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.     

基于忆阻器反馈的Lorenz超混沌系统及其电路实现

采用二次型磁控忆阻器作为系统的正反馈项,设计了一个超混沌电路,建立了该系统的无量纲数学模型,探讨了忆阻器混沌系统与原混沌系统的不同之处.分析了系统的平衡点集和稳定性,发现系统继承了原系统的对称性,确定了系统参数所对应的稳定和不稳定区域分布,得到了系统的稳定和不稳定平衡点集.采用分岔图、Lyapunov指数谱、Poincaré截面等分析方法,研究了系统的动力学行为随系统参数和忆阻器初始状态而变化的情况,观察到了混沌系统随忆阻器初值不同引起的吸引子共存和状态转移现象,结合相图与谱熵算法分析了状态转移现象.设计并实现了该系统的模拟电子电路,实验结果表明,电路实验结果与数值仿真结果相吻合,为忆阻器混沌电路的实际应用奠定了基础.     

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     

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。     

参数不确定时延超混沌系统的脉冲同步方法研究

针对一类参数不确定的异构时延超混沌系统,采用响应系统与驱动系统状态变量误差的线性反馈作为脉冲控制信号,基于Lyapunov稳定性理论实现了超混沌系统的脉冲同步,给出了渐近稳定条件,并构造了一个具有时延的数字保密通信系统.该方案保密性高,鲁棒性强.数值仿真表明系统能快速达到同步,应用混沌密码序列对数字信号进行加密后,信息信号可以在接收端有效地恢复出来. 关键词： 时延 脉冲同步 数字保密通信     

基于现场可编程逻辑门阵列的磁控忆阻电路对称动力学行为分析

将含绝对值项的磁控忆阻器引入改进型蔡氏电路,构建新型磁控忆阻混沌电路,通过分岔图与Lyapunov指数谱创新性地观察到系统的对称分岔行为,揭示系统双参数平面内运动状态分布的对称性.同时,基于忆阻电路参数-初值平面的系统运动分布图,分析对称吸引域内系统的多稳态特性,相图的绘制进一步证明电路多稳态现象的存在性.此外,应用现场可编程逻辑门阵列完成电路实验,在数字示波器上捕捉实验结果,证明所构磁控忆阻电路的物理可实现性.     

离散忆阻混沌系统的Simulink建模及其动力学特性分析

为拓广离散忆阻器的研究与应用,基于差分算子,构建了具有平方非线性的离散忆阻模型,并实现了Simulink仿真.仿真结果表明,设计的忆阻器满足广义忆阻定义.将得到的离散忆阻引入三维混沌映射中,设计了一种新型四维忆阻混沌映射,并建立了该混沌映射的Simulink模型.通过平衡点、分岔图、Lyapunov指数谱、复杂度、多稳态分析了系统复杂动力学特性.本文从系统建模角度出发,构建离散忆阻与离散忆阻混沌映射,进一步验证了离散忆阻的可实现性,为离散忆阻应用研究奠定了基础.     

离子迁移忆阻混沌电路及其在语音保密通信中的应用

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, 能够使系统的物理尺寸大大减小, 同时可以得到各种丰富的非线性曲线, 提高混沌系统的复杂度和信号的随机性. 因此, 本文采用离子迁移忆阻器的磁控模型设计了一个新的混沌系统. 通过理论推导、数值仿真、Lyapunov指数谱、分岔图和Poincaré截面图研究了系统的基本动力学特性, 并分析了改变不同参数时系统动力学行为的变化. 同时, 建立了模拟该系统的SPICE电路, SPICE仿真结果与数值分析相符, 从而验证该混沌系统的混沌产生能力. 最后, 利用线性反馈同步控制方法实现了新构造的离子迁移忆阻混沌系统的同步, 并且采用该同步方法有效实现了语音信号的保密通信. 数值仿真证实了新混沌系统的存在性以及同步控制应用的可行性.     

磁控二氧化钛忆阻混沌系统及现场可编程逻辑门阵列硬件实现

忆阻器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,减小系统的物理尺寸.本文将磁控二氧化钛忆阻器应用到一个新的三维自治混沌系统中,通过理论推导和数值仿真,从平衡点的稳定性、Lyapunov指数谱、庞加莱截面和功率谱等方面研究了该系统的动力学特性,并详细讨论了不同参数变化对系统相图和平衡点稳定性的影响.有趣的是,在改变参数的情况下,系统的吸引子会产生翻转、混沌程度加剧和混叠的现象,说明该忆阻混沌系统具有丰富的动力学行为.此外,本文将改进的牛顿迭代法运用于现场可编程逻辑门阵列技术中,巧妙设计出一种只迭代3次就能达到所需精度的开方运算器,从而硬件实现了该忆阻混沌系统.这突破了以往忆阻器混沌系统只能在计算机模拟平台仿真的瓶颈,为进一步研究忆阻混沌系统及其在保密通信、信息处理中的应用提供了参考.     

基于Julia分形的多涡卷忆阻混沌系统

忆阻器作为一种非线性电子元件,能用作混沌系统中的非线性项,从而提高系统的复杂度.分形与混沌是密切相连的,分别对两者的研究都已成熟,却鲜有将分形过程应用到混沌系统中,以产生丰富的混沌吸引子.为了探索将分形与混沌系统相结合的可能性,本文首先提出了一个新的忆阻混沌系统,并从对称性、耗散性、平衡点稳定性、功率谱、Lyapunov指数和分数维等方面探讨了系统的动力学特性;紧接着,把经典的Julia分形过程应用到该忆阻混沌系统中,产生了新的混沌吸引子,并将几种由Julia分形衍生的变形Julia分形过程应用于文中提出的忆阻混沌系统,获得了丰富的混沌吸引子;最后,讨论了分形过程中的复常数对系统的影响.从仿真结果可以看出,分形过程与混沌系统的结合能产生丰富的多涡卷混沌吸引子.这不仅为产生多涡卷混沌吸引子提供了一种新方法,还弥补了使用功能函数方法造成混沌系统不光滑的不足.     

Synchronization of memristor-based chaotic systems by a simplified control and its application to image en-/decryption using DNA encoding

In this paper, a simplified control is proposed to realize chaotic synchronization based on two identical memristor-based chaotic systems. Firstly, by using a cubic function model of memristor, a memristor-based chaotic system is realized by circuit emulation. Secondly, based on the minimum phase system and Routh–Hurwitz criterion, the state trajectories of two identical chaotic systems can be asymptotically synchronized by the proposed simplified control. The simulation results illustrate that the designed simplified control is effective to chaotic synchronization. Finally, an encryption scheme of color image using DNA encoding is proposed based on chaotic synchronization, and the results of statistical analysis are given to show the effectiveness of the proposed scheme in image processing.     

Stability criterion for synchronization of chaotic systems using linear feedback control

This Letter introduces linear balanced feedback control scheme to design controller for the synchronization of two identical chaotic systems based on Lyapunov stability theory and constrained extreme approach. The technique is applied to synchronizing two identical four-scroll chaotic systems and guiding balanced feedback gains design. In accordance with the result of the analysis, an adaptive control scheme is proposed for chaos synchronization when the parametric variations of the response system are uncertain. The feasibility and effectiveness of the proposed synchronization scheme are verified via numerical simulations.     

Fuzzy Modeling and Impulsive Control of a Memristor-Based Chaotic System

We mainly investigate the issues of fuzzy modeling and impulsive control of a memristor-based chaotic system and present a memristor-based chaotic system as the Takagi-Sugeno model-based fuzzy system. Then, based on the impulsive control theory of dynamical systems, a criterion ensuring impulsive stabilization of the memristorbased chaotic system is derived for the first time. An illustrative example is given to verify the effectiveness of the control scheme.     

基于非线性控制的超混沌Chen系统混沌同步

研究了基于非线性控制的超混沌Chen系统的混沌同步问题.基于Lyapunov稳定性理论，设计了非线性控制器，改进了Jiang和Huang等设计的同步误差系统的Lyapunov函数形式，理论证明了超混沌Chen系统的自同步和超混沌Chen系统与超混沌R?ssler系统的异结构同步.数值模拟进一步验证了所提出方案的有效性. 关键词： 超混沌Chen系统 自同步 异结构同步 非线性控制器     

基于自适应模糊控制的分数阶混沌系统同步

本文主要研究了带有未知外界扰动的分数阶混沌系统的同步问题.基于分数阶Lyapunov稳定性理论,构造了分数阶的参数自适应规则以及模糊自适应同步控制器.在稳定性分析中主要使用了平方Lyapunov函数.该控制方法可以实现两分数阶混沌系统的同步,使得同步误差渐近趋于0.最后,数值仿真结果验证了本文方法的有效性.     

Pragmatical generalized synchronization of chaotic systems with uncertain parameters by adaptive control

A new kind of generalized synchronization of two chaotic systems with uncertain parameters is proposed. Based on a pragmatical asymptotical stability theorem and an assumption of equal probability for ergodic initial conditions, an adaptive control law is derived so that it can be proved strictly that the common null solution of error dynamics and of parameter dynamics is actually asymptotically stable, i.e. these two identical systems are in generalized synchronization and the estimated parameters approach the uncertain values. It is called pragmatical generalized synchronization. Finally, two numerical examples are studied for two Quantum-CNN oscillator chaotic systems to show the effectiveness of the proposed generalized synchronization strategy with a double Duffing chaotic system as a goal system.     

一类参数不确定统一混沌系统的脉冲滞后同步

针对一类具有传输信道时间延迟且参数不确定的统一混沌系统，提出了一种脉冲控制同步方法.该方法将两个非自治混沌系统之间脉冲同步的实用稳定性问题转化为同步误差系统在原点的实用稳定性问题，基于脉冲微分方程的相关理论，给出了同步误差系统在原点的实用稳定判据，仿真结果验证了方法的有效性. 关键词： 统一混沌系统 混沌同步 脉冲控制 实用稳定性     

一种新的分段混沌系统的同步控制

利用状态观测器思想构造驱动和响应系统，实现了一个新近提出的分段线性混沌系统的同步控制，并且推导了两个不同初值的系统实现同步的充分条件.理论分析说明该方法对原系统结构没有特殊要求，无需求解Lyapunov函数，适合应用于分段混沌系统.仿真实验的良好结果验证了该算法的有效性，对于不同初值的分段系统均能实现快速同步.同时该算法适用于一类分段混沌系统的同步控制. 关键词： 分段线性混沌系统 状态观测器 同步控制     

Exponential synchronization of stochastic impulsive perturbed chaotic Lur''e systems with time-varying delay and parametric uncertainty

This paper is devoted to investigating the scheme of exponential synchronization for uncertain stochastic impulsive perturbed chaotic Lur＇e systems. The parametric uncertainty is assumed to be norm bounded. Based on the Lyapunov function method, time-varying delay feedback control technique and a modified Halanay inequality for stochastic differential equations, several sufficient conditions are presented to guarantee the exponential synchronization in mean square between two identical uncertain chaotic Lur＇e systems with stochastic and impulsive perturbations. These conditions are expressed in terms of linear matrix inequalities （LMIs）, which can easily be checked by utilizing the numerically efficient Matlab LMI toolbox. It is worth pointing out that the approach developed in this paper can provide a more general framework for the synchronization of multi-perturbation chaotic Lur＇e systems, which reflects a more realistic dynamics. Finally, a numerical example is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

基于比较系统方法的分数阶混沌系统脉冲同步控制

针对一类分数阶混沌系统的同步问题, 提出基于比较系统理论的脉冲同步方法. 通过构造新的响应系统, 可将原分数阶同步误差系统转化为整数阶同步误差系统, 基于Lyapunov稳定性理论与脉冲微分方程理论, 给出一组新的分数阶混沌系统全局渐近同步判据. 特别地, 当脉冲间距与脉冲控制增益为常数时, 可获得更为简单和实用的同步判据. 与现有结果相比, 所得充分条件更为严格和实用. 通过对分数阶Chen系统同步问题的数值仿真研究, 验证了所提方法的有效性和可行性.