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.     

忆阻混沌电路的分析与实现

具有记忆功能的忆阻器是除电阻器、电容器和电感器之外的第四种基本二端电路元件. 提出了由φ-q平面上的一条三次单调上升的非线性曲线来确定的光滑磁控忆阻器,它有着斜"8"字形的类紧磁滞回线的伏安特性曲线. 采用此忆阻器和负电导构成的有源忆阻器替换蔡氏混沌电路中的蔡氏二极管,导出了一个基于忆阻器的混沌振荡电路. 此外,利用常规的运算放大器和乘法器等元器件给出了有源忆阻器的等效电路实现形式. 理论分析、数值仿真和电路仿真结果一致,均表明忆阻混沌电路的动力学行为依赖于忆阻器的初始状态,在不同初始状态下存在混沌振荡、周期振荡或稳定的汇等不同的运行轨道. 关键词： 忆阻器 混沌电路 初始状态 等效电路     

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.     

一类多翼蝴蝶混沌吸引子及其电路实现

提出了一种构造多翼蝴蝶混沌吸引子的新方法,在Liu混沌系统的基础上,通过设计一种新的分段线性函数,构造了一个产生多翼蝴蝶混沌吸引子的混沌系统,对系统的平衡点、Lyapunov指数谱、分岔图、相图、频谱和Poincare截面进行了分析。最后,设计了相应的硬件电路,电路实验结果与数值仿真结果一致,验证了该方法的可行性和有效性。     

一个新的恒Lyapunov指数谱混沌吸引子与电路实现

通过对改进恒Lyapunov指数谱混沌系统进行进一步演变,并引入新的绝对值项,发现了一种新的混沌吸引子.首先,通过相图、Poincar映射、Lyapunov指数以及功率谱,证明该混沌吸引子的存在性.接着,分析研究了这种新型混沌吸引子的基本动力学行为.Lyapunov指数谱、分岔图和状态变量幅值演变的数值仿真说明,该系统存在全局线性调幅参数,在该参数的调整下,系统输出三维信号的幅度皆能得到线性调整,而系统保持相同的混沌吸引子与Lyapunov指数谱.最后,通过构建电路实现了该混沌系统,观察到相应的混沌吸引子,也验证了全局线性调幅参数的调幅作用,数值仿真与电路实现有很好的一致性.     

一类四维多翼混沌系统及其电路实现

提出了一种产生多翼蝴蝶混沌吸引子的新方法.基于三维Lorenz系统,通过增加一个状态变量和一个分段线性函数,构造出一个四维多翼混沌系统.分析了系统的平衡点和Lyapunov指数谱.最后,设计出一个模拟电路,进行了电路实验.电路实验结果与数值仿真结果相一致,验证了该方法的可行性和有效性.     

用多项式和阶跃函数构造网格多涡卷混沌吸引子及其电路实现

提出一种利用多项式和阶跃函数构造N×M涡卷的构造方法.利用蔡氏电路,传统的利用多项式函数只能产生双涡卷、三涡卷,在此基础上,通过多项式平移得到相空间x方向的多涡卷,再通过多项式与阶跃函数组合来扩展相空间中指标2的鞍焦平衡点,使得多涡卷向y方向延伸,从而生成网格多涡卷混沌吸引子.该构造方法的主要特征是通过光滑曲线和非光滑曲线的组合生成网格多涡卷混沌吸引子,能通过调整自然数N和M的值实现平面网格任意涡卷混沌吸引子阵列.理论分析、数值模拟和电路仿真证实了方法的可行性. 关键词： 网格多涡卷混沌吸引子 蔡氏电路 阶跃函数 电路实现     

负参数空间分数阶Chua系统的动力学行为及实验验证

Chua系统展现出丰富的动力学行为,易于电路实现,因而成为混沌研究的经典范例.然而,现有针对Chua系统的研究大都局限于系统的正参数空间.基于分数阶的时域求解法,研究了分数阶Chua系统在负参数空间下的动力学行为.采用分数阶稳定性理论分析了系统平衡点的稳定性,用分岔图、最大李雅普诺夫指数研究了系统控制参数和阶次变化时系统的动力学行为.为了实验验证系统的动力学行为,采用运放、电阻、电容等模拟器件实现了负参数空间下的分数阶Chua系统,实验结果与数值仿真结果完全一致.该研究成果对进一步完善Chua系统,推动Chua系统在混沌中的应用具有参考价值.     

Chaotic dynamics of the fractional-order Ikeda delay system and its synchronization

In this paper we numerically investigate the chaotic behaviours of the fractional-order Ikeda delay system. The results show that chaos exists in the fractional-order Ikeda delay system with order less than 1. The lowest order for chaos to be able to appear in this system is found to be 0.1. Master--slave synchronization of chaotic fractional-order Ikeda delay systems with linear coupling is also studied.     

分数阶Liu混沌系统及其电路实验的研究与控制

基于波特图的频域近似方法,研究了分数阶Liu混沌系统,并设计了一种树形电路单元来实现分数阶Liu混沌系统,通过对2.7阶Liu混沌系统的电路仿真和实验,以及α=0.8—0.1(步长0.1)Liu混沌系统的电路仿真,验证了树形电路单元的有效性,证实分数阶Liu混沌系统中确实存在混沌现象,且存在混沌的最低阶数为0.3. 设计简单有效的线性反馈控制器,实现了分数阶Liu混沌系统的混沌控制. 关键词： 分数阶Liu系统 电路实验 混沌控制     

一个新的三维混沌系统的分析、电路实现及同步

中心流形理论提供了一个将高维系统降维研究的方法，应用该理论研究了一个新的混沌系统的基本特性，给出中心流形上流方程，分析这个新的混沌系统的叉式分岔.通过构建电路实现了该混沌系统,从而验证了系统的混沌行为，证实了混沌吸引子的存在.同时说明了由于电路信号频率与数值信号频率的不同所带来的数值仿真与物理实现之间在应用上有着重要区别.最后利用单变量反馈控制方法实现了新系统的同步控制，并给出了完整的同步实现电路. 关键词： 三维混沌系统 中心流形 电路实现 同步     

Synchronization of the fractional-order generalized augmented Lii system and its circuit implementation

In this paper, the synchronization of the fractional-order generalized augmented Lti system is investigated. Based on the predictor--corrector method, we obtain phase portraits, bifurcation diagrams, Lyapunov exponent spectra, and Poincar6 maps of the fractional-order system and find that a four-wing chaotic attractor exists in the system when the system pa- rameters change within certain ranges. Further, by varying the system parameters, rich dynamical behaviors occur in the 2.7-order system. According to the stability theory of a fractional-order linear system, and adopting the linearization by feedback method, we have designed a nonlinear feedback controller in our theoretical analysis to implement the synchro- nization of the drive system with the response system. In addition, the synchronization is also shown by an electronic circuit implementation for the 2.7-order system. The obtained experiment results accord with the theoretical analyses, which further demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed synchronization scheme.     

基于电流反馈放大器的网格多涡卷混沌电路设计与实现

提出了一种仅用电流反馈放大器实现网格多涡卷混沌系统的方法.首先用电流反馈放大器设计非线性函数电路;再用电流反馈放大器设计网格多涡卷混沌电路,根据混沌吸引子参数确定电路参数,由于电流反馈放大器具有较好的频率特性和端口特性,使该电路的工作频率高、电路结构简单、使用元件少;最后,通过电路仿真验证该方法的可行性.     

一种具有隐藏吸引子的分数阶混沌系统的动力学分析及有限时间同步

对于具有隐藏吸引子的混沌系统,既有文献大多只针对整数阶系统进行分析与控制研究.基于Sprott E系统,构建了仅有一个稳定平衡点的分数阶混沌系统,通过相位图、Poincare映射和功率谱等,分析了该系统的基本动力学特征.结果显示,该系统展现出了丰富而复杂的动力学特性,且通过随阶次变化的分岔图可知,系统在不同阶次下呈现出周期运动、倍周期运动和混沌运动等状态,这些动力学特征对于保密通信等实际工程领域有重要的研究价值.针对该具有隐藏吸引子的分数阶系统,应用分数阶系统有限时间稳定性理论设计控制器,对系统进行有限时间同步控制,并通过数值仿真验证了其有效性.     

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.     

Linear synchronization and circuit implementation of chaotic system with complete amplitude control

Although chaotic signals are considered to have great potential applications in radar and communication engineering,their broadband spectrum makes it difficult to design an applicable amplifier or an attenuator for amplitude conditioning.Moreover, the transformation between a unipolar signal and a bipolar signal is often required. In this paper, a more intelligent hardware implementation based on field programmable analog array(FPAA) is constructed for chaotic systems with complete amplitude control. Firstly, two chaotic systems with complete amplitude control are introduced, one of which has the property of offset boosting with total amplitude control, while the other has offset boosting and a parameter for partial control. Both cases can achieve complete amplitude control including amplitude rescaling and offset boosting. Secondly,linear synchronization is established based on the special structure of chaotic system. Finally, experimental circuits are constructed on an FPAA where the predicted amplitude control is realized through only two independent configurable analog module(CAM) gain values.     

T混沌系统的动力学分析与同步及其电路仿真

针对一类T混沌系统,对系统平衡点的稳定性进行了分析,并对系统的分岔,Lyapunov指数,Poincare截面进行了数值分析.同时,针对参数己知和未知两种情形,研究其同步控制问题,利用Lyapunov函数设计并证明了系统的反馈控制器.最后运用Multisim软件设计实现了T混沌系统同步的混沌电路,验证了所提出同步方法的有效性和可实现性.     

Dynamic analysis of a new chaotic system with fractional order and its generalized projective synchronization

Based on the stability theory of the fractional order system,the dynamic behaviours of a new fractional order system are investigated theoretically.The lowest order we found to have chaos in the new three-dimensional system is 2.46,and the period routes to chaos in the new fractional order system are also found.The effectiveness of our analysis results is further verified by numerical simulations and positive largest Lyapunov exponent.Furthermore,a nonlinear feedback controller is designed to achieve the generalized projective synchronization of the fractional order chaotic system,and its validity is proved by Laplace transformation theory.     

基于量子并行粒子群优化算法的分数阶混沌系统参数估计

分数阶混沌系统参数估计的本质是多维参数优化问题, 其对于实现分数阶混沌控制与同步至关重要. 提出一种基于量子并行特性的粒子群优化新算法, 用于解决分数阶混沌的系统参数估计问题. 利用量子计算的并行特性, 设计出了一种新的量子编码, 使每代运算的可计算次数呈指数增加. 在此基础上, 构建了由量子当前旋转角、个体最优旋转角和全局最优旋转角共同组成的粒子演化方程, 以约束粒子在量子空间中的运动行为, 使算法的搜索能力得到了较大提高. 以分数阶Lorenz混沌系统和分数阶Chen混沌系统的参数估计为例, 进行了未知参数估计的数值仿真, 结果显示本算法具有良好的有效性、鲁棒性和通用性.