一种最简的并行忆阻器混沌系统

在提出的一种压控忆阻器的基础上, 构造了最简的并联忆阻器混沌系统, 分析其动力学特性, 得到了该系统的Lyapunov指数和Lyapunov维数, 给出了时域波形、相图、Lyapunov指数谱、分岔图、Poincaré映射等. 利用EWB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, 忆阻器的i-v特性在参数的变化时, 并不保持斜“8”字形, 会变为带尾巴的扇形. 该混沌系统与磁控忆阻器混沌系统不同, 系统只有一个平衡点, 初始条件在系统能振荡的情况下不影响系统状态. 电路实验仿真结果和数值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： 忆阻器 混沌电路 并联 动力学行为     

Dynamical characteristics of an HP memristor based on an equivalent circuit model in a chaotic oscillator

To develop real world memristor application circuits,an equivalent circuit model which imitates memductance(memory conductance) of the HP memristor is presented.The equivalent circuit can be used for breadboard experiments for various application circuit designs of memristor.Based on memductance of the realistic HP memristor and Chua's circuit a new chaotic oscillator is designed.Some basic dynamical behaviors of the oscillator,including equilibrium set,Lyapunov exponent spectrum,and bifurcations with various circuit parameters are investigated theoretically and numerically.To confirm the correction of the proposed oscillator an analog circuit is designed using the proposed equivalent circuit model of an HP memristor,and the circuit simulations and the experimental results are given.     

基于串并联磁控忆阻器的耦合行为研究

忆阻器是纳米级器件, 其功耗低, 集成度高, 有着巨大的应用潜能. 单个器件具有丰富的电学性质, 其串并联电路更展现了丰富的动力学行为. 然而, 忆阻器在高密度集成的环境下, 其耦合效应不可忽视. 因此, 本文首先基于磁控忆阻器推导了耦合忆阻器的数学模型. 其次, 在考虑不同极性连接和耦合强度的前提下, 讨论两个磁控忆阻器串并联的耦合情况, 进行了详细的理论分析, 并通过数值仿真探索了耦合效应对忆阻系统的影响. 同时, 设计了基于Matlab的图形用户界面, 直观地展示了不同参数下的耦合特性曲线. 进一步, 本文展示了有无耦合情况下, 初始阻值对忆阻器正常工作范围的影响. 最后, 构建耦合忆阻器的Pspice仿真器, 从电路的角度再次验证了忆阻器间的耦合效应. 实验结果表明: 同极性耦合增强了阻值的改变, 相反极性的耦合减缓了阻值的改变. 这些动力学特性可以很好地应用于忆阻网络中, 也为全面考虑忆阻系统电路的设计提供了强大的理论基础.     

忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络动力学分析及其电路实现

提出一种新型忆阻器模型, 利用标准非线性理论分析三个忆阻特性, 并设计模拟电路。基于忆阻突触, 构建一个忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络模型。采用分岔图、李雅普诺夫指数谱、时序图等方法, 揭示与忆阻突触密切相关的特殊动力学行为。数值仿真表明: 在忆阻突触权重的影响下, 它能够产生多种对称簇发放电模式和复杂的混沌行为。实现了该忆阻环形神经网络的模拟等效电路, 并由PSIM电路仿真验证MATLAB数值仿真的正确性。     

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.     

基于电流反馈运算放大器的忆阻混沌电路设计与仿真

将电流反馈运算放大器和四种基本电路元件电容、电感、电阻、忆阻器巧妙结合,设计出一种新型忆阻混沌电路.分析系统的基本动力学行为,如耗散性、平衡点稳定性、相图、Lyapunov指数和参数影响等.数值仿真结果表明,该电路可产生一类特殊的混沌吸引子,且随系统参数的演变可产生丰富复杂的混沌特性.为了验证系统的正确性,设计了实现该系统的仿真电路,Pspice仿真结果验证了理论分析的正确性.     

忆阻混沌电路的分析与实现

具有记忆功能的忆阻器是除电阻器、电容器和电感器之外的第四种基本二端电路元件. 提出了由φ-q平面上的一条三次单调上升的非线性曲线来确定的光滑磁控忆阻器,它有着斜"8"字形的类紧磁滞回线的伏安特性曲线. 采用此忆阻器和负电导构成的有源忆阻器替换蔡氏混沌电路中的蔡氏二极管,导出了一个基于忆阻器的混沌振荡电路. 此外,利用常规的运算放大器和乘法器等元器件给出了有源忆阻器的等效电路实现形式. 理论分析、数值仿真和电路仿真结果一致,均表明忆阻混沌电路的动力学行为依赖于忆阻器的初始状态,在不同初始状态下存在混沌振荡、周期振荡或稳定的汇等不同的运行轨道. 关键词： 忆阻器 混沌电路 初始状态 等效电路     

纳米级尺寸参数对钛氧化物忆阻器的特性影响

随着忆阻器研究的不断深入, 忆阻器的研究已经进入微观阶段, 包括忆阻器内部结构的探究、内部粒子间的运动规律、各参数对忆阻器特性的影响等. 然而, 这些成果中没有关于尺寸参数对忆阻器特性影响的研究, 而尺寸参数是忆阻器成功制备的关键因素之一, 这大大限制了忆阻器的发展和实际应用. 本文从欧姆电阻定律入手, 从理论角度详细分析了尺寸参数对惠普忆阻器以及自旋忆阻器的性能影响. 在此基础上进行了一系列电路仿真实验, 得到不同尺寸参数下忆阻器的相关特性曲线. 文中各选取其中最具代表性的四组实验结果进行展示, 对这些结果进行了详细分析, 得到了惠普忆阻器工作的最佳尺寸范围在8-12 nm之间以及自旋忆阻器工作的最佳尺寸范围在500-600 nm 之间的结论. 实验结果不仅可为实际运用提供有力的支持, 同时也将为进一步研制钛氧化物忆阻器器件和相关理论工作提供重要的实验基础和理论依据.     

含磁控和荷控两种忆阻器的混沌电路设计与仿真

利用惠普实验室荷控和磁控两种忆阻器模型设计了一个五阶混沌电路. 数值仿真结果表明该电路在参数变化情况下能产生Hopf分岔和反倍周期分岔两种分岔行为,并能产生双涡卷、单涡卷、周期态等不同相轨道. 为了验证电路的混沌行为,利用基本元器件设计了惠普实验室荷控和磁控忆阻器模拟器,并将其应用到对所设计电路中进行Pspice仿真,电路仿真结果验证了理论分析的正确性. 关键词： 混沌电路 HP忆阻器 模拟器 Pspice仿真     

Chaotic memristive circuit: equivalent circuit realization and dynamical analysis

In this paper, a practical equivalent circuit of an active flux-controlled memristor characterized by smooth piecewise-quadratic nonlinearity is designed and an experimental chaotic memristive circuit is implemented. The chaotic memristive circuit has an equilibrium set and its stability is dependent on the initial state of the memristor. The initial state-dependent and the circuit parameter-dependent dynamics of the chaotic memristive circuit are investigated via phase portraits, bifurcation diagrams and Lyapunov exponents. Both experimental and simulation results validate the proposed equivalent circuit realization of the active flux-controlled memristor.     

基于有源广义忆阻的无感混沌电路研究

采用常见元器件等效实现一个广义忆阻器, 进而制作出一个电路特性可靠的非线性电路, 有助于忆阻混沌电路的非线性现象的实验展示及其所产生的混沌信号的实际工程应用. 基于忆阻二极管桥电路, 构建了一种无接地限制的、易物理实现的一阶有源广义忆阻模拟器; 由该模拟器并联电容后与RC桥式振荡器线性耦合, 实现了一种无电感元件的忆阻混沌电路; 建立了无感忆阻混沌电路的动力学模型, 开展了相应的耗散性、平衡点、稳定性和动力学行为等分析. 结果表明, 无感忆阻混沌电路在相空间中存在分布2个不稳定非零鞍焦的耗散区和包含1个不稳定原点鞍点的非耗散区; 当元件参数改变时, 无感忆阻混沌电路有着共存分岔模式和共存吸引子等非线性行为. 研制了实验电路, 该电路结构简单、易实际制作, 实验测量和数值仿真两者结果一致, 验证了理论分析的有效性.     

基于Chua电路的四维超混沌忆阻电路

近年来,忆阻混沌电路受到国内外学者的广泛关注,然而目前四维忆阻系统往往只存在普通混沌(仅有一个正Lyapunov指数),本文通过用忆阻替换Chua电路中电阻的新途径,得出一个简单的四维忆阻电路,与仅含有限个孤立不稳定平衡点的大多已知系统不同,本系统存在无穷多个稳定和不稳定平衡点,研究发现该系统存在着极限环、混沌、超混沌等丰富的复杂行为,通过进一步数值分析和电路仿真实验,证实了超混沌吸引子的存在,从而解决了关于四维忆阻电路是否存在超混沌的疑问。     

Suppression of ferroresonance using passive memristor emulator

Power system inherently consists of capacitance and inductance in its components. Equipment with saturable inductance and circuit capacitance provides circumstances of generating ferroresonance, resulting in overvoltage and overcurrent in the connected system. The effects of ferroresonance result in insulation failure and hence damage to the equipment is unavoidable. Though many devices are proposed for mitigating such circumstances, a promising technology of using memristors may provide better performance than others in the future. A memristor emulator using the N-channel JFET J310 is used in this work. Unlike other electronic components that replicate memristor properties, the chosen memristor emulator is a passive device since it does not need any external power supply. Simulation and experimental results verify the design of a memristor emulator and the characteristics of an ideal memristor. Experimental results prove that the memristor emulator can suppress the fundamental ferroresonance induced in a prototype single phase transformer. The results of the harmonic analysis also validate the memristor performance against the conventional technique.     

荷控忆阻器等效电路分析模型及其电路特性研究

忆阻器是物理上新实现的具有记忆特性的基本二端电路元件. 根据φ-q关系式的泰勒级数形式构建了荷控忆阻器等效电路分析模型, 以三次非线性荷控忆阻器模型为例, 对不同参数条件下的荷控忆阻器进行了伏安关系、有无源性等电路特性的理论分析. 结果表明: 荷控忆阻器的伏安关系具有斜体“8”字形紧磁滞回线特性, 随其参数符号的不同, 荷控忆阻器呈现出无源性和有源性, 导致其电路特性发生相应的变化; 相比无源荷控忆阻器, 有源荷控忆阻器更适用于作为二次谐波信号产生电路使用. 制作了荷控忆阻器特性分析等效电路的实验电路, 实验测量结果很好地验证了理论分析结果. 关键词： 荷控忆阻器 等效电路 伏安关系 电路特性     

最简荷控型忆阻器混沌电路的设计及实现

利用惠普荷控型忆阻器、电感、电容和负电导串联设计了一类单回路忆阻器混沌电路.采用常规的动力学分析目的 研究系统的基本动力学特性,如平衡点稳定性分析、李雅普诺夫指数谱和分岔图等.数值仿真表明该系统在一个平衡点的情况下产生一类特殊的单涡卷混沌吸引子,且随系统参数的改变产生丰富复杂的混沌行为.为验证电路的正确性,利用Pspice进行相应电路仿真,仿真结果与理论分析、数值计算基本一致.     

Implementation of a new memristor-based multiscroll hyperchaotic system

In this paper, a new type of flux-controlled memristor model with fifth-order flux polynomials is presented. An equivalent circuit which realizes the action of higher-order flux-controlled memristor is also proposed. We use the memristor model to establish a memristor-based four-dimensional (4D) chaotic system, which can generate three-scroll chaotic attractor. By adjusting the system parameters, the proposed chaotic system performs hyperchaos. Phase portraits, Lyapunov exponents, bifurcation diagram, equilibrium points and stability analysis have been used to research the basic dynamics of this chaotic system. The consistency of circuit implementation and numerical simulation verifies the effectiveness of the system design.     

基于忆阻器的多涡卷混沌系统及其脉冲同步控制

忆阻器是一种具有记忆功能和纳米级尺寸的非线性元件,作为混沌系统的非线性部分,能够提高混沌系统的信号随机性和复杂度.本文基于增广Lü系统设计了一个三维忆阻混沌系统.仅仅通过改变系统的一个参数,该系统能产生单涡巻、双涡卷和四涡巻的混沌吸引子,说明该系统具有丰富的混沌特性.首先对该忆阻混沌系统的基本动力学行为进行了理论分析和数值仿真,如平衡点稳定性、对称性,Lyapunov指数和维数,分岔图和Poincare截面等.同时,建立了模拟该忆阻混沌系统的SPICE(simulation program with integrated circuit emphasis)电路,给出了不同参数下的电路实验相图,其仿真结果与数值分析相符,从而验证了该忆阻混沌系统的混沌产生能力.由于脉冲同步只在离散时刻传递信息,能量消耗小,同步速度快,易于实现单信道传输,因而在混沌保密通信中更具有实用性.因此,本文从最大Lyapunov指数的角度实现了该忆阻混沌系统的脉冲混沌同步,数值仿真证实了忆阻混沌系统的存在性以及脉冲同步控制的可行性,为进一步研究该忆阻混沌系统在语音保密通信和信息处理中的应用提供了实验基础.     

The voltage-current relationship and equivalent circuit implementation of parallel flux-controlled memristive circuits

A flux-controlled memristor characterized by smooth cubic nonlinearity is taken as an example, upon which the voltage-current relationships （VCRs） between two parallel memristive circuits - a parallel memristor and capacitor circuit （the parallel MC circuit）, and a parallel memristor and inductor circuit （the parallel ML circuit） - are investigated. The results indicate that the VCR between these two parallel memristive circuits is closely related to the circuit parameters, and the frequency and amplitude of the sinusoidal voltage stimulus. An equivalent circuit model of the memristor is built, upon which the circuit simulations and exper/mental measurements of both the parallel MC circuit and the parallel ML circuit are performed, and the results verify the theoretical analysis results.     

Initial State Dependent Dynamical Behaviors in a Memristor Based Chaotic Circuit

Unlike conventional chaotic systems, a memristor based chaotic circuit has an equilibrium set, whose stability is dependent on the initial state of the memristor. The initial state dependent dynamical behaviors of the memristor based chaotic circuit are investigated both theoretically and numerically.     

Infinitely many coexisting attractors of a dual memristive Shinriki oscillator and its FPGA digital implementation

In this paper, a novel chaotic oscillator is proposed, which is derived from the classical Shinriki oscillator by substituting the series-parallel diode loop with a flux-controlled memristor and connecting an active charge-controlled memristor in series with an inductor. The mathematical model of the circuit is established, and the stability distribution maps of three non-zero eigenvalues in the equilibrium plane are obtained. The basic dynamical behaviors depending on the variation of the circuit parameters and memristor initial conditions are investigated by standard nonlinear analysis tools, such as bifurcation diagrams, Lyapunov exponents and phase portraits. Particularly, some striking phenomena, including the routes to double-scroll chaotic attractors, coexisting periodic-chaotic bubbles and asymmetric coexisting behaviors are observed. Furthermore, extreme multistability of the new oscillator is revealed by attraction basins under the initial condition of different dynamic elements. Finally, the Shinriki oscillator with two memristors is realized through Field-Programmable Gate Array (i.e., FPGA) to verify the effectiveness of the numerical simulations.