SETMOS在蔡氏电路中的特性研究

利用拟合法简化了单电子晶体管与金属氧化物半导体混合结构器件SETMOS的负微分电阻特性方程,提出了由SETMOS设计多涡卷混沌电路的方法.理论上定性和定量地分析了负微分电阻特性对于多涡卷蔡氏电路平衡点的影响.经研究发现,多涡卷蔡氏电路混沌在非线性函数的各负斜率区中形成径向收缩、轴向拉伸的单向运动,而在各正斜率区中形成径向拉伸、轴向收缩的涡卷运动.这为进一步实现多涡卷电路及研究其复杂动力学行为提供了理论基础.     

基于单电子器件的混沌电路研究

利用单电子晶体管和金属氧化物半导体的混合器件——SETMOS设计实现了细胞神经网络结构的蔡氏电路,得到了单涡卷吸引子和双涡卷吸引子.通过设计构成的SETMOS跨导放大器和SETMOS电压比较器,提出了基于SETMOS的类双涡卷混沌电路,仿真验证了类双涡卷吸引子.模拟结果表明,所设计的硬件电路结构简单,功耗低,有利于进一步提高集成电路的集成度,为混沌在工程领域的实际应用提供了新方法. 关键词： 细胞神经网络 蔡氏电路 混沌 涡卷     

用多项式和阶跃函数构造网格多涡卷混沌吸引子及其电路实现

提出一种利用多项式和阶跃函数构造N×M涡卷的构造方法.利用蔡氏电路,传统的利用多项式函数只能产生双涡卷、三涡卷,在此基础上,通过多项式平移得到相空间x方向的多涡卷,再通过多项式与阶跃函数组合来扩展相空间中指标2的鞍焦平衡点,使得多涡卷向y方向延伸,从而生成网格多涡卷混沌吸引子.该构造方法的主要特征是通过光滑曲线和非光滑曲线的组合生成网格多涡卷混沌吸引子,能通过调整自然数N和M的值实现平面网格任意涡卷混沌吸引子阵列.理论分析、数值模拟和电路仿真证实了方法的可行性. 关键词： 网格多涡卷混沌吸引子 蔡氏电路 阶跃函数 电路实现     

蔡氏电路的研究与制作

在非线性电路中蔡氏电路是迄今为止产生复杂动力学行为的最为有效和较为简单的电路之一。从软件仿真和电路制作两个角度分别对蔡氏电路的特性进行了研究,讨论蔡氏电路的工作原理,分别用PSPICE和MATLAB软件仿真出蔡氏电路的相关特性,并制作出硬件电路,给出观察蔡氏电路周期1、周期2极限环及单涡卷和双涡卷混沌吸引子的实验结果,得出了与理论分析一致的结果。对进一步研究和设计专用混沌集成电路及混沌在保密通信中的应用具有积极的意义。     

用时滞和阶跃序列组合生成网格多涡卷蔡氏混沌吸引子

提出了在规范型蔡氏电路中生成两种不同类型网格多涡卷混沌吸引子的新方法.与现有文献报道仅构造同一类型非线性函数产生多涡卷混沌吸引子的主要差别在于,这种方法能在一个蔡氏电路中同时构造时滞序列和阶跃序列,并通过其不同的组合方式来扩展相空间中指标2的鞍焦平衡点,从而生成两种不同类型的网格多涡卷混沌吸引子.理论分析、数值模拟和电路实验结果证实了该方法的可行性. 关键词： 规范型蔡氏电路 网格多涡卷混沌吸引子 时滞序列和阶跃序列 电路实现     

非线性变形蔡氏混沌电路实验仪

设计了非线性变形蔡氏混沌电路实验仪,三阶非线性自治动力学系统由振荡器、移相器以及非线性负阻元件组成.利用该实验仪可以观察到混沌的变化过程,并且理解混沌的分岔过程和混沌的基本特性,同时可以研究非线性电阻的伏安特性,并且测量铁氧体电感器的电感量.     

基于电流传输器的网格多涡卷混沌电路设计与实现

提出了一种利用同相电流传输器(CCⅡ+)实现网格多涡卷混沌吸引子的方法.首先,构建一个三维网格多涡卷混沌系统,并对该系统进行基本动力学特性分析.其次,在考虑电流传输器端口寄生参数的情况下,构建了电流输出的饱和函数电路并设计一个具有串联结构的网格多涡卷混沌电路,使得该电路的工作频率得到提高.最后,通过硬件电路实验验证了该方法的可行性.     

四维系统中多涡卷混沌与超混沌吸引子的仿真研究

在双涡卷混沌吸引子的基础上，以变型蔡氏电路和四阶蔡氏电路为例，提出一种研究四维系统中多涡卷混沌与超混沌吸引子的新方法.根据这一方法，从数学上找到了一种能产生多涡卷的递推规律，其特点是只需给定三个初始值ma,mb和x1，由文中所导出的递推公式，可确定多涡卷吸引子中分段线性奇函数的各个转折点和平衡点的值，从而能在四维系统中产生多涡卷混沌与超混沌吸引子，并且这种方法可以推广到产生任意多个涡卷的情形，因此，它具有一般的规律性.理论分析、计算机模拟和电路仿真结果证明了该方法的可行性.     

蔡氏对偶混沌电路分析

提出了一个新颖的蔡氏对偶混沌电路,并进行了深入的理论研究和计算机仿真分析.得出了几点结论:1)此混沌电路元器件少,且与蔡氏混沌电路结构完全对偶.2)在确定的元器件参数条件下,电路出现双涡卷奇怪吸引子和丰富的混沌动力学行为. 关键词： 蔡氏对偶电路 奇怪吸引子 混沌     

简化Lorenz多涡卷混沌吸引子的设计与应用

将简化Lorenz系统线性化成两个线性系统,采用控制方法得到两涡卷混沌系统,通过扩展两涡卷混沌系统的指标2鞍焦点,设计了多涡卷混沌吸引子.利用相图、分岔图、Poincaré截面和最大Lyapunov指数等方法,分析了该多涡卷混沌系统的动力学特性.设计了多涡卷混沌吸引子的模拟电路,并进行了仿真,数值仿真与电路仿真相一致.将多涡卷混沌系统应用于图像加密,设计了多涡卷混沌与高级加密标准(AES)的改进混合加密算法,并分析了其加密性能.结果表明,基于多涡卷混沌系统的改进混合加密算法具有更高的安全性.     

一种新的三维自治混沌系统

通过对蔡氏电路的研究,提出了一种新的混沌系统,并对该系统的基本动力学特性进行了深入研究,得到该系统的Lyapunov指数和Lyapunov维数,给出了相图、Lyapunov指数谱、分岔图、Poincaré映射以及功率谱等.利用OrCAD-PSpice软件设计了该新混沌系统的振荡电路并进行了仿真实验.研究结果表明,该系统与蔡氏电路产生的混沌吸引子并不拓扑等价,且该系统的参数变化范围较大,最大Lyapunov指数接近1,数值仿真和电路系统实验仿真具有很好的一致性,证实了该系统的存在性和物理上可实现性. 关键词： 混沌系统 Lyapunov指数谱 分岔图 电路实现     

Design and implementation of a novel multi-scroll chaotic system

This paper proposes a novel approach for generating a multi-scroll chaotic system. Together with the theoretical design and numerical simulations, three different types of attractor are available, governed by constructing triangular wave, sawtooth wave and hysteresis sequence. The presented new multi-scroll chaotic system is different from the classical multi-scroll chaotic Chua system in dimensionless state equations, nonlinear functions and maximum Lyapunov exponents. In addition, the basic dynamical behaviours, including equilibrium points, eigenvalues, eigenvectors, eigenplanes, bifurcation diagrams and Lyapunov exponents, are further investigated. The success of the design is illustrated by both numerical simulations and circuit experiments.     

基于Colpitts振荡器模型生成的多涡卷超混沌吸引子

基于三阶单涡卷混沌Colpitts振荡器模型,通过引入两个分段线性三角波函数,构造了一个新型四维多涡卷超混沌系统,生成了(2M+1)×(2N+1),(2M+1)和(2N+1)涡卷混沌和超混沌吸引子.利用相轨图、Poincar啨映射、Lyapunov指数谱和分岔图等方法,对新提出的四维多涡卷超混沌系统进行了动力学分析,结果表明,多涡卷超混沌系统的Hopf分岔点仅与控制参数有关,而涡卷数量和控制参数的混沌和超混沌范围随着转折点数量的增加而增加.此外,设计了一个实现四维多涡卷超混沌系统的模拟电路,实验输出与数值仿真的两个结果基本一致.     

基于电流反馈放大器的网格多涡卷混沌电路设计与实现

提出了一种仅用电流反馈放大器实现网格多涡卷混沌系统的方法.首先用电流反馈放大器设计非线性函数电路;再用电流反馈放大器设计网格多涡卷混沌电路,根据混沌吸引子参数确定电路参数,由于电流反馈放大器具有较好的频率特性和端口特性,使该电路的工作频率高、电路结构简单、使用元件少;最后,通过电路仿真验证该方法的可行性.     

忆阻混沌振荡器的动力学分析

忆阻器(memristor)是一种有记忆功能的非线性电阻器,它是除电阻器、电容器和电感器之外的第四种基本电路元件.采用一个具有光滑磁控特性曲线的忆阻器和一个负电导替换蔡氏振荡器中的蔡氏二极管,导出了一个基于忆阻器的振荡器电路.采用常规的动力学分析手段研究了电路参数和初始条件变化时该光滑忆阻振荡器的动力学特性.研究结果表明,光滑忆阻振荡器与一般的混沌系统完全不同,它的动力学行为除了与电路参数有关外,还极端依赖于电路的初始条件,存在瞬态混沌和状态转移等奇异的非线性物理现象.     

Design and FPGA implementation of a memristor-based multi-scroll hyperchaotic system

A novel memristor-based multi-scroll hyperchaotic system is proposed. Based on a voltage-controlled memristor and a modulating sine nonlinear function, a novel method is proposed to generate the multi-scroll hyperchaotic attractors. Firstly, a multi-scroll chaotic system is constructed from a three-dimensional chaotic system by designing a modulating sine nonlinear function. Then, a voltage-controlled memristor is introduced into the above-designed multi-scroll chaotic system. Thus, a memristor-based multi-scroll hyperchaotic system is generated, and this hyperchaotic system can produce various coexisting hyperchaotic attractors with different topological structures. Moreover, different number of scrolls and different topological attractors can be obtained by varying the initial conditions of this system without changing the system parameters. The Lyapunov exponents, bifurcation diagrams and basins of attraction are given to analyze the dynamical characteristics of the multi-scroll hyperchaotic system. Besides, the field programmable gate array (FPGA) based digital implementation of the memristor-based multi-scroll hyperchaotic system is carried out. The experimental results of the FPGA-based digital circuit are displayed on the oscilloscope.