N型局部有源忆阻器的神经形态行为

局部有源忆阻器(locally-active memristor,LAM)凭借其高集成度、低功耗和局部有源特性等优点,在神经形态计算领域显示出巨大的潜力.本文提出了一种简单的N型LAM数学模型,通过揭示其非线性动力特性,设计了N型LAM神经元电路.采用Hopf分岔、数值分析等方法定量研究了该电路的动力学行为,成功模拟了多种神经形态行为,包括全或无行为、尖峰、簇发、周期振荡等.并利用该神经元电路结构模拟了生物触觉神经元的频率特性.仿真结果表明:当输入信号幅值低于阈值时,神经元电路输出信号的振荡频率与输入信号强度呈正相关(即兴奋状态),并在阈值处达到最大值.随后,继续增大激励强度,振荡频率则逐渐降低(即保护性抑制状态).最后,设计了N型LAM硬件仿真器,并完成了人工神经元电路的硬件实现,实验结果与仿真结果、理论分析相一致,验证了该N型LAM具备的神经形态行为.     

20 keV质子在聚碳酸酯微孔膜中传输的动态演化过程

测量了20 ke V质子穿过倾斜角为+1?的聚碳酸酯微孔膜后,出射粒子的位置分布、相对穿透率以及电荷纯度随时间的演化.实验发现,能量电荷比E/q≈10~1k V的质子穿过绝缘纳米微孔的物理机理与E/q≈10~0k V和E/q≈10~2k V区域离子有显著不同.对于E/q≈10~1k V的质子穿过绝缘纳米微孔,存在一段相当长的导向建立之前(导向前)的过程,在该时期内出射质子及氢原子的特性和导向建立后的特性有很大差异.在导向前的演化过程中,我们可以观察到出射质子的峰位逐渐向孔轴向附近转移;出射氢原子由束流方向的尖峰以及孔轴向的主峰构成,峰位角保持基本不变且尖峰逐渐消失.这一过程的主要机理为微孔内表面以下的多次随机二体碰撞和近表面镜面反射两种传输方式逐步向电荷斑约束下的"导向效应"过渡的过程.对E/q≈10~1k V区间离子"导向前过程"的完整观测,使得对低能向中能过渡区间离子穿过绝缘微孔膜物理机制和图像有更深入和完整的认识,有助于约10 ke V离子微束的精确控制和应用.     

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.     

Memcapacitor model and its application in a chaotic oscillator

A memcapacitor is a new type of memory capacitor. Before the advent of practical memcapacitor, the prospective studies on its models and potential applications are of importance. For this purpose, we establish a mathematical memcapacitor model and a corresponding circuit model. As a potential application, based on the model, a memcapacitor oscillator is designed, with its basic dynamic characteristics analyzed theoretically and experimentally. Some circuit variables such as charge, flux, and integral of charge, which are difficult to measure, are observed and measured via simulations and experiments. Analysis results show that besides the typical period-doubling bifurcations and period-3 windows, sustained chaos with constant Lyapunov exponents occurs. Moreover, this oscillator also exhibits abrupt chaos and some novel bifurcations.In addition, based on the digital signal processing(DSP) technology, a scheme of digitally realizing this memcapacitor oscillator is provided. Then the statistical properties of the chaotic sequences generated from the oscillator are tested by using the test suit of the National Institute of Standards and Technology(NIST). The tested randomness definitely reaches the standards of NIST, and is better than that of the well-known Lorenz system.     

一种忆感器模型及其振荡器的动力学特性研究

忆感器是在忆阻器基础上定义的一种新型记忆电路元件. 在实际忆感器尚未实现的情况下, 为探索忆感器及其在非线性电路中的特性, 提出了一种忆感器数学模型和电路模型. 基于该模型设计了一个非线性振荡电路, 采用理论分析、仿真分析和实验验证的方法研究了忆感器模型的特性及其在电路中的动力学规律. 分岔分析表明, 在适当的参数下忆感器会使电路产生周期和混沌振荡. 设计了实现忆感器模型及其振荡器的模拟电路, 实验验证了忆感器模型和振荡器的特性, 实验结果与理论分析完全一致.     

Design and FPGA Implementation of a new hyperchaotic system

In this paper, a new four-dimensional autonomous hyperchaotic system is designed for generating complex chaotic signals. In the design, its parameters are selected according to the requirements for chaos and hyperchaos. The hyperchaotic nature is verified theoretically by using the bifurcation analysis and demonstrated experimentally by the implementation of an analogue electronic circuit. Moreover, the Field Programmable Gate Array （FPGA） technology is applied to implementing a continuous system in a digital form by using a chip of Altera Cyclone II EP2C35F484C8. The digital sequence generated from the FPGA device is observed in our experimental setup.     

一个超混沌Lorenz吸引子及其电路实现

通过在三阶Lorenz系统中引入一个外加的状态变量构造了一个新的超混沌系统.对系统的一些基本特性，如耗散性、平衡点、稳定性、Hopf分叉进行了详细分析，且观察到了从周期到混沌、超混沌的演化.系统超混沌的存在性通过Lyapunov指数谱得到了验证.还设计了一个模拟电子电路，从电路实验中观察到了各种超混沌吸引子. 关键词： Lorenz系统 超混沌吸引子 电路实现