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.     

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.     

基于单T网络的忆阻混沌电路

利用RC单T选频网络构成的正弦波振荡电路和三次光滑模型忆阻器,通过不同的耦合方式,设计了并联型和串联型忆阻混沌电路.通过分岔图、Lyapunov指数和相图分析了电路的基本动力学特性,观察到了当耦合电容值变化时电路呈现的倍周期分岔、周期窗口和快慢效应等复杂动力学行为.电路仿真得到的实验结果与数值计算结果基本一致.     

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.     

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.     

忆阻混沌系统的脉冲同步与初值影响研究

以光滑三次型磁控忆阻器的蔡氏电路为例, 研究了两个同构忆阻混沌系统的脉冲控制同步方法.基于Lyapunov稳定性理论, 给出了忆阻混沌系统的脉冲同步渐近稳定条件; 结合误差系统的最大条件Lyapunov指数谱, 讨论了系统初值对脉冲同步性能的影响, 并进行了相应的数值仿真实验.结果表明, 在合适的脉冲控制参数条件下, 同构的忆阻混沌系统的脉冲同步是可行而有效的; 忆阻混沌系统的初值对脉冲同步性能存在一定的影响, 但可通过增大脉冲耦合强度来抑制系统初值的影响.     

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.     

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.     

一种新的三维自治混沌系统

通过对蔡氏电路的研究,提出了一种新的混沌系统,并对该系统的基本动力学特性进行了深入研究,得到该系统的Lyapunov指数和Lyapunov维数,给出了相图、Lyapunov指数谱、分岔图、Poincaré映射以及功率谱等.利用OrCAD-PSpice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,该系统与蔡氏电路产生的混沌吸引子并不拓扑等价,且该系统的参数变化范围较大,最大Lyapunov指数接近1,数值仿真和电路系统实验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： 混沌系统 Lyapunov指数谱 分岔图 电路实现     

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 memristor oscillator based on a twin-T network

A novel inductance-free nonlinear oscillator circuit with a single bifurcation parameter is presented in this paper. This circuit is composed of a twin-T oscillator, a passive RC network, and a flux-controlled memristor. With an increase in the control parameter, the circuit exhibits complicated chaotic behaviors from double periodicity. The dynamic properties of the circuit are demonstrated by means of equilibrium stability, Lyapunov exponent spectra, and bifurcation diagrams. In order to confirm the occurrence of chaotic behavior in the circuit, an analog realization of the piecewise-linear flux-controlled memristor is proposed, and Pspice simulation is conducted on the resulting circuit.     

A novel hyperchaotic system and its circuit implementation

A four-dimensional hyperchaotic system with five parameters is proposed. Its dynamical properties such as dissipativity, equilibrium points, Lyapunov exponent, Lyapunov dimension, bifurcation diagrams and Poincare maps are analyzed theoretically and numerically. Theoretical analyses and simulation tests indicate that the new system's dynamics behavior can be periodic attractor, chaotic attractor and hyperchaotic attractor as the parameter varies. Finally, the circuit of this new hyperchaotic system is designed and realized by Multisim software. The simulation results confirm that the chaotic system is different from the existing chaotic systems and is a novel hyperchaotic system. The system is recommendable for many engineering applications such as information processing, cryptology, secure communications, etc.     

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.     

一个具有完全四翼形式的四维混沌

本文通过引进一个非线性状态反馈控制器, 提出了一个新的四维混沌系统, 该混沌吸引子能在任何方向上都表现出四翼形式. 由于存在一个大的正李雅普诺夫指数, 混沌系统具有一些非常有趣和复杂的动力学行为. 对系统的一些基本动力学特性进行了数值模拟和理论分析, 如平衡点、耗散性、Poincaré映射、频谱、时域谱和混沌行为等. 通过对Lyapunov指数谱和分岔图的分析, 进一步研究了混沌行为的系统参数敏感性. 最后, 设计了一个实现四翼混沌系统的振荡电路, EWB观察结果与数值模拟结果具有良好的一致性.     

一个新混沌系统及其电路仿真

提出了一个新的三维自治混沌系统,并对系统的基本动力学特性进行了深入研究, 得到系统的Lyapunov指数和维数,给出了系统数值仿真图、Poincaré 映射图、Lyapunov指数谱和分岔图, 重点分析了不同参数变化对系统动力学行为的影响.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现,数值仿真和电路仿真证实了该混沌系统与以往发现的混沌系统并不拓朴等价, 是一个新的混沌系统.