various configuration examples will be described with reference to FIGS. . The neural network 8 of the present embodiment includes:
A plurality of neural cell mimic means provided with a self-learning means provided in a neural cell mimic element, having a coupling coefficient variable means and a coupling coefficient generating means for generating a variable coupling coefficient value of the coupling coefficient variable means based on an error signal with respect to a teacher signal. Are connected in a net shape.

【0015】まず、本実施例におけるニューラルネット
ワーク8はデジタル構成によりハードウエア化したもの
であるが、基本的な考え方としては、 神経細胞ユニットに関する入出力信号、中間信号、
結合係数、教師信号などは全て、「0」「1」の2値で
表されたパルス列で表す。 ネットワーク内部での信号の量は、パルス密度で表
す(ある一定時間内の「1」の数)。 神経細胞ユニット内での計算は、パルス列同士の論
理演算で表す。 結合係数のパルス列はメモリ上に置く。 学習は、このパルス列を書換えることで実現する。 学習については、与えられた教師信号パルス列を元
に誤差を計算し、これに基づいて、結合係数パルス列を
変化させる。このとき、誤差の計算、結合係数の変化分
の計算も、全て、「0」「1」のパルス列の論理演算で
行う。ようにしたものである。
First, the neural network 8 in the present embodiment is implemented by hardware using a digital configuration. The basic concept is as follows: input / output signals, intermediate signals,
The coupling coefficient, the teacher signal, and the like are all represented by binary pulse trains of “0” and “1”. The amount of the signal inside the network is represented by the pulse density (the number of “1” within a certain time). The calculation in the nerve cell unit is represented by a logical operation between pulse trains. The pulse train of the coupling coefficient is placed on the memory. Learning is realized by rewriting this pulse train. For learning, an error is calculated based on a given teacher signal pulse train, and the coupling coefficient pulse train is changed based on the error. At this time, the calculation of the error and the calculation of the change in the coupling coefficient are all performed by the logical operation of the pulse train of “0” and “1”. It is like that.

【0016】以下、この思想について説明する。最初
に、デジタル論理回路を用いた神経細胞ユニットとその
ネットワーク回路による信号処理について説明し、次い
で、そのネットワーク回路へのアナログ信号の入出力に
ついて説明する。
Hereinafter, this concept will be described. First, a neural cell unit using a digital logic circuit and signal processing by the network circuit will be described, and then, input and output of an analog signal to and from the network circuit will be described.

【0017】まず、デジタル論理回路による信号処理に
関し、フォワードプロセスにおける信号処理を説明す
る。図4は1つの神経細胞ユニット(神経細胞模倣素
子)20に相当する部分を示し、ネットワーク(ニュー
ラルネットワーク8)全体としては例えば図5に示すよ
うに階層型とされる。入出力は、全て、「1」「0」に
2値化され、かつ、同期化されたものが用いられる。入
力信号yiの強度はパルス密度で表現し、例えば図6に
示すパルス列のようにある一定時間内にある「1」の状
態数で表す。即ち、図6の例は、4/6を表し、同期パ
ルス6個中に信号は「1」が4個、「0」が2個であ
る。このとき、「1」と「0」の並び方は、後述するよ
うにランダムであることが望ましい。
First, regarding signal processing by a digital logic circuit, signal processing in a forward process will be described. FIG. 4 shows a part corresponding to one nerve cell unit (neural cell mimic element) 20, and the entire network (neural network 8) is of a hierarchical type as shown in FIG. 5, for example. All inputs and outputs are binarized to “1” and “0” and synchronized. The intensity of the input signal y i is represented by a pulse density, for example, by the number of states of “1” within a certain time as in a pulse train shown in FIG. That is, the example of FIG. 6 represents 4/6, and four signals “1” and two signals “0” are included in six synchronization pulses. At this time, the arrangement of “1” and “0” is desirably random as described later.

【0018】一方、各神経細胞ユニット20間の結合の
度合を示す結合係数Tijも同様にパルス密度で表現し、
「0」と「1」とのパルス列として予めメモリ上に用意
しておく。図7の例は、「101010」=3/6を表
す式である。この場合も、「1」と「0」の並び方はラ
ンダムであることが望ましい。具体的にどのように決定
するかは後述する。
On the other hand, a coupling coefficient T ij indicating the degree of coupling between the respective neuron units 20 is similarly expressed by a pulse density.
A pulse train of “0” and “1” is prepared in the memory in advance. The example in FIG. 7 is an equation representing “101010” = 3/6. Also in this case, it is desirable that the arrangement of “1” and “0” be random. How to determine specifically will be described later.

【0019】そして、このパルス列を同期クロックに応
じてメモリ上より順次読出し、図4に示すように各々A
NDゲート21により入力信号パルス列との論理積をと
る(yi ∩ Tij)。これを、神経細胞jへの入力とす
る。上例の場合で説明すると、入力信号が「10110
1」として入力されたとき、これと同期してメモリ上よ
りパルス列を呼出し、順次ANDをとることにより、図
8に示すような「101000」が得られ、これは入力
i が結合係数Tijにより変換されパルス密度が2/6
となることを示している。
Then, this pulse train is sequentially read out from the memory in accordance with the synchronous clock, and each pulse train is read out as shown in FIG.
The ND gate 21 takes a logical product with the input signal pulse train (y i T T ij ). This is an input to the nerve cell j. In the case of the above example, the input signal is “10110
When it entered as 1 ", which the call pulse train from the memory in synchronization, by taking sequential AND," 101000 "is obtained as shown in FIG. 8, which is the input y i is the coupling coefficient T ij And the pulse density is 2/6
It is shown that it becomes.

【0020】ANDゲート21の出力のパルス密度は、
近似的には入力信号のパルス密度と結合係数のパルス密
度との積となり、アナログ方式の結合係数と同様の機能
を有する。これは、信号の列が長いほど、また、「1」
と「0」との並び方がランダムであるほど、数値の積に
近い機能を持つことになる。ランダムでないとは、
「1」(又は、「0」)が密集(密接)していることを
意味する。なお、入力パルス列に比べて結合係数のパル
ス列が短く、読出すべきデータがなくなったら、再びデ
ータの先頭に戻って読出しを繰返えせばよい。
The pulse density of the output of the AND gate 21 is:
It is approximately the product of the pulse density of the input signal and the pulse density of the coupling coefficient, and has the same function as the analog coupling coefficient. This means that the longer the signal sequence, the more "1"
The more random the arrangement of "0" and "0", the closer the function to the product of numerical values. Not random
It means that "1" (or "0") is dense (close). When the pulse train of the coupling coefficient is shorter than the input pulse train and there is no more data to be read, it is sufficient to return to the beginning of the data and repeat the reading.

【0021】1つの神経細胞ユニット20は多入力であ
るので、前述した「入力信号と結合係数とのAND」も
多数あり、次に論理回路となるOR回路22によりこれ
らの論理和をとる。入力は同期化されているので、例え
ば1番目のデータが「101000」、2番目のデータ
が「010000」の場合、両者のORをとると、「1
11000」となる。これを多入力同時に計算し出力と
すると、例えば図9に示すようになる。これは、アナロ
グ計算における和の計算及び非線形関数(シグモイド関
数)の部分に対応している。
Since one nerve cell unit 20 has a large number of inputs, there are also a large number of "ANDs between input signals and coupling coefficients", and the logical sum of them is then obtained by an OR circuit 22 which is a logic circuit. Since the inputs are synchronized, for example, if the first data is “101000” and the second data is “010000”, ORing the two results in “1”.
11000 ". If this is calculated and output as multiple inputs simultaneously, for example, the result is as shown in FIG. This corresponds to the sum calculation and the non-linear function (sigmoid function) in the analog calculation.

【0022】パルス密度が低い場合、そのORをとった
もののパルス密度は、各々のパルス密度の和に近似的に
一致する。パルス密度が高くなるにつれ、OR回路22
の出力は段々飽和してくるので、パルス密度の和とは一
致せず、非線形性が出てくる。ORの場合、パルス密度
は1よりも大きくなることがなく、かつ、0より小さく
なることもなく、さらには、単調増加関数であり、シグ
モイド関数と近似的に同等となる。
In the case where the pulse density is low, the pulse density obtained by taking the OR thereof approximately matches the sum of the respective pulse densities. As the pulse density increases, the OR circuit 22
Since the output becomes increasingly saturated, the output does not match the sum of the pulse densities, and nonlinearity appears. In the case of OR, the pulse density does not become larger than 1 and does not become smaller than 0, and furthermore, it is a monotonically increasing function, which is approximately equivalent to the sigmoid function.

【0023】ところで、結合には興奮性と抑制性があ
り、数値計算の場合には、結合係数の符号で表し、アナ
ログ回路の場合はTijが負となる場合(抑制性結合)は
増幅器を用いて出力を反転させてTijに相当する抵抗値
で他の神経細胞ユニットに結合させている。この点、デ
ジタル方式の本実施例にあっては、まず、Tijの正負に
より各結合を興奮性結合と抑制性結合との2つのグルー
プに分け、次いで、「入力信号と結合係数のパルス列の
AND」同士のORをこのグループ別に計算する。そし
て、興奮性結合グループの出力のみが「1」のとき、
「1」を出力し、抑制性結合グループの出力のみが
「1」のとき、「0」を出力する。両方とも「1」のと
き、又は「0」のときは「1」「0」の何れを出力して
もよく、或いは、確率1/2程度で「1」を出力しても
よい。本例では、興奮性結合グループの出力が「1」で
抑制性結合グループの出力が「0」のときのみ出力
「1」を出すようにする。この機能を実現するために
は、(抑制性結合グループの出力のNOT)と(興奮性
結合グループの出力)とのANDをとればよい。即ち、
図10に示すようになる。
By the way, the coupling has excitability and suppression. In the case of numerical calculation, it is represented by the sign of the coupling coefficient. In the case of an analog circuit, when T ij is negative (suppression coupling), the amplifier is connected. The output is inverted to connect to another neuron unit with a resistance value corresponding to T ij . In this regard, in this embodiment of the digital system, first, each coupling is divided into two groups, an excitatory coupling and an inhibitory coupling, depending on the sign of T ij . The OR of “AND” is calculated for each group. And when only the output of the excitatory connection group is “1”,
It outputs “1” and outputs “0” when only the output of the inhibitory connection group is “1”. When both are “1” or “0”, either “1” or “0” may be output, or “1” may be output with a probability of about 2. In this example, the output “1” is output only when the output of the excitatory connection group is “1” and the output of the inhibitory connection group is “0”. In order to realize this function, AND of (NOT of the output of the inhibitory connection group) and (output of the excitatory connection group) may be obtained. That is,
As shown in FIG.

【0024】論理式で表現すると、次の(1)〜(3)式の
ように示される。
When expressed by logical expressions, they are expressed by the following expressions (1) to (3).

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】神経細胞ユニット20のネットワークは、
バックプロパゲーションと同様な階層型(即ち、図5)
とする。そして、ネットワーク全体を同期させておけ
ば、各層とも上述した機能により計算できる。
The network of the neuron unit 20 is
Hierarchical type similar to back propagation (ie, FIG. 5)
And Then, if the entire network is synchronized, the calculation can be performed for each layer by the above-described function.

【0027】一方、Tijの正負により各結合を興奮性結
合と抑制性結合との2つのグループに分け、次いで、
「入力信号と結合係数のパルス列のAND」同士のOR
をこのグループ別に計算し、その後、興奮性結合グルー
プの出力が「0」で抑制性結合グループの出力が「1]
のとき以外出力を出すようにする場合であれば、(抑制
性結合グループの出力のNOT)と(興奮性結合グルー
プの出力)とのORをとればよい。
On the other hand, each connection is divided into two groups, excitatory connection and inhibitory connection, depending on the sign of T ij .
OR of "AND of pulse train of input signal and coupling coefficient"
Is calculated for each group, and then the output of the excitatory connection group is “0” and the output of the inhibitory connection group is “1”.
If an output is to be output other than in the case of (1), the OR of (NOT of the output of the inhibitory connection group) and (the output of the excitatory connection group) may be obtained.

【0028】次に、学習(バックプロパゲーション)に
おける信号演算処理について説明する。基本的には、以
下のa又はbにより誤差信号を求め、次いで、cの方法
により結合係数の値を変化させるようにすればよい。
Next, a signal calculation process in learning (back propagation) will be described. Basically, an error signal may be obtained by the following a or b, and then the value of the coupling coefficient may be changed by the method c.

【0029】まず、aとして最終層における誤差信号に
ついて説明する。最終層で各神経細胞ユニットにおける
誤差信号を計算し、それを元にその神経細胞ユニットに
関わる結合係数を変化させる。そのための、誤差信号の
計算法について述べる。ここに、本実施例では、「誤差
信号」を以下のように定義する。誤差を数値で表すと、
一般には+,−の両方をとり得るが、パルス密度の場合
には、正、負の両方を同時に表現できないので、+成分
を表す信号と、−成分を表す信号との2種類を用いて誤
差信号を表現する。即ち、j番目の神経細胞ユニットの
誤差信号は、図11のように示される。つまり、誤差信
号の+成分は教師信号パルスと出力パルスとの違ってい
る部分(1,0)又は(0,1)の内、教師信号側に存
在するパルス、他方、−成分は同様に出力側に存在する
パルスである。換言すれば、出力パルスに誤差信号+パ
ルスを付け加え、誤差信号−パルスを取り除くと、教師
パルスとなることになる。即ち、これらの正負の誤差信
号δj(+),δj(-)を論理式で表現すると、各々(4)(5)
式のようになる。式中、EXORは排他的論理和を表
す。このような誤差信号パルスを元に結合係数を後述す
るように変化させることになる。
First, an error signal in the last layer will be described as a. In the final layer, an error signal in each neuron unit is calculated, and based on the error signal, a coupling coefficient relating to the neuron unit is changed. The method of calculating the error signal for that purpose will be described. Here, in the present embodiment, the “error signal” is defined as follows. When the error is expressed numerically,
In general, both + and-can be taken. However, in the case of pulse density, since both positive and negative can not be expressed simultaneously, an error is calculated using two types of signals, ie, a signal representing a + component and a signal representing a-component. Express the signal. That is, the error signal of the j-th nerve cell unit is shown as in FIG. That is, the + component of the error signal is a pulse existing on the teacher signal side in the part (1, 0) or (0, 1) where the teacher signal pulse and the output pulse are different, while the-component is similarly output. This is the pulse present on the side. In other words, adding an error signal + pulse to the output pulse and removing the error signal-pulse results in a teacher pulse. That is, when these positive and negative error signals δ j (+) and δ j (−) are expressed by logical expressions, (4) and (5)
It looks like an expression. In the formula, EXOR represents exclusive OR. Based on such an error signal pulse, the coupling coefficient is changed as described later.

【0030】[0030]

【数2】 (Equation 2)

【0031】次に、bとして中間層における誤差信号を
求める方法を説明する。まず、上記の誤差信号を逆伝播
させ、最終層とその1つ前の層との結合係数だけでな
く、さらにその前の層の結合係数も変化する。そのた
め、中間層における各神経細胞ユニットでの誤差信号を
計算する必要がある。中間層のある神経細胞ユニットか
ら、さらに1つ先の層の各神経細胞ユニットへ信号を伝
播させたのとは、丁度逆の要領で1つ先の層の各神経細
胞ユニットにおける誤差信号を集めてきて、自己の誤差
信号とする。このことは、神経細胞ユニット内での前述
した演算式(1)〜(5)や図6〜図10に示した場合と同
じような要領で行うことができる。ただし、神経細胞ユ
ニット内での前述した処理と異なるのは、yは1つの信
号であるのに対して、δは正、負を表す信号として2つ
の信号を持ち、その両方の信号を考慮する必要があるこ
とである。従って、結合係数Tの正負、誤差信号δの正
負に応じて4つの場合に分ける必要がある。
Next, a method for obtaining an error signal in the intermediate layer as b will be described. First, the above error signal is back-propagated, so that not only the coupling coefficient between the final layer and the immediately preceding layer but also the coupling coefficient of the preceding layer changes. Therefore, it is necessary to calculate an error signal in each neuron unit in the intermediate layer. The error signal in each neuron unit in the next layer is collected in exactly the opposite way that the signal is propagated from the neuron unit in the middle layer to each neuron unit in the next layer. And uses it as its own error signal. This can be performed in the same manner as in the above-described arithmetic expressions (1) to (5) and the cases shown in FIGS. 6 to 10 in the nerve cell unit. However, the difference from the above-described processing in the nerve cell unit is that while y is a single signal, δ has two signals as positive and negative signals, and both signals are considered. It is necessary. Therefore, it is necessary to divide into four cases according to the sign of the coupling coefficient T and the sign of the error signal δ.

【0032】まず、興奮性結合の場合を説明する。この
場合、中間層のある神経細胞ユニットについて、1つ先
の層(図5における最終層)のk番目の神経細胞ユニッ
トでの誤差信号+と、その神経細胞ユニットと自己(図
5における中間層のある神経細胞ユニット)との結合係
数のANDをとったもの(δk(+) ∩ Tjk)を各神経細
胞ユニットについて求め、さらに、これら同士のORを
とる{∪(δk(+) ∩Tjk)}。これをこの層の誤差信
号+とする。即ち、図12に示すようになる。
First, the case of excitatory coupling will be described. In this case, for a neuron unit having an intermediate layer, an error signal + at the k-th neuron unit in the next layer (final layer in FIG. 5) and the neuron unit and its own (the intermediate layer in FIG. 5) The AND of the coupling coefficient with the neuron unit with the difference (δ k (+) ∩ T jk ) is obtained for each neuron unit, and the OR between them is calculated as {∪ (δ k (+) {T jk )}. This is taken as the error signal + of this layer. That is, the result is as shown in FIG.

【0033】同様に、1つ先の層の神経細胞ユニットで
の誤差信号−と結合係数とのANDをとり、さらにこれ
ら同士のORをとることにより、この層の誤差信号−と
する。即ち、図13に示すようになる。
Similarly, an AND between the error signal and the coupling coefficient in the neuron unit in the next layer is obtained, and an OR between them is obtained to obtain an error signal in this layer. That is, the result is as shown in FIG.

【0034】次に、抑制性結合の場合を説明する。この
場合、1つ先の層の神経細胞ユニットでの誤差信号−と
その神経細胞ユニットと自己との結合係数のANDをと
り、さらにこれら同士のORをとる。これを、この層の
誤差信号+とする。即ち、図14に示すようになる。
Next, the case of inhibitory coupling will be described. In this case, the AND of the error signal in the neuron unit of the next layer and the coupling coefficient between the neuron unit and the self is obtained, and further, the OR of these is obtained. This is defined as an error signal + of this layer. That is, the result is as shown in FIG.

【0035】また、1つ先の誤差信号+と結合係数との
ANDをとり、さらにこれら同士のORをとることによ
り、同様に、この層の誤差信号−とする。即ち、図15
に示すようになる。
Further, the AND of the error signal + and the coupling coefficient, which is one step ahead, is obtained, and the OR between them is obtained, thereby similarly obtaining the error signal − of this layer. That is, FIG.
It becomes as shown in.

【0036】1つの神経細胞ユニットから別の神経細胞
ユニットへは興奮性で結合しているものもあれば、抑制
性で結合しているものもあるので、図12のように求め
た誤差信号δj(+)と図14のように求めた誤差信号δ
j(+)とのORをとり、それを自分の神経細胞ユニットの
誤差信号δj(+)とする。同様に、図13のように求めた
誤差信号δj(-)と図15のように求めた誤差信号δj(-)
とのORをとり、それを自分の神経細胞ユニットの誤差
信号δj(-)とする。
Since there are some excitatory couplings from one neuron unit to another neuron unit and some couplings with an inhibitory coupling, the error signal δ obtained as shown in FIG. j (+) and the error signal δ obtained as shown in FIG.
OR with j (+) and use it as the error signal δ j (+) of the own nerve cell unit. Similarly, the error signal [delta] j determined as in FIG. 13 (-) and the error signal [delta] j determined as in FIG. 15 (-)
And the result is taken as the error signal δ j (−) of the own nerve cell unit.

【0037】以上をまとめると、(6)式に示すようにな
る。
The above is summarized as shown in equation (6).

【0038】[0038]

【数3】 (Equation 3)

【0039】さらに、学習のレート(学習定数)に相当
する機能を設けてもよい。数値計算でレートが1以下の
とき、さらに学習能力が高まる。これはパルス列の演算
ではパルス列を間引くことによって実現できる。本実施
例では、カウンタ的な考え方をし、図16、図17に示
すようなものとした。例えば、学習レートη=0.5で
は元の信号のパルス列を1つ置きに間引くが、元の信号
のパルスが等間隔でなくても、元のパルス列に対して間
引くことができる。図16,17中、η=0.5の場合
はパルスを1つ置きに間引き、η=0.33の場合はパ
ルスを2つ置きに残し、η=0.67の場合はパルスを
2つ置きに1回間引くことを示す。
Further, a function corresponding to the learning rate (learning constant) may be provided. When the rate is 1 or less in the numerical calculation, the learning ability further increases. This can be realized by thinning out the pulse train in the calculation of the pulse train. In the present embodiment, the concept of a counter is used, and the configuration is as shown in FIGS. For example, at the learning rate η = 0.5, every other pulse train of the original signal is thinned out, but even if the pulses of the original signal are not at equal intervals, the original pulse train can be thinned out. In FIGS. 16 and 17, every other pulse is thinned out when η = 0.5, every other pulse is left when η = 0.33, and two pulses are left when η = 0.67. Indicate that it is thinned once every other time.

【0040】このようにして、誤差信号を間引くことに
より学習レートの機能を持たせる。このような誤差信号
の間引きは、通常市販されているカウンタの出力を論理
演算することやフリップフロップを用いることにより容
易に実現できる。特に、カウンタを用いた場合、学習定
数ηの値を任意、かつ、容易に設定できるので、ネット
ワークの特性を制御することも可能となる。
In this way, the function of the learning rate is provided by thinning out the error signal. Such thinning of the error signal can be easily realized by performing a logical operation on the output of a commercially available counter or using a flip-flop. In particular, when a counter is used, the value of the learning constant η can be set arbitrarily and easily, so that the characteristics of the network can be controlled.

【0041】ところで、誤差信号には、常に学習定数を
かけておく必要はない。例えば、次に述べる結合係数を
求める演算にのみ用いてもよい。また、誤差信号を逆向
きに伝播させるときの学習定数と、結合係数を求める演
算で用いる学習定数とは異なっていてもよい。このこと
は、ネットワーク8がおかれた神経細胞ユニットの特性
を個々に設定できることを意味し、極めて汎用性の高い
システムを構築できる。従って、ネットワークの持つ性
能を適宜調整することが可能となる。
Incidentally, it is not necessary to always multiply the error signal by a learning constant. For example, it may be used only for the calculation for obtaining the coupling coefficient described below. Further, the learning constant used when the error signal is propagated in the opposite direction may be different from the learning constant used in the calculation for obtaining the coupling coefficient. This means that the characteristics of the nerve cell units on which the network 8 is placed can be individually set, and an extremely versatile system can be constructed. Therefore, it is possible to appropriately adjust the performance of the network.

【0042】さらに、cとして、このような誤差信号に
より各結合係数を変化させる方法について説明する。変
化させたい結合係数が属しているライン(図5参照)を
流れる信号と誤差信号のANDをとる(δj∩yi)。た
だし、本実施例では誤差信号には+,−の2つの信号が
あるので、各々演算して図18,図19に示すように求
める。このようにして得られた2つの信号を各々ΔT
ij(+),ΔTij(-)とする。
Further, as c, a method of changing each coupling coefficient by such an error signal will be described. The AND between the signal flowing through the line (see FIG. 5) to which the coupling coefficient to be changed belongs and the error signal is obtained (δ j ∩y i ). However, in this embodiment, since there are two error signals, + and-, the error signals are calculated and obtained as shown in FIGS. Each of the two signals thus obtained is represented by ΔT
ij (+) and ΔT ij (-) .

【0043】ついで、今度はこのΔTijを元に新しいT
ijを求めるが、本実施例のTijは絶対値成分であるの
で、元のTijが興奮性か抑制性かで場合分けする。興奮
性の場合、元のTijに対してΔTij(+)の成分を増や
し、ΔTij(-)の成分を減らす。即ち、図20に示すよ
うになる。逆に、抑制性の場合は元のTijに対しΔT
ij(+)の成分を減らし、ΔTij(-)の成分を増やす。即
ち、図21に示すようになる。
Next, based on this ΔT ij , a new T
ij is obtained. Since T ij in the present embodiment is an absolute value component, cases are classified depending on whether the original T ij is excitatory or inhibitory. In the case of excitability, the component of ΔT ij (+) is increased with respect to the original T ij , and the component of ΔT ij (−) is reduced. That is, the result is as shown in FIG. Conversely, in the case of inhibitory ΔT to the original T ij
The component of ij (+) is reduced and the component of ΔT ij (-) is increased. That is, the result is as shown in FIG.

【0044】以上の学習則に基づいてネットワークの計
算をする。
The network is calculated based on the above learning rules.

【0045】次に、以上のアルゴリズムに基づく実際の
回路構成を説明する。図22ないし図24にその回路構
成例を示すが、ネットワーク2全体の構成は図5と同様
である。図22は図5中のライン(結線)に相当する部
分の回路を示し、図23は図5中の丸(各神経細胞ユニ
ット20)に相当する部分の回路を示す。また、図24
は最終層の出力と教師信号から最終層における誤差信号
を求める部分の回路を示す。これらの図22ないし図2
4構成の3つの回路を図5のようにネットワークにする
ことにより、自己学習可能なデジタル式のニューラルネ
ットワークが実現できる。
Next, an actual circuit configuration based on the above algorithm will be described. FIGS. 22 to 24 show examples of the circuit configuration. The configuration of the entire network 2 is the same as that of FIG. FIG. 22 shows a circuit corresponding to a line (connection) in FIG. 5, and FIG. 23 shows a circuit corresponding to a circle (each nerve cell unit 20) in FIG. FIG.
Shows a circuit for obtaining an error signal in the final layer from the output of the final layer and the teacher signal. These FIGS. 22 to 2
By forming the three circuits of the four configurations into a network as shown in FIG. 5, a digital neural network capable of self-learning can be realized.

【0046】まず、図22から説明する。図中、25は
神経細胞ユニットへの入力信号であり、図6に相当す
る。図7に示したような結合係数の値はシフトレジスタ
26に保存しておく。このシフトレジスタ26は取出し
口26aと入口26bとを有するが、通常のシフトレジ
スタと同様の機能を持つものであればよく、例えば、R
AMとアドレスコントローラとの組合せによるもの等で
あってもよい。入力信号25とシフトレジスタ26内の
結合係数とはANDゲート27を備えて図8に示した処
理を行なう論理回路28によりANDがとられる。この
論理回路28の出力は結合が興奮性か抑制性かによって
グループ分けしなければならないが、予め各々のグルー
プへの出力29,30を用意し、何れに出力するのかを
切換えるようにした方が汎用性の高いものとなる。この
ため、本実施例では結合が興奮性か抑制性かを表すビッ
トをグループ分け用メモリ31に保存しておき、その情
報を用いて切換えゲート回路32により切換える。切換
えゲート回路32は2つのANDゲート32a,32b
と一方の入力に介在されたインバータ32cとよりな
る。
First, FIG. 22 will be described. In the figure, reference numeral 25 denotes an input signal to the nerve cell unit, which corresponds to FIG. The values of the coupling coefficients as shown in FIG. 7 are stored in the shift register 26. The shift register 26 has an outlet 26a and an inlet 26b, but may have the same function as a normal shift register.
It may be a combination of an AM and an address controller. The input signal 25 and the coupling coefficient in the shift register 26 are ANDed by a logic circuit 28 having an AND gate 27 and performing the processing shown in FIG. The outputs of the logic circuit 28 must be grouped according to whether the coupling is excitatory or inhibitory. However, it is better to prepare the outputs 29 and 30 for each group in advance and switch to which output. It becomes highly versatile. Therefore, in the present embodiment, a bit indicating whether the coupling is excitatory or inhibitory is stored in the grouping memory 31 and the switching is performed by the switching gate circuit 32 using the information. The switching gate circuit 32 includes two AND gates 32a and 32b
And an inverter 32c interposed at one input.

【0047】また、図23に示すように各入力を処理
(図9に相当)をする複数のORゲート構成のゲート回
路33a,33bが設けられている。さらに、同図に示
すように図10に示した興奮性結合グループが「1」
で、抑制性結合グループが「0」のときにのみ出力
「1」を出すANDゲート34aとインバータ34bと
によるゲート回路34が設けられている。
As shown in FIG. 23, gate circuits 33a and 33b having a plurality of OR gates for processing each input (corresponding to FIG. 9) are provided. Further, as shown in FIG. 10, the excitatory connection group shown in FIG.
Thus, there is provided a gate circuit 34 including an AND gate 34a that outputs an output "1" only when the suppressive coupling group is "0" and an inverter 34b.

【0048】次に、誤差信号について説明する。最終層
での誤差信号を生成するのが図24に示すAND,排他
的ORの組合せによる論理回路35であり、(4)(5)式
に相当する。即ち、最終層からの出力36及び教師信号
37により誤差信号38,39を作るものである。中間
層における誤差信号を計算するため図12〜図15に示
したような処理は、図22中に示すANDゲート構成の
ゲート回路42により行われ、+,−に応じた出力4
3,44が得られる。このように結合が興奮性か抑制性
かにより場合分けする必要があるが、この場合分けはメ
モリ31に記憶された興奮性か抑制性かの情報と、誤差
信号の+,−信号45,46とに応じて、AND,OR
ゲート構成のゲート回路47により行われる。また、誤
差信号を集める計算式(6)は図23に示すORゲート構
成のゲート回路48により行われる。さらに、学習レー
トに相当する図16,17の処理は図23中に示す分周
回路49により行われる。最後に、誤差信号より新たな
結合係数を計算する部分、即ち、図18〜図21の処理
に相当する部分は、図22中に示すAND,インバー
タ、ORゲート構成のゲート回路50により行われ、シ
フトレジスタ26の内容、即ち、結合係数の値が書換え
られる。このゲート回路50も結合の興奮性、抑制性に
よって場合分けが必要であるが、ゲート回路47により
行われる。
Next, the error signal will be described. The logic circuit 35 using the combination of AND and exclusive OR shown in FIG. 24 generates an error signal in the last layer, and corresponds to the equations (4) and (5). That is, error signals 38 and 39 are generated by the output 36 from the last layer and the teacher signal 37. The processing as shown in FIGS. 12 to 15 for calculating the error signal in the intermediate layer is performed by the gate circuit 42 having the AND gate configuration shown in FIG.
3, 44 are obtained. As described above, it is necessary to divide the case depending on whether the coupling is excitatory or inhibitory. In this case, information on whether the coupling is excitatory or inhibitory and the +/− signals 45 and 46 of the error signal are stored. AND, OR, depending on
This is performed by a gate circuit 47 having a gate configuration. The calculation formula (6) for collecting error signals is performed by a gate circuit 48 having an OR gate configuration shown in FIG. Further, the processing of FIGS. 16 and 17 corresponding to the learning rate is performed by the frequency dividing circuit 49 shown in FIG. Finally, a part for calculating a new coupling coefficient from the error signal, that is, a part corresponding to the processing of FIGS. 18 to 21 is performed by the gate circuit 50 having the AND, inverter, and OR gate configuration shown in FIG. The content of the shift register 26, that is, the value of the coupling coefficient is rewritten. The gate circuit 50 also needs to be classified according to the excitability and the suppression of the connection.

【0049】ここに、図22及び図23に示したグルー
プ分け方式及び出力決定方式を抽出して示すと、図25
のようになる。即ち、入力段階ではグループ分けしてお
かず、各入力25ijに対して結合係数を記憶したメモリ
なるシフトレジスタ26ijが個別に設けられ、ANDゲ
ート27ijによる論理結果をグループ分け用メモリ31
の内容に応じて切換え回路32を経て、2つのグループ
に分け、興奮性結合グループであればORゲート33a
側で論理和を求め、抑制性結合グループであればORゲ
ート33b側で論理和を求める。この後、ゲート回路3
4による論理積処理により出力を決定するというもので
ある。
Here, the grouping method and the output determining method shown in FIGS. 22 and 23 are extracted and shown in FIG.
become that way. That is, side dishes grouped at the input stage, the input 25 shift register 26 memory comprising storing the coupling coefficient with respect ij ij are provided separately, a memory 31 for grouping the logical result of the AND gate 27 ij
Is divided into two groups via a switching circuit 32 in accordance with the contents of
The OR gate 33b obtains a logical sum on the side of the OR gate 33b. Thereafter, the gate circuit 3
4 to determine the output.

【0050】なお、このような興奮性結合と抑制性結合
とのグループ分け方式については、例えば図26に示す
ように構成してもよい。即ち、入力段階で予め興奮性結
合のグループaと抑制性結合のグループbとにグループ
分けしておき、各入力25ijに対して結合係数Tijを記
憶した少なくとも2ビット以上のメモリ、具体的にはシ
フトレジスタ51を設けたものである。以後は、グルー
プ毎にORゲート33a,33b等を通して同様に処理
すればよい。52はANDゲートである。
It should be noted that such a method of grouping the excitatory connection and the inhibitory connection may be configured as shown in FIG. 26, for example. That is, at the input stage, a group of excitatory couplings a and a group of inhibitory couplings b are grouped in advance, and a memory of at least 2 bits or more storing a coupling coefficient T ij for each input 25 ij , specifically Is provided with a shift register 51. Thereafter, the same processing may be performed for each group through the OR gates 33a and 33b. 52 is an AND gate.

【0051】また、ゲート回路34については、図27
に示すように、ANDゲート34aに代えてORゲート
34cを用いた構成として論理和処理を行なうようにし
てもよい。
The gate circuit 34 is shown in FIG.
As shown in (1), the OR operation may be performed by using an OR gate 34c instead of the AND gate 34a.

【0052】また、図28に示すように、結合係数可変
回路で用いる学習定数を外部から任意に可変設定させる
学習定数設定手段62を設けるようにしてもよい。即
ち、前述の〜に示した基本的な考えに、 で示した学習時に用いる学習定数(学習レート)
を可変とし、応用面に即した性能のネットワーク回路を
得る。の機能を付加するようにしたものである。
As shown in FIG. 28, a learning constant setting means 62 for arbitrarily setting the learning constant used in the coupling coefficient variable circuit from outside may be provided. That is, the learning constant (learning rate) used at the time of learning indicated by
Is variable, and a network circuit with performance that is suitable for the application is obtained. Function is added.

【0053】まず、この学習定数設定手段62は図23
中に示した分周回路49に代えて設けられるもので、誤
差信号が入力されるカウンタ63と、このカウンタ63
の出力を論理演算して学習定数の処理を行うORゲート
64〜67及び1つのANDゲート68とよりなる。よ
り詳細には、カウンタ63のバイナリ出力A〜Dに接続
されたORゲート64〜67の各々の入力側に設けたス
イッチSa〜Sdを全てHレベル側にするとη=1.0
となり、スイッチSa〜Sdを全てLレベル側にすると
η=1/16となる。よって、Hレベル側になっている
スイッチの数をNとすると、η=(2のN乗)/16と
なる。従って、スイッチ(或いは、スイッチに代えた外
部信号)を用いることにより、学習定数を任意に設定す
ることができる。なお、パルス密度をカウンタ63のク
ロック入力として用いる場合、誤差信号の入力に対して
ANDゲート69を適宜設けてもよい。学習定数設定手
段62はこのような回路構成に限らない。また、このよ
うな学習定数設定手段62を複数備えるか、又は、外部
信号により適宜制御することにより、結合係数の演算に
用いる学習定数の値と、誤差信号の逆伝播に用いる学習
定数の値とを異ならせることも可能となる。
First, the learning constant setting means 62
A counter 63 to which an error signal is input is provided in place of the frequency dividing circuit 49 shown therein.
, And OR gates 64 to 67 and one AND gate 68 for performing a logical operation on the output of. More specifically, when all the switches Sa to Sd provided on the respective inputs of the OR gates 64 to 67 connected to the binary outputs A to D of the counter 63 are set to the H level, η = 1.0
Η = 1/16 when the switches Sa to Sd are all set to the L level. Therefore, if the number of switches on the H level side is N, η = (2 N) / 16. Therefore, the learning constant can be arbitrarily set by using a switch (or an external signal instead of the switch). When the pulse density is used as the clock input of the counter 63, an AND gate 69 may be appropriately provided for the input of the error signal. The learning constant setting means 62 is not limited to such a circuit configuration. In addition, by providing a plurality of such learning constant setting means 62 or by appropriately controlling the learning constant using an external signal, the value of the learning constant used for calculating the coupling coefficient and the value of the learning constant used for back-propagation of the error signal can be reduced. Can be different.

【0054】さらに、図29ないし図31に示すように
構成してもよい。即ち、前述のように〜に示した基
本的な考えに、 結合係数を、興奮性と抑制性との2種類用意してお
き、入力信号に対する演算結果を、各々の結合係数を用
いた結果の割合から多数決で決定し、ネットワークの柔
軟性を高める。の機能を付加するようにしたものであ
る。
Further, it may be configured as shown in FIGS. 29 to 31. That is, as described above, two types of coupling coefficients, excitatory and inhibitory, are prepared in the basic idea described above, and the operation result for the input signal is calculated based on the result of using each coupling coefficient. Decide by majority from the ratio to increase network flexibility. Function is added.

【0055】まず、1つの神経細胞ユニットは、興奮性
と抑制性との2つの結合係数を備えているが、「入力信
号と結合係数とのAND」による出力結果を、興奮性結
合の場合と抑制性結合の場合との割合で処理するように
したものである。ここに、割合で処理するとは、同期し
て演算される複数の入力信号について、興奮性の結合係
数を用いて得られた出力結果が「1」である場合の数
と、抑制性の結合係数を用いて得られた出力結果が
「1」である場合の数とを比較し、後者が前者より多い
場合は「0」、それ以外の場合は「1」を、その神経細
胞ユニットが出力することを意味する。或いは、両者が
等しい場合は「0」を出力するようにしてもよい。
First, one neuron unit has two coupling coefficients, excitatory and inhibitory. The output result of “AND between input signal and coupling coefficient” is the same as that for excitatory coupling. In this case, the treatment is performed at the ratio of the case of the inhibitory binding. Here, the processing by the ratio means the number of cases where the output result obtained by using the excitatory coupling coefficient is “1” for a plurality of input signals calculated in synchronization, Is compared with the number when the output result obtained is “1”, and when the latter is larger than the former, “0” is output, otherwise, “1” is output by the neuron unit. Means that. Alternatively, when both are equal, “0” may be output.

【0056】図29及び図30はこのための回路構成例
を示すものである。まず、各入力25に対しては個別に
1組ずつのメモリ、具体的にはシフトレジスタ70a,
70bが設けられている。これらのシフトレジスタ70
a,70bはシフトレジスタ26と同様にデータ取出し
口とデータ入口とを有するものであるが、一方のシフト
レジスタ70aは興奮性結合係数を記憶し、他方のシフ
トレジスタ70bは抑制性結合係数を記憶したものであ
る。これらのシフトレジスタ70a,70bから読出し
手段(図示せず)により順次読出された内容は入力25
とともに対応するANDゲート71a,71bに入力さ
れ論理積がとられる。このような論理結果は、結合が興
奮性のものと抑制性のものと2通りあるが、ここでは、
多数決回路72に入力されて出力が決定される。即ち、
シフトレジスタ70aに基づく興奮性結合係数を用いた
演算グループはそのデジタル信号が増幅器73aにより
加算処理され、同様にシフトレジスタ70bに基づく抑
制性結合係数を用いた演算グループはそのデジタル信号
が増幅器73bにより加算処理され、両者の大小が比較
器74により多数決決定される。なお、多数決回路72
は図示例に限らず、一般的な多数決回路であってもよ
い。
FIGS. 29 and 30 show examples of the circuit configuration for this purpose. First, for each input 25, one set of memories, specifically, a shift register 70a,
70b is provided. These shift registers 70
a and 70b have a data take-out port and a data entrance similarly to the shift register 26, but one shift register 70a stores an excitatory coupling coefficient and the other shift register 70b stores an inhibitory coupling coefficient. It was done. The contents sequentially read out from these shift registers 70a and 70b by reading means (not shown) are
Are input to the corresponding AND gates 71a and 71b, and are logically ANDed. There are two types of such logical results, one of which is excitatory and the other of which is inhibitory.
The signal is input to the majority circuit 72 and the output is determined. That is,
The digital signal of the operation group using the excitatory coupling coefficient based on the shift register 70a is added by the amplifier 73a. Similarly, the digital signal of the operation group using the suppressive coupling coefficient based on the shift register 70b is output from the amplifier 73b. The addition processing is performed, and the magnitude of the two is determined by the comparator 74 by majority decision. The majority circuit 72
Is not limited to the illustrated example, and may be a general majority circuit.

【0057】ここに、図29に示したグループ分け方式
を抽出して示すと、図31のようになる。即ち、各入力
毎に興奮性結合と抑制性結合との結合係数を記憶した1
組のメモリ(シフトレジスタ)70a,70bを用意し
て、メモリの組別に分けられたグループ別に論理積を求
めるまでの処理を行わせるものである。
FIG. 31 shows the extracted grouping method shown in FIG. 29. That is, the coupling coefficient between the excitatory coupling and the inhibitory coupling is stored for each input.
A pair of memories (shift registers) 70a and 70b are prepared, and a process until a logical product is obtained for each group divided into memory groups is performed.

【0058】なお、図31図示例では多数決回路72に
代えて、図25や図26の場合と同じく、グループ別に
論理和をとるORゲート33a,33b以下が示されて
いる。この場合のゲート回路34も図27のようにして
もよい。
In the example shown in FIG. 31, in place of the majority decision circuit 72, OR gates 33a and 33b and the like which take a logical sum for each group are shown as in FIGS. The gate circuit 34 in this case may be configured as shown in FIG.

【0059】ところで、図31にあっては各入力25毎
に1組のシフトレジスタ70a,70bを持つため、自
己学習機能による結合係数の書換えも各々のシフトレジ
スタ70a,70bについて行われる。このため、図2
9中に示すように+,−の誤差信号を用いて、新たな結
合係数を計算するために図12〜図15及び(6)式の処
理を行う自己学習回路75が設けられ、各シフトレジス
タ70a,70bのデータ入口側に接続されている。こ
の方式によれば、神経細胞ユニットの結合が、興奮性か
抑制性かに限定されないため、ネットワークが柔軟性を
持ち、実際の応用において汎用性を持つことになる。
In FIG. 31, since one set of shift registers 70a and 70b is provided for each input 25, rewriting of the coupling coefficient by the self-learning function is also performed for each shift register 70a and 70b. Therefore, FIG.
As shown in FIG. 9, a self-learning circuit 75 for performing the processes of FIGS. 12 to 15 and (6) to calculate a new coupling coefficient using the error signals of + and-is provided. It is connected to the data entry side of 70a, 70b. According to this method, the connection of the nerve cell units is not limited to excitatory or inhibitory, so that the network has flexibility and versatility in practical applications.

【0060】図30の場合の分周回路49も図28に示
したような学習定数設定手段62に代えてもよい。
The frequency dividing circuit 49 in the case of FIG. 30 may be replaced with the learning constant setting means 62 as shown in FIG.

【0061】また、多数決回路72による出力決定方式
は、図29に示したように各入力毎に2つのメモリ(シ
フトレジスタ70a,70b)を持つ方式のものに限ら
ず、各入力毎に1つのメモリ26を持つものにも同様に
適用できる。即ち、図22と図23との組合せに代え
て、図22と図30との組合せとしてもよい。
The output decision method by the majority circuit 72 is not limited to the method having two memories (shift registers 70a and 70b) for each input as shown in FIG. The same can be applied to those having the memory 26. That is, instead of the combination of FIG. 22 and FIG. 23, the combination of FIG. 22 and FIG.

【0062】さらには、図32ないし図36に示すよう
に構成してもよい。即ち、図4ないし図31に示したよ
うな回路(以下、ニューロン回路)によって構成される
神経細胞模倣素子及びそのネットワーク(回路網)につ
いて、より上位概念で考えた場合、これらの全てを回路
で構成しなくても前述した手順に従ったソフトウエアに
より信号処理するようにしてもよく、その一例を示すも
のである。
Further, a configuration as shown in FIGS. 32 to 36 may be adopted. That is, when the neuron mimic element constituted by the circuits shown in FIGS. 4 to 31 (hereinafter referred to as a neuron circuit) and its network (circuit network) are considered in a higher concept, all of them are represented by circuits. The signal processing may be performed by software according to the above-described procedure without the configuration, and an example thereof is shown.

【0063】即ち、ネットワークを構成するニューロン
の機能をソフトウエアで実現するようにしたものであ
る。まず、図5に示したようなネットワークの場合、こ
のネットワークを構成する任意のニューロンにおいてソ
フトウエアにより信号処理を行なう。ソフトウエアを利
用するニューロンは、1つでも全てであってもよく、或
いは、ネットワークを形成する各層毎に決定してもよ
い。ニューロン回路による信号処理を行なわないニュー
ロンの構成を図32に示す。ここで、入出力装置81は
ニューロン回路を用いた他のニューロン或いはネットワ
ークへ信号を入力/出力する装置に接続し、信号の授受
を行なう。メモリ82にはCPU83を制御するソフト
ウエアやデータが格納されており、信号はCPU83で
処理される。信号処理の手順は前述した通りであるが、
改めて示すと図33及び図34のようになる。図33は
フォワードプロセスにおけるアルゴリズムを示し、デジ
タル回路内又はコンピュータ内でこのような信号演算処
理が行なわれる。図33に示す処理中のニューロンの前
後関係を示すと図35のようになる。図34は学習演算
プロセスにおけるアルゴリズムを示し、デジタル回路内
又はコンピュータ内でこのような信号演算処理が行なわ
れる。図34に示す処理中のニューロンの前後関係を示
すと図36のようになる。このような図33及び図34
に示した手順に従ってソフトウエアを作成し、メモリ8
2に格納しておく。ここに、ソフトウエアにより図32
のニユーロンの1つを複数のニューロン分として機能さ
せることも可能である。もっとも、信号を時分割して処
理する必要がある。
That is, the functions of the neurons constituting the network are realized by software. First, in the case of a network as shown in FIG. 5, signal processing is performed by software in an arbitrary neuron constituting the network. The number of neurons using software may be one or all, or may be determined for each layer forming a network. FIG. 32 shows the configuration of a neuron that does not perform signal processing by a neuron circuit. Here, the input / output device 81 is connected to another neuron using a neuron circuit or a device that inputs / outputs a signal to / from a network, and transmits / receives a signal. The memory 82 stores software and data for controlling the CPU 83, and signals are processed by the CPU 83. The signal processing procedure is as described above,
FIG. 33 and FIG. 34 show again. FIG. 33 shows an algorithm in the forward process, and such signal operation processing is performed in a digital circuit or a computer. FIG. 35 shows the context of the neuron during the processing shown in FIG. FIG. 34 shows an algorithm in the learning operation process, and such signal operation processing is performed in a digital circuit or a computer. FIG. 36 illustrates the anteroposterior relationship of the neurons during the processing shown in FIG. FIG. 33 and FIG.
Software is created according to the procedure shown in FIG.
2 is stored. Here, FIG.
It is also possible to make one of the neurons function as a plurality of neurons. However, it is necessary to process the signal in a time-division manner.

【0064】このような構成をとることにより、ハード
ウエアによる変更を行なわず、メモリ82を書換えるだ
けで、ネットワーク構成を変更させることができ、柔軟
性及び汎用性に富んだネットワークを構築することがで
きる。
By adopting such a configuration, the network configuration can be changed only by rewriting the memory 82 without making any hardware changes, thereby constructing a highly flexible and versatile network. Can be.

【0065】さらに、図37に示すように構成してもよ
い。これは、1つのニューロンにおいて機能の一部をソ
フトウエアで実行するようにしたものである。即ち、図
32に示した構成において、図33に示した信号処理手
順を基にしたソフトウエアをメモリ82に格納すること
でフォワードプロセスの実行が可能なソフトウエアを利
用したニューロンを実現することができる。学習機能を
持つニューロンを実現するには、入出力装置81に図2
2又は図29に示したような回路を付加すればよい。何
れの場合も、図23の右半分と図24に示した回路部分
は必要である。図28に示した回路は適宜設ければよ
い。図37はこのような学習機能を持たせるための回路
を学習回路84として示したものである。この場合も、
ソフトウエアの変更だけでネットワーク構成の変更が可
能となり、柔軟性及び汎用性に富むネットワークの構築
が可能となる。
Further, the configuration may be as shown in FIG. In this method, a part of the function is executed by software in one neuron. That is, in the configuration shown in FIG. 32, by storing software based on the signal processing procedure shown in FIG. 33 in the memory 82, a neuron using software capable of executing a forward process can be realized. it can. To realize a neuron having a learning function, the input / output device 81 needs to be configured as shown in FIG.
2 or a circuit as shown in FIG. 29 may be added. In any case, the right half of FIG. 23 and the circuit portion shown in FIG. 24 are necessary. The circuit illustrated in FIG. 28 may be provided as appropriate. FIG. 37 shows a circuit for providing such a learning function as a learning circuit 84. Again,
The network configuration can be changed only by changing the software, and a highly flexible and versatile network can be constructed.

【0066】また、実際的に考えた場合、通常の電子機
器にはCPUが予め搭載されている場合が多いので、図
32に示すような構成要素を新規に設けなくてもよいと
いえる。さらに、学習機能が不要なシステムであれば、
ハードウエアの量を大幅に減らすこともできる。
Further, when practically considered, ordinary electronic devices are often provided with a CPU in advance, so that it can be said that it is not necessary to newly provide a component as shown in FIG. Furthermore, if the system does not require a learning function,
The amount of hardware can be greatly reduced.

【0067】また、図38に示すように、学習プロセス
機能をソフトウエアで実現するようにしてもよい。図3
2に示した構成において、図34に示した信号処理手順
を基にしたソフトウエアをメモリ82に格納することで
学習プロセスの実行が可能なソフトウエアを利用したニ
ューロンを実現することができる。フォワードプロセス
機能を持つニューロンを実現するには、入出力装置81
に図22及び図23に示した回路、或いは、図22及び
図30に示したような回路を付加すればよい。図27に
示した回路は適宜設ければよい。図38はこのようなフ
ォワードプロセス機能を持たせるための回路をフォワー
ド回路85として示したものである。この場合も、ソフ
トウエアの変更だけでネットワーク構成の変更が可能と
なり、柔軟性及び汎用性に富むネットワークの構築が可
能となる。特に、学習則の変更に対する対応も容易なも
のとなる。また、この場合も、通常の電子機器ではCP
Uが予め搭載されている場合が多い点に着目すれば、図
32に示すような構成要素を新規に設けなくてもよいと
いえる。さらに、学習機能が不要なシステムであれば、
ソフトウエアの量を減らせるので、ひいてはメモリなど
のハードウエアの量を大幅に減らすこともできる。
Further, as shown in FIG. 38, the learning process function may be realized by software. FIG.
In the configuration shown in FIG. 2, by storing software based on the signal processing procedure shown in FIG. 34 in the memory 82, it is possible to realize a neuron using software capable of executing a learning process. To realize a neuron having a forward process function, an input / output device 81
The circuit shown in FIGS. 22 and 23 or the circuit shown in FIGS. 22 and 30 may be added. The circuit illustrated in FIG. 27 may be provided as appropriate. FIG. 38 shows a circuit for providing such a forward process function as a forward circuit 85. Also in this case, the network configuration can be changed only by changing the software, and a highly flexible and versatile network can be constructed. In particular, it is easy to respond to a change in the learning rule. Also, in this case, in a normal electronic device, the CP
Paying attention to the fact that U is often mounted in advance, it can be said that it is not necessary to newly provide a component as shown in FIG. Furthermore, if the system does not require a learning function,
Since the amount of software can be reduced, the amount of hardware such as memory can also be significantly reduced.

【0068】これらのソフトウエアを利用した実施例に
よれば、信号処理方式としてデジタル論理演算のみで実
行できるため、必要とするソフトウエアも低水準の言語
によるものでよく、かつ、ソフトウエアの高速実行も可
能となる。
According to the embodiment using such software, since the signal processing method can be executed only by digital logic operation, the required software may be in a low-level language, and the speed of the software may be reduced. Execution is also possible.

【0069】ところで、ニューロンのネットワーク構造
としては、図5に示したようなものの他、例えば図39
や図40に示すような構造のものでもよい。図39は入
力側から順に第1の集合体90、中間集合体91、最終
集合体92としたとき(図5にあってもこのように集合
体を分類できる)、ある集合体に含まれる神経細胞ユニ
ット20(○は各々論理演算手段を示す)が他の集合体
に含まれる神経細胞ユニット20の全てとは接続されて
いない状態を示す。図5においてはある集合体内の全て
の神経細胞ユニット20は別の集合体内の全ての神経細
胞ユニットとの間で相互に信号の送受信を行なうもので
あるが、図39に示すように集合体間は各々の集合体内
の神経細胞ユニット20を全結合しなくてもよい。
By the way, as the network structure of the neuron, besides the one shown in FIG.
Or a structure as shown in FIG. FIG. 39 shows, when the first aggregate 90, the intermediate aggregate 91, and the final aggregate 92 are arranged in this order from the input side (the aggregates can be classified in this manner even in FIG. 5), the nerves included in a certain aggregate This shows a state in which the cell unit 20 (o indicates a logical operation means) is not connected to all of the nerve cell units 20 included in another assembly. In FIG. 5, all the neuron units 20 in a certain assembly mutually transmit and receive signals to and from all the neuron units in another assembly. As shown in FIG. Does not have to fully connect the nerve cell units 20 in each assembly.

【0070】図40は第1の集合体90と最終集合体9
2との間に2層の中間集合体93,94を用いて4層構
造としてネットワーク構成したものである。一般的に
は、中間集合体を適宜の数だけ設けてもよい。
FIG. 40 shows the first aggregate 90 and the final aggregate 9
The network is configured as a four-layer structure using two-layer intermediate assemblies 93 and 94 between the two. Generally, an appropriate number of intermediate assemblies may be provided.

【0071】また、これらの図39,図40及び図5で
は、何れも各集合体に含まれる神経細胞ユニット20の
数が4個として図示されているが、これらの数は実施例
中の具体例で説明したごとく、任意であり、各集合体毎
に神経細胞ユニット数が異なってもよい。
In FIGS. 39, 40, and 5, the number of neuron units 20 included in each assembly is shown as four, but these numbers are specific to those in the embodiment. As described in the example, the number is arbitrary, and the number of nerve cell units may be different for each assembly.

【0072】何れにしても、このような構成例に示した
ような構成からなるニューラルネットワーク8を用いて
処理すれば、時間的に変化する入力に対しても実時間で
学習が可能となり、制御対象を的確に制御することがで
きる。
In any case, if processing is performed using the neural network 8 having the configuration as shown in the above configuration example, it is possible to perform real-time learning even for an input that changes with time. The object can be controlled accurately.

【0073】つづいて、この発明の別の実施例を図41
ないし図47により説明する。まず、図41により本実
施例の原理的構成を説明する。基本的には、図1に示し
た構成と同様であり、制御対象6からの出力信号xは入
力部7に入力されて入力信号iとしてニューラルネット
ワーク8に入力される。このニューラルネットワーク8
の出力信号oは出力部9で処理されて制御用の出力信号
yとして前記制御対象6に入力される。ここに、前記出
力部9で変換処理された出力信号jは教師部10からの
真の制御出力又はそれに相当する教師信号mとともに誤
差信号生成部11に入力され、学習に供する誤差信号d
が生成されてこのニューラルネットワーク8に入力され
る。よって、ニューラルネットワーク8ではこの誤差信
号dを用いて学習を行ない、制御対象6において信号x
に対して望ましい信号yが得られるようにする。
[0073] Subsequently, Fig another embodiment of the invention of this 41
47 will be described. First, the principle configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. Basically, the configuration is the same as that shown in FIG. 1. An output signal x from the control target 6 is input to the input unit 7 and input to the neural network 8 as an input signal i. This neural network 8
Is output by the output unit 9 and input to the control target 6 as an output signal y for control. Here, the output signal j converted by the output unit 9 is input to the error signal generation unit 11 together with the true control output from the teacher unit 10 or the teacher signal m corresponding thereto, and the error signal d for learning is provided.
Is generated and input to the neural network 8. Therefore, the neural network 8 performs learning using this error signal d, and the signal x
To obtain a desired signal y.

【0074】ここに、本実施例では、教師部10が詳細
を後述するように、教師信号mを自動的に生成する機能
を持つものであり、前記入力部7により変換された信号
(入力信号)hと前記出力部9により変換された信号
(出力信号)lとに基づき教師信号mを生成するもので
ある。
Here, in this embodiment, the teacher unit 10 has a function of automatically generating the teacher signal m, as will be described in detail later, and the signal converted by the input unit 7 (input signal ) H and a signal (output signal) 1 converted by the output unit 9 to generate a teacher signal m.

【0075】この場合も、学習時には制御を行なわせな
くしたり、逆に、制御時には学習を行なわせなくしたり
してもよい。信号hは信号x又は信号iと同じであって
もよく、信号j又は信号lは信号y又は信号oと同じで
あってもよい。さらには、誤差信号dは必ずしも常に正
しくネットワーク8を学習させるものでなくてもよく、
現在のネットワーク8から出力される信号y又は信号o
が適切でないと判断された時、異なった信号y又は信号
oが得られるような信号dでもよい。
In this case as well, control may not be performed during learning, or conversely, learning may not be performed during control. The signal h may be the same as the signal x or the signal i, and the signal j or the signal 1 may be the same as the signal y or the signal o. Further, the error signal d does not always have to always correctly learn the network 8,
The signal y or the signal o output from the current network 8
May be a signal d such that a different signal y or signal o is obtained when it is determined that is not appropriate.

【0076】しかして、このような制御システムは例え
ば図42に概念的に示すような並進運動制御に適用され
る。この並進運動制御システムは、レール120上に駆
動部121が乗っており、プロペラの推進力によってレ
ール120上のあるポイント122へ駆動部121を移
動させ、静止させるものである。駆動部121中には図
41中に示したような構成(制御対象6を除く)の制御
システム123が設けられており、駆動部121の位
置、速度、加速度(又は、時系列で何点かの位置)或い
はポイント122の位置を入力とし、プロペラ124を
回転させるモータ125にかける電圧値を出力とする。
また、レール120に電圧をかけ、位置によってその値
に傾斜をかけることにより、駆動部121の位置情報を
得ることができ、それを用いて速度、加速度が得られる
ものである。そして、制御システム123を予め学習さ
せてから、或いは、学習させながら、駆動部121の制
御を行なわせるとレール120上の任意の位置からポイ
ント122へ駆動部121を移動させて静止させること
ができる。
Thus, such a control system is applied to, for example, translational motion control as conceptually shown in FIG. In this translational motion control system, a driving unit 121 is mounted on a rail 120, and the driving unit 121 is moved to a certain point 122 on the rail 120 by the propulsive force of a propeller and stopped. A control system 123 having a configuration as shown in FIG. 41 (excluding the control target 6) is provided in the drive unit 121, and the position, speed, acceleration (or some points in time series) of the drive unit 121 are provided. ) Or the position of the point 122 is input, and the voltage value applied to the motor 125 for rotating the propeller 124 is output.
Further, by applying a voltage to the rail 120 and applying a slope to the value depending on the position, position information of the drive unit 121 can be obtained, and speed and acceleration can be obtained using the position information. When the control of the drive unit 121 is performed after learning the control system 123 in advance or while learning, the drive unit 121 can be moved from any position on the rail 120 to the point 122 and stopped. .

【0077】ところで、ニューラルネットワーク8を学
習させるための教師信号の生成について図42に示した
システム例で説明する。教師信号生成手段としては種々
考えられる。第1の方法としては、人がプロペラ124
のコントローラを用い、目視又はテレビカメラ等により
駆動部121の位置を知り、それをコントロールして駆
動部121を動作させてポイント122に静止させ、そ
の時のモータ125に対する制御信号を教師信号とする
ものである。
Now, generation of a teacher signal for learning the neural network 8 will be described with reference to a system example shown in FIG. There are various kinds of teacher signal generation means. In the first method, the propeller 124
Using the controller, the position of the drive unit 121 is known visually or by a television camera or the like, and is controlled to operate the drive unit 121 to stop at the point 122, and the control signal for the motor 125 at that time is used as a teacher signal. It is.

【0078】第2の方法としては、他の制御手段によっ
てモータ125の制御量を得、それを教師信号とするも
のである。
As a second method, a control amount of the motor 125 is obtained by another control means, and the control amount is used as a teacher signal.

【0079】第3の方法としては、図42に示すような
システムの初期値及び力学系に基づき教師信号を算出
し、システムの起動開始からの時間を基にしてその教師
信号を与えるものである。
As a third method, a teacher signal is calculated based on the initial values of the system and the dynamic system as shown in FIG. 42, and the teacher signal is given based on the time from the start of the system. .

【0080】第4の方法としては、入力信号hと出力信
号lとに基づき自動的に教師信号mを生成するものであ
り、本実施例では、この第4の方法により教師信号を生
成するようにしたものである。図43はこのための教師
部10の構成例を示し、制御対象6からの入力信号xを
入力部7で変換した信号hを遅延器126で一定時間遅
延させた信号hdと、ニューラルネットワーク8によっ
て生成された信号oを出力部9で変換した信号lを遅延
器127で一定時間遅延させた信号ldとを入力とし、
その制御の結果、制御対象6から来る次時刻の入力信号
xtを入力部7で変換した信号htを出力とする別の信
号処理手段としてのニューラルネットワーク128(以
下、ニューラルネットワーク8を第1ニューラルネット
ワーク8とし、このニューラルネットワーク128を第
2ニューラルネットワーク128とする)が設けられて
おり、この第2ニューラルネットワーク128の教師信
号として現時刻の信号hを与える。何回かの学習によ
り、第2ニューラルネットワーク128は正しい信号h
t(教師信号と同じ信号)を出力する。その結果、第2
ニューラルネットワーク128によって、制御対象6が
出力する将来の入力信号を予測することができる。この
際の入力には信号hと信号lとを用いる。
As a fourth method, the teacher signal m is automatically generated based on the input signal h and the output signal l. In the present embodiment, the teacher signal is generated by the fourth method. It was made. FIG. 43 shows an example of the configuration of the teacher unit 10 for this purpose. A signal hd obtained by converting the input signal x from the control target 6 by the input unit 7 and delayed by a delay unit 126 for a certain time, and the neural network 8 A signal l obtained by converting the generated signal o at the output unit 9 and a signal ld obtained by delaying the signal l by a delay unit 127 for a predetermined time are input.
As a result of the control, a neural network 128 (hereinafter, neural network 8 is referred to as a first neural network 8) as another signal processing means for outputting a signal ht obtained by converting an input signal xt at the next time coming from the controlled object 6 at the input unit 7 as an output. 8, the neural network 128 is referred to as a second neural network 128), and a signal h at the current time is given as a teacher signal of the second neural network 128. After a number of learnings, the second neural network 128 has the correct signal h
t (the same signal as the teacher signal) is output. As a result, the second
The neural network 128 can predict a future input signal output from the control target 6. At this time, the signals h and l are used as inputs.

【0081】ここに、第2ニューラルネットワーク12
8が学習プロセスかフォワードプロセスかによって、信
号h,hdの切換えは選択器129により行なわれ、信
号l,ldの切換えは選択器130により行なわれる。
Here, the second neural network 12
Switching of signals h and hd is performed by selector 129, and switching of signals l and ld is performed by selector 130, depending on whether 8 is a learning process or a forward process.

【0082】また、信号htと現在の入力信号hとを目
標値h0に対して比較する比較器131が設けられてい
る。この比較器131は、図44のフローチャートに示
すように信号hのほうが信号htよりも目標値h0に近
い場合にのみ第1ニューラルネットワーク8を学習させ
るため、信号lを変換器132で変換した信号mを出力
させる一方、それ以外の場合には、第1ニューラルネッ
トワーク8を学習させないように制御するための信号k
を第1ニューラルネットワーク8に出力させるものであ
る。第1ニューラルネツトワーク8は信号iを入力と
し、その時点の制御量oを出力としているが、この第1
ニューラルネットワーク8も何回かの学習により、正し
い制御量oを出力するようになる。
Further, a comparator 131 for comparing the signal ht with the current input signal h with respect to the target value h0 is provided. The comparator 131 learns the first neural network 8 only when the signal h is closer to the target value h0 than the signal ht as shown in the flowchart of FIG. m, and otherwise, a signal k for controlling the first neural network 8 not to learn.
Is output to the first neural network 8. The first neural network 8 receives the signal i as an input and the control amount o at that time as an output.
The neural network 8 also outputs a correct control amount o by performing learning several times.

【0083】なお、第2ニューラルネットワーク128
のフォワードプロセスと学習プロセスとを同時に行なわ
せる場合の教師部10の構成例を図45に示す。これ
は、学習用のニューラルネットワーク128aとフォワ
ード用のニューラルネットワーク128bとを別個に設
け、結合係数値を学習用のニューラルネットワーク12
8aからフォワード用のニューラルネットワーク128
bへ与えるようにしたものである。
The second neural network 128
FIG. 45 shows a configuration example of the teacher unit 10 when the forward process and the learning process are simultaneously performed. That is, a neural network 128a for learning and a neural network 128b for forward are separately provided, and the coupling coefficient value is determined by the neural network 12 for learning.
8a from the forward neural network 128
b.

【0084】ところで、図43に示した教師部10のよ
り具体的な回路例を図46に示す。まず、図42に示し
た系からの位置、速度、加速度、及び、左右のプロペラ
124の回転速度を表すデジタル信号を入力させる。第
2ニューラルネットワーク128の学習時には、遅延器
126,127及び選択器129,130を介して、パ
ルス変換器133,134によりパルス列に変換して、
この第2ニユーラルネットワーク128へ入力する。教
師信号は、現時刻の位置をパルス密度変換したデータを
用いる。そして、遅延器126,127を通さない現時
刻のデータを入力した時におけるこの第2ニューラルネ
ットワーク128の出力をアップダウンカウンタ135
のアップ側に入力させるとともに、現時刻の位置データ
をアップダウンカウンタ136のアップ側に入力させ
る。そして、目標位置をパルス密度で出力するパルスジ
ェネレータ137からの信号をこれらのアップダウンカ
ウンタ135,136のダウン側に入力させる。そこ
で、これらのアップダウンカウンタ135,136のカ
ウント結果の大小を比較器131で比較し、第2ニュー
ラルネットワーク128側からの出力のほうが大きい場
合には、第1ニューラルネットワーク8へ学習制御信号
を出力して学習させる。
FIG. 46 shows a more specific circuit example of the teacher section 10 shown in FIG. First, digital signals representing the position, speed, acceleration, and rotation speed of the left and right propellers 124 from the system shown in FIG. 42 are input. At the time of learning of the second neural network 128, the signal is converted into a pulse train by the pulse converters 133 and 134 via the delay units 126 and 127 and the selectors 129 and 130,
The data is input to the second neural network 128. As the teacher signal, data obtained by subjecting the current time position to pulse density conversion is used. The output of the second neural network 128 when data at the current time which does not pass through the delay units 126 and 127 is input is converted to an up / down counter 135.
And the position data at the current time is input to the up side of the up / down counter 136. Then, a signal from the pulse generator 137 that outputs the target position at the pulse density is input to the down sides of the up / down counters 135 and 136. Therefore, the comparator 131 compares the count results of the up / down counters 135 and 136 with each other, and outputs a learning control signal to the first neural network 8 when the output from the second neural network 128 is larger. And let them learn.

【0085】この時の教師信号は次のように生成する。
まず、プロペラ124の回転速度信号(パルス発生器1
34出力)をプリセット値とする2つのアップダウンカ
ウンタ138を用意する一方、第2ニューラルネットワ
ーク128からの出力値と現時刻の位置データとをカウ
ンタ139を介して比較器140に入力させ、その大小
を比較する。比較の結果、第2ニューラルネットワーク
128側からの出力値のほうが大きい場合には、比較器
140の1端子側からアップダウンカウンタ138の一
方のアップ側と他方のダウン側とにパルスが出力され、
現時刻の位置データのほうが大きい場合には、比較器1
40の2端子側からアップダウンカウンタ138の一方
のダウン側と他方のアップ側とにパルスが出力される。
これらのアップダウンカウンタ138の出力が左右のプ
ロペラ124に対する教師信号mとなる。
The teacher signal at this time is generated as follows.
First, the rotation speed signal of the propeller 124 (the pulse generator 1
34) are prepared as preset values, while the output value from the second neural network 128 and the position data at the current time are input to the comparator 140 via the counter 139, and the magnitude thereof is increased or decreased. Compare. As a result of the comparison, when the output value from the second neural network 128 is larger, a pulse is output from one terminal side of the comparator 140 to one up side and the other down side of the up / down counter 138,
If the position data at the current time is larger, the comparator 1
A pulse is output from the two terminals 40 to one down side and the other up side of the up / down counter 138.
Outputs of these up / down counters 138 become teacher signals m for the left and right propellers 124.

【0086】なお、入力データがパルス列の場合には、
教師部10を図47に示すように構成すればよい。即
ち、比較器131、変換器132を各々論理演算回路1
41,142により構成したものである。
When the input data is a pulse train,
The teacher unit 10 may be configured as shown in FIG. That is, the comparator 131 and the converter 132 are each connected to the logical operation circuit 1
41 and 142.

【0087】本実施例の場合も、上例のようなハードウ
エア構成に限らず、同等の機能を有する他のハードウエ
ア構成でもよく、さらには、必ずしも全てをハードウエ
ア構成せずにその一部又は全部をソフトウエアで実現し
てもよい。
The present embodiment is not limited to the hardware configuration as in the above example, but may be another hardware configuration having an equivalent function. Alternatively, all of them may be realized by software.

【0088】[0088]

【発明の効果】本発明は、上述したように自己学習手段
を神経細胞模倣素子に付設したデジタル論理回路による
複数の神経細胞模倣手段を網状に接続した信号処理手段
なるハードウエア構成によれば、学習を含めて処理速度
の非常に速いものとなるので、このような信号処理手段
と入力信号変換手段、出力信号変換手段、教師信号生成
手段及び誤差信号生成手段とをシステム構成することに
より、制御対象からの信号が時間的に変化するものであ
ってもリアルタイムで学習可能となり、この制御対象を
高速にて的確に制御することができるものである。
According to the present invention, as described above, according to the hardware configuration which is a signal processing means in which a plurality of nerve cell mimic means are connected in a mesh by a digital logic circuit in which the self-learning means is attached to the nerve cell mimic element, Since the processing speed including learning is very high, control is performed by configuring such a signal processing unit and an input signal conversion unit, an output signal conversion unit, a teacher signal generation unit, and an error signal generation unit in a system. Even if the signal from the object changes with time, learning can be performed in real time, and the control object can be accurately controlled at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】の発明の一実施例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an embodiment of this invention.

【図2】2次元倒立振子制御システムへの適用例を示
し、(a)は構成図、(b)はその駆動部付近の平面図であ
る。
FIGS. 2A and 2B show an example of application to a two-dimensional inverted pendulum control system, wherein FIG. 2A is a configuration diagram and FIG.

【図3】図1の具体的構成例を示すブロックである。FIG. 3 is a block diagram illustrating a specific configuration example of FIG. 1;

【図4】基本的な信号処理を行なうための論理回路図で
ある。
FIG. 4 is a logic circuit diagram for performing basic signal processing.

【図5】ネットワーク構成例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a network configuration example.

【図6】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart showing a logical operation example.

【図7】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart showing a logical operation example.

【図8】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing a logical operation example.

【図9】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart showing a logical operation example.

【図10】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 10 is a timing chart showing a logical operation example.

【図11】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 11 is a timing chart showing a logical operation example.

【図12】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 12 is a timing chart showing a logical operation example.

【図13】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 13 is a timing chart showing a logical operation example.

【図14】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 14 is a timing chart showing a logical operation example.

【図15】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 15 is a timing chart showing a logical operation example.

【図16】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 16 is a timing chart showing a logical operation example.

【図17】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 17 is a timing chart showing a logical operation example.

【図18】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 18 is a timing chart showing a logical operation example.

【図19】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 19 is a timing chart showing a logical operation example.

【図20】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 20 is a timing chart showing a logical operation example.

【図21】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 21 is a timing chart showing a logical operation example.

【図22】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 22 is a logic circuit diagram illustrating a configuration example of each unit.

【図23】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 23 is a logic circuit diagram illustrating a configuration example of each unit.

【図24】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 24 is a logic circuit diagram showing a configuration example of each unit.

【図25】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 25 is a logic circuit diagram showing a configuration example of each unit.

【図26】変形例を示す論理回路図である。FIG. 26 is a logic circuit diagram showing a modification.

【図27】変形例を示す論理回路図である。FIG. 27 is a logic circuit diagram showing a modification.

【図28】異なる構成例を示す回路図である。FIG. 28 is a circuit diagram showing a different configuration example.

【図29】さらに異なる構成例を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing still another configuration example.

【図30】回路図である。FIG. 30 is a circuit diagram.

【図31】回路図である。FIG. 31 is a circuit diagram.

【図32】別の構成例を示すブロック図である。FIG. 32 is a block diagram showing another configuration example.

【図33】フォワードプロセスにおける処理を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 33 is a flowchart showing processing in a forward process.

【図34】学習プロセスにおける処理を示すフローチャ
ートである。
FIG. 34 is a flowchart showing processing in a learning process.

【図35】ニユーロンの前後関係を示す模式図である。FIG. 35 is a schematic diagram showing the front-back relationship of the Euron.

【図36】ニユーロンの前後関係を示す模式図である。FIG. 36 is a schematic diagram showing the before-and-after relationship of the Euron.

【図37】さらに別の構成例を示すブロック図である。FIG. 37 is a block diagram showing still another configuration example.

【図38】別の構成例を示すブロック図である。FIG. 38 is a block diagram showing another configuration example.

【図39】ネットワーク構造の変形例を示す概念図であ
る。
FIG. 39 is a conceptual diagram showing a modification of the network structure.

【図40】ネットワーク構造の異なる変形例を示す概念
図である。
FIG. 40 is a conceptual diagram showing a modified example having a different network structure.

【図41】この発明の別の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 41 is a block diagram showing another embodiment of the present invention .

【図42】並進運動制御システムへの適用例を示す概略
構成図である。
FIG. 42 is a schematic configuration diagram illustrating an example of application to a translational motion control system.

【図43】教師部の具体的構成例を示すブロック図であ
る。
FIG. 43 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a teacher unit.

【図44】制御処理を示すフローチャートである。FIG. 44 is a flowchart showing a control process.

【図45】教師部の異なる具体的構成例を示すブロック
図である。
FIG. 45 is a block diagram showing another specific configuration example of the teacher unit.

【図46】図43の具体的構成例を示すブロック図であ
る。
FIG. 46 is a block diagram showing a specific configuration example of FIG. 43;

【図47】図43の異なる具体的構成例を示すブロック
図である。
FIG. 47 is a block diagram showing a different specific configuration example of FIG. 43;

【図48】従来例を示すブロック図である。FIG. 48 is a block diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 制御対象 7 入力信号変換手段 8 信号処理手段 9 出力信号変換手段 10 教師信号生成手段 11 誤差信号生成手段 128 別の信号処理手段 131 比較器 Reference Signs List 6 Control target 7 Input signal conversion means 8 Signal processing means 9 Output signal conversion means 10 Teacher signal generation means 11 Error signal generation means 128 Another signal processing means 131 Comparator

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−201607(JP,A) 特開 平3−11458(JP,A) 特開 昭60−134905(JP,A) 特開 平2−226425(JP,A) 特開 平2−299002(JP,A) 特開 平4−372044(JP,A) 特開 平5−143108(JP,A) 国際公開90/2381(WO,A1) 江口裕俊・他,「学習機能を有するパ ルス密度型ニューロンモデルとそのハー ド化」,電子情報通信学会技術研究報 告,日本,社団法人電子情報通信学会・ 発行,1990年10月25日,Vol.90,N o.273(CPSY90−64〜74),pp. 63−70,特許庁CSDB文献番号:CS NT199900846009 川人光男,「運動制御とニューラルネ ット」,電子情報通信学会誌,日本,社 団法人電子情報通信学会・発行,1990年 7月25日,Vol.73,No.7,p p.706−711,特許庁CSDB文献番 号:CSNT199901334005 福田敏男、柴田崇徳,「ニューラルネ ットワークを用いた位置・力の適応制 御」,日本ロボット学会誌,日本,社団 法人日本ロボット学会・発行,1991年11 月15日,Vol.9,No.6,pp. 94−99,特許庁CSDB文献番号:CS NT199900393008 片山正純、川人光男,「筋肉・骨格系 の運動制御を行う並列階層制御神経回路 モデル」,電子情報通信学会論文誌,日 本,社団法人電子情報通信学会・発行, 1990年 8月25日,Vol.J73−D− II,No.8,pp.1328−1335,特 許庁CSDB文献番号:CSNT 199800681030 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06N 1/00 - 7/08 G06G 7/60 G05B 13/00 - 13/04 CSDB(日本国特許庁) JSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A-2-201607 (JP, A) JP-A-3-11458 (JP, A) JP-A-60-134905 (JP, A) JP-A-2-226425 (JP) JP-A-2-299002 (JP, A) JP-A-4-377204 (JP, A) JP-A-5-143108 (JP, A) International Publication 90/2381 (WO, A1) Hirotoshi Eguchi, et al. , "Pulse-density neuron model with learning function and its implementation", IEICE Technical Report, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Japan, October 25, 1990, Vol. 90, No. 273 (CPSY 90-64 to 74), pp. 63-70, Patent Office CSDB Document No .: CS NT199900846009 Mitsuo Kawahito, "Motion Control and Neural Net", Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Japan, Japan Electronics Association Published by The Institute of Telecommunications, July 25, 1990, Vol. 73, No. 7, p.p. 706-711, Patent Office CSDB Literature No .: CSN199901334005 Toshio Fukuda, Takanori Shibata, "Adaptive Control of Position and Force Using Neural Network", Journal of the Robotics Society of Japan, Japan, published by The Robotics Society of Japan, 1991 Vol. 9, No. 6, pp. 94-99, Patent Office CSDB Document Number: CS NT199900393008 Masazumi Katayama, Mitsuo Kawahito, "Parallel Hierarchical Control Neural Network Model for Motion Control of Muscle and Skeletal System", Transactions of IEICE, Japan , The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, published, August 25, 1990, Vol. J73-D-II, No. 8, pp. 1328-1335, Patent Office CSDB Document No .: CCNT 199800681030 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06N 1/00-7/08 G06G 7/60 G05B 13/00-13/04 CSDB (Japan Patent Office) JST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 自己学習手段を神経細胞模倣素子に付設
したデジタル論理回路による複数の神経細胞模倣手段を
網状に接続した信号処理手段と、制御対象からの出力信
号を前記信号処理手段に供給するための入力信号に変換
する入力信号変換手段と、前記信号処理手段からの出力
信号を前記制御対象に供給するための出力信号に変換す
る出力信号変換手段と、変換されたこれらの入力信号と
出力信号とを入力として実時間で前記信号処理手段を学
習させるための教師信号を自動的に生成する教師信号生
成手段と、この教師信号生成手段により生成された教師
信号と前記出力信号変換手段により変換された出力信号
とに基づき前記信号処理手段に入力させる誤差信号を生
成する誤差信号生成手段と、前記入力信号変換手段によ
り変換された入力信号と前記出力信号変換手段により変
換された出力信号とを入力とし前記入力信号変換手段に
より変換された入力信号を一定時間遅延させた遅延信号
入力信号とし前記信号処理手段に対する教師信号を生
成するために、自己学習手段を神経細胞模倣素子に付設
した複数の神経細胞模倣手段を網状に接続した別の信号
処理手段と、この別の信号処理手段により生成された信
号と前記入力信号変換手段により変換された入力信号と
を制御目標値に対して比較して前記別の信号処理手段に
より生成された信号のほうが前記入力信号変換手段によ
り変換された入力信号よりも制御目標値に近い場合のみ
前記信号処理手段を学習させる信号を出力させる比較器
と、よりなることを特徴とする信号処理装置。
1. A signal processing means in which a plurality of neuron mimic means are connected in a mesh by a digital logic circuit in which a self-learning means is attached to a neuron mimic element, and an output signal from a control object is supplied to the signal processing means. Signal conversion means for converting the output signal from the signal processing means into an output signal for supplying the control target, and the converted input signal and output signal A teacher signal generating means for automatically generating a teacher signal for learning the signal processing means in real time with a signal as an input, and converting the teacher signal generated by the teacher signal generating means and the output signal converting means Error signal generating means for generating an error signal to be input to the signal processing means based on the output signal obtained, and an input signal converted by the input signal converting means. Generating a teacher signal for the signal processing means as an input signal a delay signal obtained by a predetermined time delay the converted input signal by the input signal conversion means as input and converted output signal by No. and the output signal converting means for the further signal processing means for a plurality of neuronal cells mimicking means annexed to self-learning means into neurons mimic elements were connected to the network, a signal <br/> No. generated by the further signal processing means and said The input signal converted by the input signal conversion means is compared with a control target value to the another signal processing means
The signal generated by the input signal converting means
And a comparator for outputting a signal for causing the signal processing means to learn only when the input signal is closer to the control target value than the converted input signal.
JP00912692A 1991-01-30 1992-01-22 Signal processing device Expired - Fee Related JP3302712B2 (en)

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川人光男,「運動制御とニューラルネット」,電子情報通信学会誌,日本,社団法人電子情報通信学会・発行,1990年 7月25日,Vol.73,No.7,pp.706−711,特許庁CSDB文献番号:CSNT199901334005
江口裕俊・他,「学習機能を有するパルス密度型ニューロンモデルとそのハード化」,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会・発行,1990年10月25日,Vol.90,No.273(CPSY90−64〜74),pp.63−70,特許庁CSDB文献番号:CSNT199900846009
片山正純、川人光男,「筋肉・骨格系の運動制御を行う並列階層制御神経回路モデル」,電子情報通信学会論文誌,日本,社団法人電子情報通信学会・発行,1990年 8月25日,Vol.J73−D−II,No.8,pp.1328−1335,特許庁CSDB文献番号:CSNT199800681030
福田敏男、柴田崇徳,「ニューラルネットワークを用いた位置・力の適応制御」,日本ロボット学会誌,日本,社団法人日本ロボット学会・発行,1991年11月15日,Vol.9,No.6,pp.94−99,特許庁CSDB文献番号:CSNT199900393008

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