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面向电磁防护仿生的神经元稳定性分析和抗扰特性研究

The Stability and Anti-interference Characteristics of Neuron Facing on Bio-inspired Electromagnetic Protection
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摘要 为了丰富电磁防护方法,探讨了基于神经抗扰机理的电磁防护仿生新方法。采用李雅普诺夫稳定性理论和Routh-Hurwitz判据研究了Hodgkin-Huxley神经元模型(简称HH神经元模型)的稳定性,对模型参数满足稳定性的解析条件进行了推导。采用相关系数和田口正交方法评估了HH神经元模型抵抗电磁干扰的能力,以抵抗电磁干扰能力最强为目标对模型参数进行了优化。研究结果表明:HH神经元模型要想保持稳定性能参数应该限定在一定范围内取值;HH神经元模型具有抵抗电磁干扰的能力;优化HH神经元模型参数可以提高抵抗电磁干扰的性能。该研究结果为基于神经抗扰机理的仿生电路设计提供了重要的参考。 In order to enrich the electromagnetic protection method,a novel protection method based on the novel mechanism is explored.Based on the Lyapunov stability theory and Routh-Hurwitz criteria,the stability of Hodgkin-Huxley neuron model(named HH neuron model)is studied.The analytical condition for the parameters of HH neuron model is derived.The performance of resisting the electromagnetic interference is assessed by way of the correlation coefficient and the Taguchi orthogonal method.The parameters of HH neuron model are optimized to achieve the stronger ability of resisting the electromagnetic interference.It is found that the values of parameters are limited to guarantee the stability of HH neuron model.The HH neuron model has the performance of resisting the electromagnetic interference.The optimized parameters of the HH neuron model can improve the electromagnetic anti-interference performance.The research results can be adopted to provide the important guidance for designing the bio-inspired circuit based on the anti-interference mechanism of neuron.
作者 张明亮 杨新梦 张桂朋 白英杰 张明志 余志强 ZHANG Mingliang;YANG Xinmeng;ZHANG Guipeng;BAI Yingjie;ZHANG Mingzhi;YU Zhiqiang(School of Mechanical Engineering,Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang 050043,China;Key Laboratory of Opto-technology and Intelligent Control,Ministry of Education,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China;CRSC Research&Design Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 100070,China;School of Electrical and Electronic Engineering,Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang 050043,China)
出处 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期3110-3118,共9页 High Voltage Engineering
基金 河北省高等学校科学技术研究项目(ZD2022064) 光电技术与智能控制教育部重点实验室(兰州交通大学)开放课题(KFKT2020-7) 河北省高等学校科学技术研究项目(QN2019224) 河北省自然科学基金青年项目(E2021210065) 轨道交通电磁环境效应研究与测试平台建设项目(50200011800)。
关键词 电磁防护仿生 HH神经元模型 李雅普诺夫稳定性理论 Routh-Hurwitz判据 抗扰能力 相关系数 田口正交方法 bio-inspired electromagnetic protection HH neuron model Lyapunov stability theory Routh-Hurwitz criteria anti-interference performance correlation coefficient Taguchi orthogonal method
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