一种具有恒Lyapunov指数谱的混沌系统及其电路仿真

提出了一种新的具有恒Lyapunov指数谱的三维混沌系统,该系统含有六个参数,其中一个方程含有一个非线性乘积项,一个方程含有平方项.通过理论推导、数值仿真、Lyapunov维数、Poincare截面图、Lyapunov指数谱和分岔图研究了系统的动力学特性,并分析了不同参数变化对系统动力学行为的影响,其中,平方项系统参数变化时,系统的Lyapunov指数谱保持恒定,输出信号中的两维信号的幅值与参数呈幂函数关系变化,其指数为－1/2,第三维信号的幅值保持在同样的数值区间.最后,设计了该混沌系统的硬件电路并运用Multisim软件对该电路进行仿真实验,证实了该混沌系统的可实现性. 关键词： 混沌系统 恒Lyapunov指数谱 Poincare截面图 混沌电路     

双耳幅值差确定声源方向的神经信息处理机理研究

神经信息系统实质上是定量系统, 应引起足够重视. 关于神经系统的定量研究方面的报道比较少见. 这一问题将会影响进一步的研究, 如双耳声音定向. 双耳定向是定量测量, 用定性分析的方法无法满足要求. 已有的生理实验发现声音输入信号强度与听觉神经的输出频率存在单调递增关系, 所以本文中声音强度的变化被简化成神经脉冲频率的变化. 本文基于圆映射和符号动力学原理, 建立了神经回路定量模型, 模型中对同侧输入回路采用兴奋性耦合, 对侧输入回路采用抑制性耦合, 并考虑神经元间突触连接的量子释放特征, 采用化学耦合模型实现连接, 用耦合系数表示神经元间的耦合程度. 采用Hodgkin-Huxley模型仿真研究听觉神经回路的输入/输出脉冲序列关系. 在已经仿真过的参数范围, 模型在输入信号变化与输出脉冲频率变化间存在单调递增/递减的关系. 对于单输入单输出的神经元, 采用符号动力学方法进行符号化; 对于多输入单输出的神经元, 采用分析各输出脉冲的产生时间, 判断其变化位置, 从神经脉冲序列中得到对应的两耳声音幅值差变化, 以此定位声源. 随着输出脉冲数的增加, 符号序列的长度增加, 符号序列对输入信号变化敏感, 能够得到较高的测量精度. 仿真结果表明这个模型是定量的, 神经脉冲序列能够区分信号的大小.     

电路参数宽范围变化时电流控制开关变换器的动力学研究

以电流控制Buck—Boost变换器为例,通过对输入电压和负载电阻等电路参数宽范围变化时开关变换器的开关状态的完整描述,导出了电流控制开关变换器的两个电感电流边界,建立了它的精确离散时间模型,并利用分段线性模型验证了离散时间模型的正确性．基于离散时间模型,揭示了开关变换器存在周期分岔、边界碰撞分岔、鲁棒混沌和阵发混沌等复杂动力学行为;通过推演Jacobi矩阵,给出了电路参数变化时最大Lyapunov指数和特征值的运动轨迹;并采用参数空间映射图,由电路参数域对开关变换器的工作状态域进行了估计．最后进行了电路实验制作,实验观察结果与理论分析结果～致．本文系统研究了开关变换器的动力学理论,其分析方法和研究结果对开关变换器的设计及控制都具有重要的指导意义．     

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.     

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.     

放电泵浦ArF准分子激光动力学模拟与参数分析

利用一维流体模型研究了放电泵浦ArF准分子激光动力学过程,得到气体放电过程中放电电路的电流电压波形,得到了电子密度、光子密度、电场的时空分布特性,分析了放电参数对激光输出的影响。结果表明,电路参数、工作气压、氟气比例均对激光输出有显著影响,放电电路中的电感值对输出影响较小,参数范围较广,而电路中较小的峰化电容值有利于获得长脉冲输出,气压太大或太小都会使输出能量降低,同样,氟气比例太大或太小也会使输出能量降低。     

具有自适应反馈突触的神经元模型中的混沌:电路设计

近期文献中报道了在具有自适应反馈突触的神经元模型中,随着参数的变化,存在从两个共存吸引子到一个相连吸引子再到两个共存吸引子的混沌转化现象.本文对此模型进行了电路设计,同时对具有非单调激活函数功能的电路设计进行了细致的研究,并利用Electronic Workbench (EWB)软件对所设计的电路进行了仿真实验,研究了电路中的混沌现象,验证了所设计电路的动力学行为与通过数值模拟结果十分相似. 关键词： 自适应反馈突触 神经元模型 混沌 电路设计     

复杂超混沌Lü系统的电路实验

利用对Lü系统实施反混沌控制的方法,构建了一类关联且有多种切换方式的四维超混沌Lü系统.依据系统的分岔图确定了各个子系统都处于超混沌状态时,系统参数的取值范围.分析了超混沌Lü系统平衡点的性质、超混沌吸引子的相图和Lyapunov指数等特性,设计并实现了这类可切换超混沌Lü系统的硬件电路,利用系统选择器,同一电路可以实现多个关联子系统的功能.电路实验表明,可切换的复杂超混沌Lü系统具有丰富的动力学行为. 关键词： 超混沌Lü系统 切换 分岔图 电路实验     

脉冲快放电激励S2激光器电源的研究

 选择Blumlein电路作为放电电源的主电路，建立了Blumlein电路的离散化等效模型，利用该模型对电路进行仿真研究与优化设计，选取一组电路元件参数作为装调放电电路的依据，设计并制作了传输线电容与储能电容器，大大减小了电路寄生参数，提高了电路性能。实验结果表明，该放电电源的输出电压上升沿达到5.08 ns的设计指标，且工作稳定，对激光器的正常工作起了重要的作用。     

单参数Lorenz混沌系统的电路设计与实现

为了研究混沌系统的性质及其应用,采用分立元件设计并实现了单参数Lorenz混沌系统,系统参数与电路元件参数一一对应.通过调节电路中的可变电阻,观察到了该单参数系统的极限环、叉式分岔、倍周期分岔和混沌等动力学现象,以及该系统由倍周期分岔进入混沌的过程.研究了分数阶单参数Lorenz系统存在混沌的必要条件,找出了分数阶单参数Lorenz系统出现混沌的最低阶数以及最低阶数随系统参数变化的一般规律.电路仿真与电路实现研究表明,单参数Lorenz系统具有物理可实现性、丰富的动力学特性以及理论分析与实验结果的一致性.     

基于符号序列描述的一类分段光滑系统中分岔现象与混沌分析

从拓扑序列出发，提出了描述DC/DC变换器一类分段光滑系统中的分岔现象和混沌行为的符号序列方法，根据最大子序列的性态判别分岔的类型，以及检测边界碰撞分岔的发生.例如,当发生倍周期分岔时，最大子序列保持不变；当发生边界碰撞分岔时，最大子序列发生变化；混沌态则没有最大子序列.研究表明，占空比是表征DC/DC变换器一类分段光滑系统动力学行为的一个最本质的量，“饱和非线性”是引起边界碰撞分岔产生的根本原因. 关键词： 符号序列 分岔 混沌 分段光滑系统     

Inducing chaos by resonant perturbations: theory and experiment

We propose a scheme to induce chaos in nonlinear oscillators that either are by themselves incapable of exhibiting chaos or are far away from parameter regions of chaotic behaviors. Our idea is to make use of small, judiciously chosen perturbations in the form of weak periodic signals with time-varying frequency and phase, and to drive the system into a hierarchy of nonlinear resonant states and eventually into chaos. We demonstrate this method by using numerical examples and a laboratory experiment with a Duffing type of electronic circuit driven by a phase-locked loop. The phase-locked loop can track the instantaneous frequency and phase of the Duffing circuit and deliver resonant perturbations to generate robust chaos.     

含有单相铁芯变压器的铁磁混沌电路的分析及控制

对一个含有单相铁芯变压器的三阶非自治铁磁混沌电路进行了理论研究和计算机仿真分析.研究表明,仅含由磁通链控制的非线性电感器件的三阶非自治电路可以作为一个四阶自治改进系统来分析.数值仿真和电路实验证实了此系统确实存在混沌动力学行为.同时,还提出了一种通过改变线性电容参数控制混沌的方法.     

OBSERVATIONS OF HOMOCLINIC CHAOS THROUGH ALTERNATING PERIODIC-CHAOTIC SEQUENCES IN A NONLINEAR CIRCUIT

Homoclinic chaos in the alternating periodic-chaotic sequences is observed in a nonlinear circuit with sinusoidal driving force. In particular, a complete Alternating Periodic-Chaotic sequence is recorded with a high-resolution up to P⁽⁸⁾ state. The experimental results, analyzed by constructing the time of flight and the next maximal amplitude return maps, are in good agreement with the scenario described by Shilnikov. The underlying dynamics of homoclinic chaos is determined from the next amplitude return map, to be that of a unimodal map and thus a strong dissipation case.     

Instantaneous frequency measurement using two parallel I/Q modulators based on optical power monitoring

A scheme for instantaneous frequency measurement(IFM)using two parallel I/Q modulators based on optical power monitoring is proposed.The amplitude comparison function(ACF)can be constructed to establish the relationship between the frequency of radio frequency(RF)signal and the power ratio of two optical signals output by two I/Q modulators.The frequency of RF signal can be derived by measuring the optical power of the optical signals output by two I/Q modulators.The measurement range and measurement error can be adjusted by controlling the delay amount of the electrical delay line.The feasibility of the scheme is verified,and the corresponding measurement range and measurement error of the system under different delay amounts of the electrical delay line are given.Compared with previous IFM schemes,the structure of this scheme is simple.Polarization devices,a photodetector and an electrical power meter are not used,which reduces the impact of the environmental disturbance on the system and the cost of the system.In simulation,the measurement range can reach 0 GHz-24.5 GHz by adjusting the delay amount of the electrical delay lineτ=20 ps.The measurement error of the scheme is better at low frequency,and the measurement error of low frequency 0 GHz-9.6 GHz can reach-0.1 GHz to+0.05 GHz.     

A Hilbert-Vlasov code for the study of high-frequency plasmabeatwave accelerator

High-frequency beatwave simulations relevant to the University of California at Los Angeles (UCLA) experiment with relativistic eulerian hybrid Vlasov code are presented. These Hilbert-Masov simulations revealed a rich variety of phenomena associated with the fast particle dynamics induced by beatwave experiment for a high ratio of driver frequency to plasma frequency ω_pump/ω_plasma ≈33. The present model allows us to extend detailed modeling to frequency ratios greater than the current practical maximum of 10 or so, for Vlasov or particle-in-cell (PIC) codes, by replacing the Maxwell equations by mode equations for the electromagnetic Vlasov code. Numerical results, including beat frequency chirping (i.e., pump frequency linearly decreasing with time), show that the amplitude limit due to relativistic detuning can be enhanced with accelerated particles up to the ultrarelativistic energies with a high-acceleration gradient of more than 25 GeV/m     

非线性恢复力耦合的振动系统广义同步与参数识别

对于一类非线性恢复力无法精确解析表达的简谐激励振动系统,建立了由原系统非线性恢复力激振的派生系统.证明了派生系统与原系统可以达到广义同步.派生系统可以自动与激励力频率、大小变化的原非线性振动系统保持广义同步.证明了由派生系统的广义同步,可以识别出原系统的阻尼系数、激振力幅值与频率.由Duffing系统的仿真计算结果可以看出,这种方法是有效的,而且识别精度较高. 关键词： 非线性恢复力 广义同步 混沌     

基于异步光取样的频率空间压缩法瞬时测频方法

瞬时测频技术是一项重要的电子技术。首次提出了一种基于异步光取样的频率空间压缩法瞬时测频方法。测量带宽可以从直流到40GHz,实验结果表明,响应曲线基本保持平坦响应,测频精度超过0.5MHz,可同时测量多个载波信号频率,在0.2μs或者更短时间内就可以完成一次测频。数值模拟表明,抗噪声性能可达-13dB以上,可以提取掩藏在100倍功率人为干扰中的有用信号频率。     

A horseshoe for the doubling operator: Topological dynamics for metric universality

The doubling operator, properly defined on the space of smooth maps on the interval at the boundary of chaos, yields a dynamical system in this function space. Even if one restricts oneself to the space of real analytic maps, there is evidence that the dynamics of the doubling operator contains a horseshoe whose symbolic dynamics is described by the one-sided shift on two symbols. We indicate also how some of the global aspects of this dynamics could be recognized in a physical experiment on the transition to chaos.     

基于扩展型Duffing振子的局部放电信号检测方法研究

目前, 小波阈值去噪法、数字滤波法、傅里叶频域变换法等常用的微弱信号检测方法所能达到的最低检测信噪比为-10 dB, 而双向环形耦合Duffing振子能达到的最低检测信噪比为-20 dB. 但是, 现场检测时常常会出现更低信噪比的放电脉冲信号, 因此现有检测方法就很难满足信号检测的实际需求. 为了有效解决该难题, 研究了一种扩展型Duffing振子的微弱脉冲信号检测的新方法. 该方法的主要思想是使用广义时间尺度变换, 将Duffing振子模型变换为扩展型Duffing振子模型, 有效扩展了微弱信号的频率检测范围. 仿真结果表明, 扩展型Duffing振子不仅具有良好的噪声免疫特性, 而且能有效检测到信噪比低至-40 dB的局部放电微弱脉冲信号, 进一步扩展了现有Duffing振子微弱信号检测方法的检测范围和应用领域.