忆感器文氏电桥振荡器

为了探索新型忆感器的特性,提出了一种新的忆感器模型,该模型考虑了内部变量的影响,更符合未来实际忆感器的性能.建立了其等效电路,分析了其特性.利用该忆感器模型,设计了一种忆感器文氏电桥混沌振荡器,分析了系统的稳定性和动力学行为.研究发现,此系统不仅存在周期、拟周期和混沌等多种状态,还发现了一些重要的动力学现象,如恒Lyapunov指数谱、非线性调幅、共存分岔模式和吸引子共存等复杂非线性现象,说明了这些特殊现象的基本机理和潜在应用.最后进行电路实验验证,验证了该振荡器的混沌特性.     

基于Knowm忆阻器的新型忆感器模型的设计与分析

以往有关忆阻器模型及其应用研究主要集中于忆阻器基本概念构建并分析忆阻器模型及其等效电路模型,而基于市场上商用忆阻器件的研究则很少.本文根据忆感器与忆阻器之间的理论关系,基于全球首款商用忆阻器芯片:Knowm忆阻器,结合第二代电流传输器和跨导运算放大器,构建了一种新型忆感器模型.通过调节输入信号的频率和幅值以及运算跨导放大器的跨导增益,可有效地在电路中实现忆感器忆感值的连续调节.设计了新型忆感器的LTspice电路模型和硬件实验电路,以电路仿真结果和硬件电路实验结果验证了新型忆感器模型的有效性和设计方法的正确性.     

基于模拟电路的新型忆感器等效模型

本文首先利用光敏电阻阻值的可控性, 建立了磁通控制型忆阻器的等效电路模型. 通过对忆感器和忆阻器间转换关系的分析, 采用模拟电子元器件设计了磁通控制型忆感器的实用等效电路模型, 给出了理论分析并结合Pspice软件进行了仿真验证. 忆感器等效电路模型的韦安关系展现出典型的非线性磁滞回线特性. 最后, 运用实验手段研究了正弦波和三角波两种典型电压信号激励下忆感器与RC串联后电路的动态特征, 证明了本文提出忆感器等效电路模型的有效性. 关键词： 忆阻器 忆感器 磁滞回线特性 Pspice     

忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink建模及其特性分析

忆阻器、忆容器和忆感器均是具有记忆特性的新型非线性电路元件,也被称为记忆元件.以三种电路元件的通用数学模型为依据,从数学分析的角度,对忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink模型进行了建立.在Simulink模型中体现了记忆元件对历史状态和系统状态变量的依赖性,正确表现出其独特的记忆特性.通过一系列仿真分析,得到了忆阻器、忆容器和忆感器的元件特性,验证了模型的有效性.此外,通过对三者在不同参数、不同激励下的电路特性分析,得到了三种记忆元件等效模型随频率和幅值变化的规律,为以后忆阻器、忆容器和忆感器基于Simulink的仿真研究和应用研究奠定基础.     

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.     

基于一阶广义忆阻器的文氏桥混沌振荡器研究

通过在文氏桥振荡器中引入广义忆阻器和LC吸收网络,提出了一种忆阻文氏桥混沌振荡器.建立了忆阻文氏桥混沌振荡器的动力学模型,研究了它的平衡点和稳定性,进一步开展了电路元件参数变化时的动力学行为分析.研究发现,忆阻文氏桥混沌振荡器有3个确定的平衡点,其稳定性取决于电路元件参数,当参数发生变化时,存在周期振荡、混沌振荡、快慢效应等复杂的非线性现象.实验电路简单易制作,实验波形和数值仿真一致,较好地验证了理论分析结果.     

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.     

两类纳米级非线性忆阻器模型及串并联研究

忆阻器是一种新型的非线性动态可变电阻器,其阻值的变化依赖于通过它的电荷量或磁通量.作为第四种基本电路元器件,忆阻器在非易失性存储器、非线性电路及系统、神经形态系统等领域中有巨大的应用潜能.忆阻器串并联组合电路具有比单个忆阻器更为丰富的器件特性,引起了研究者越来越多的关注.本文推导了带有窗函数的闭合形式的电荷及磁通量控制的忆阻器非线性模型,能够有效地模拟忆阻器边缘附近的非线性离子迁移现象,同时保证忆阻器的边界条件.进一步,分别从忆阻器的器件参数和激励阈值两个角度,对忆阻器串并联电路进行了全面的理论推导和数值分析.为了更加直观地观察忆阻器串并联特性,设计了一种基于Matlab的忆阻器串并联图形用户界面,能够清晰地展示两种分类方式下忆阻系统的器件特性,可为忆阻器组合电路的后续研究提供良好的理论参考和实验依据.     

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     

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。     

A flux-controlled model of meminductor and its application in chaotic oscillator

A meminductor is a new type of memory device developed from the memristor.We present a mathematical model of a flux-controlled meminductor and its equivalent circuit model for exploring the properties of the meminductor in a nonlinear circuit.We explore the response characteristics of the meminductor under the exciting signals of sinusoidal,square,and triangular waves by using theoretical analysis and experimental tests,and design a meminductor-based oscillator based on the model.Theoretical analysis and experiments show that the meminductor-based oscillator possesses complex bifurcation behaviors and can generate periodic and chaotic oscillations.A special phenomenon called the co-existent oscillation that can generate multiple oscillations(such as chaotic,periodic oscillations as well as stable equilibrium) with the same parameters and different initial conditions occurs.We also design an analog circuit to realize the meminductor-based oscillator,and the circuit experiment results are in accordance with the theory analysis.     

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.     

基于微控制器数字硬件实现的网格涡卷超混沌系统

基于微控制器(MCU)设计了一个通用的四维混沌系统数字硬件实验电路,由此实现了9×7网格涡卷的混沌和超混沌吸引子的生成.本文基于由Colpitts振荡器模型延伸出的四维多涡卷超混沌系统,通过引入单位锯齿波函数替换原系统中的三角波函数,构建了一个便于MCU数字硬件实现的新的网格涡卷超混沌系统,并对新系统网格涡卷吸引子的形成机理进行了分析和数值仿真.通过采用Euler算法对新系统进行离散化,在实验电路的有效动态范围内可以生成比原系统更多网格涡卷数量的吸引子.实验结果有效验证了本文基于MCU实现的网格涡卷超混沌系统的可行性.     

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.     

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.     

基于金属氧化物半导体晶体管Colpitts混沌振荡电路及其同步研究

用金属氧化物半导体(MOS)晶体管模型取代传统Colpitts混沌振荡电路中的三极管模型, 提出了一种基于MOS管的Colpitts混沌振荡电路. 通过合适的归一化方法, 得到了与基于三极管电路类似的状态模型. 平衡点的指标说明两种结构产生混沌的机理并不相同. 然后, 通过参数反演, 得到了详细的电路参数, 并用Pspice软件仿真得到了混沌吸引子和混沌信号的频谱图, 说明了此结构可在低电压下工作并且能产生高频率的混沌信号. 最后, 用误差反馈的方法实现了这种结构的同步. 关键词： Colpitts混沌 金属氧化物半导体晶体管 低电压 误差反馈同步     

基于指数加权-核在线序列极限学习机的混沌系统动态重构研究

利用指数加权在线核序列极限学习机(exponential weighted online sequential extreme learning machine with kernel, EW-KOSELM)辨识算法,开展了针对混沌动力学系统的动态重构研究. EW-KOSELM算法将核递归最小二乘(kernel recursive least squares, KRLS)算法直接延伸至在线ELM (extreme learning machine)框架中,通过引入遗忘因子削弱了旧数据的影响,并基于"固定预算(fixed-budget, FB)"内存技术,应对在线核学习算法所固有的规模不断增长的计算困难.将所提辨识算法应用于Duffing-Ueda振子的混沌动力学系统数值仿真实例中,对基于FB-EW-KOSELM的辨识模型与原系统的动态性能进行了定性与定量的分析校验,定性校验准则是基于对比辨识模型与原系统吸引子(轨迹嵌入)、庞加莱映射、分岔图、极限环完成的,定量校验准则包括对比辨识模型与原系统的李雅普诺夫指数与关联维.进一步将其分别应用于来自测量蔡氏电路产生双涡卷吸引子与螺旋吸引子的实测数据实验及某一实际混沌电路所产生的时间序列中,对于具有低信噪比的实测电压或电流数据还需进行了小波降噪预处理.通过分析辨识模型重构吸引子,实验结果表明,FB-EW-KOSELM算法具有良好的动态重构性能,能精确地再生出展示混沌动态行为的过程非线性模型,且具有与原混沌系统非常接近的动态不变性指标.     

Mapping equivalent approach to analysis and realization of memristor-based dynamical circuit

A novel mapping equivalent approach is proposed in this paper, which can be used for analyzing and realizing a memristor-based dynamical circuit equivalently by a nonlinear dynamical circuit with the same topologies and circuit parameters. A memristor-based chaotic circuit and the corresponding Chua’s chaotic circuit with two output differentiators are taken as examples to illustrate this approach. Equivalent dynamical analysis and realization of the memristor-based chaotic circuit are performed by using Chua’s chaotic circuit. The results indicate that the outputs of memristor-based chaotic circuit and the corresponding outputs of Chua’s chaotic circuit have identical dynamics. The proposed approach verified by numerical simulations and experimental observations is useful in designing and analyzing memristor-based dynamical circuits.