Mutator for transferring a memristor emulator into meminductive and memcapacitive circuits

In this paper, a concise but effective interface circuit for transforming a memristor into meminductive and memcapacitive systems is designed. This newly proposed interface circuit, constructed by only two current conveyors, is equipped with three available ports, which can provide six connecting combinations in terms of one resistor, one capacitor, and one memristor. For the sake of confirming the design effectiveness, theoretical and simulation discussions are hence introduced and all the experimental waveforms provide conclusive evidence to validate the correctness of these new mutators. The most attractive features of this new interface circuit are the floating terminals and convenient practical implementation.     

Dynamic analysis and fractional-order adaptive sliding mode control for a novel fractional-order ferroresonance system

Ferroresonance is a complex nonlinear electrotechnical phenomenon, which can result in thermal and electrical stresses on the electric power system equipments due to the over voltages and over currents it generates. The prediction or determination of ferroresonance depends mainly on the accuracy of the model used. Fractional-order models are more accurate than the integer-order models. In this paper, a fractional-order ferroresonance model is proposed. The influence of the order on the dynamic behaviors of this fractional-order system under different parameters n and F is investigated.Compared with the integral-order ferroresonance system, small change of the order not only affects the dynamic behavior of the system, but also significantly affects the harmonic components of the system. Then the fractional-order ferroresonance system is implemented by nonlinear circuit emulator. Finally, a fractional-order adaptive sliding mode control(FASMC)method is used to eliminate the abnormal operation state of power system. Since the introduction of the fractional-order sliding mode surface and the adaptive factor, the robustness and disturbance rejection of the controlled system are enhanced. Numerical simulation results demonstrate that the proposed FASMC controller works well for suppression of ferroresonance over voltage.     

Effect of power frequency excitation character on ferroresonance in neutral-grounded system

In most earlier ferroresonance studies the traditional excitation characteristic of iron core,in which the traditional excitation characteristic contains harmonic voltages or currents,has been used as if it were made up of pure fundamental voltage or current.However,this is not always true.In comparison with traditional excitation characteristics,this paper introduces the power frequency excitation characteristic of the iron core,which contains no harmonics.The power frequency excitation characteristic of iron core has been obtained by Elector Magnetic Transient Program,resulting in discrete voltage and current pairs.Extensive simulations are carried out to analyse the effect of power frequency excitation characteristic on potential transformer ferroresonance.A detailed analysis of simulation results demonstrates that with power frequency excitation characteristic of iron core inclusion at certain excitation voltage the ferroresonance may happen,conversely it may not happen with traditional excitation characteristic inclusion.     

一个通用的记忆器件模拟器

本文根据惠普忆阻器模型提出了一个新的接地忆阻器模拟等效电路.并以此为基础,采用常规的电子元件构建了一个通用的记忆器件模拟器.该模拟器能在电路拓扑结构不变的情况下,通过改变接入元件的性质能将接地忆阻器分别转化为浮地忆阻器、浮地忆感器和浮地忆容器.由于该模拟器是浮地的,因而可以方便的与其他电子器件实现灵活的连接形式.Pspice仿真实验验证了模拟器的真确性和有效性.     

含磁控和荷控两种忆阻器的混沌电路设计与仿真

利用惠普实验室荷控和磁控两种忆阻器模型设计了一个五阶混沌电路. 数值仿真结果表明该电路在参数变化情况下能产生Hopf分岔和反倍周期分岔两种分岔行为,并能产生双涡卷、单涡卷、周期态等不同相轨道. 为了验证电路的混沌行为,利用基本元器件设计了惠普实验室荷控和磁控忆阻器模拟器,并将其应用到对所设计电路中进行Pspice仿真,电路仿真结果验证了理论分析的正确性. 关键词： 混沌电路 HP忆阻器 模拟器 Pspice仿真     

Analysis of ferroresonance in neutral grounding system with nonlinear core loss

The chaotic behaviour exhibited by a typical ferroresonant circuit in a neutral grounding system is investigated in this paper. In most earlier ferroresonance studies the core loss of the power transformer was neglected or represented by a linear resistance. However, this is not always true. In this paper the core loss of the power transformer is modelled by a third order series in voltage and the magnetization characteristics of the transformer are modelled by an 11th order two-term polynomial. Extensive simulations are carried out to analyse the effect of nonlinear core loss on transformer ferroresonance. A detailed analysis of simulation results demonstrates that, with the nonlinear core loss model used, the onset of chaos appears at a larger source voltage and the transient duration is shorter.     

一个分数阶忆阻器模型及其简单串联电路的特性

忆阻器是具有时间记忆特性的非线性电阻. 经典HP TiO₂忆阻器模型的忆阻值为此前通过忆阻器电流的时间积分, 即记忆没有损失. 而最近研究证实HP TiO₂ 线性忆阻器掺杂层厚度不能等于零或者器件整体厚度, 导致器件的记忆有损失. 基于此发现, 本文首先提出了一个阶数介于0 与1间的分数阶HP TiO₂ 线性忆阻器模型, 研究了当受到周期外激励时, 分数阶导数的阶数对其忆阻值动态范围和输出电压动态幅值的影响规律, 推导出了磁滞旁瓣面积的计算公式. 结果表明, 分数阶导数阶数对磁滞回线的形状及所围成区域面积有重要影响. 特别地, 在外激频率大于1时, 分数阶忆阻器的记忆强度达到最大. 然后讨论了此分数阶忆阻器与电容或电感串联组成的单口网络的伏安特性. 结果表明, 在周期激励驱动时, 随着分数阶导数阶数的变化, 此分数阶忆阻器与电容的串联电路呈现出纯电容电路与忆阻电路的转换, 而它与电感的串联电路则呈现出纯电感电路与忆阻电路的转换.     

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     

Design of a memcapacitor emulator based on a memristor

Since Hewlett-Packard?s solid state implementation of a memristive system in 2008, a lot of research has begun to develop applications using this new component. As it is not available as a two terminal device yet, emulating circuits must be developed. Building on our previous work to develop an analog model of a memristor, a memcapacitor emulator is proposed in this Letter. This model can be realized by transforming a memristor emulator to a memcapacitor emulator. The characteristics of a memcapacitor are based on the theory proposed by L.O. Chua. The transformation process is described in detail in this Letter. Simulation and experimental results are given as well.     

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.     

忆阻混沌振荡器的动力学分析

忆阻器(memristor)是一种有记忆功能的非线性电阻器,它是除电阻器、电容器和电感器之外的第四种基本电路元件.采用一个具有光滑磁控特性曲线的忆阻器和一个负电导替换蔡氏振荡器中的蔡氏二极管,导出了一个基于忆阻器的振荡器电路.采用常规的动力学分析手段研究了电路参数和初始条件变化时该光滑忆阻振荡器的动力学特性.研究结果表明,光滑忆阻振荡器与一般的混沌系统完全不同,它的动力学行为除了与电路参数有关外,还极端依赖于电路的初始条件,存在瞬态混沌和状态转移等奇异的非线性物理现象.     

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.     

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     

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.     

界面效应调制忆阻器研究进展

忆阻器因其优异的非易失存储特性,且具有结构简单、存储速度快、能耗低、集成度高等优势,在新型电子器件研究领域引起了广泛关注.本文从忆阻器结构出发,对忆阻器主要材料、机理等进行了综述,介绍了忆阻器在电子电路及人工智能等领域的研究进展,重点讨论了界面效应对忆阻行为及性能改善等方面的重要作用,提出了界面纳米点嵌入结构对优化忆阻性能的显著效果,并分析了忆阻器可能的发展趋势.     

具有感觉记忆的忆阻器模型

人类记忆的形成包括感觉记忆、短期记忆、长期记忆三个阶段,类似的记忆形成过程在不同材料忆阻器的实验研究中有过多次报道.这类忆阻器的记忆形成过程存在有、无感觉记忆的两种情况,已报道的这类忆阻器的数学模型仅能够描述无感觉记忆的忆阻器.本文在已有模型的基础上,根据有感觉记忆的忆阻器的研究文献中所报道的实验现象,设计了具有感觉记忆的忆阻器模型.对所设计模型的仿真分析验证了该模型对于存在感觉记忆的这类忆阻器特性的描述能力:对忆阻器施加连续脉冲激励,在初始若干脉冲作用时忆阻器无明显的记忆形成,此时忆阻器处于感觉记忆阶段,后续的脉冲作用下忆阻器将逐渐形成短期、长期记忆,并且所施加脉冲的幅值越大、宽度越大、间隔越小,则感觉记忆阶段所经历的脉冲数量越少.模型状态变量的物理意义可用连通两电极的导电通道在外加电压作用下的形成与消失来给出解释.     

忆阻电路的基本性质及其应用

对有边界的忆阻元件与电容、 电感的串、 并联电路分别进行了研究, 分析了电路所具有的特性和频率及元件的电容、 电感对电路的影响, 通过仿真验证了理论结果.根据有边界的忆阻元件及其构成电路的性质研究, 对其潜在的应用进行了预测.     

忆阻元件与RLC以及二极管串并联电路的特性研究

对第四类基本电路元件:忆阻元件与RLC以及二极管串并联电路特性进行了研究,分别建立了两种电路的数学模型,并进行了仿真研究,分析了电路中的电容、电感、电阻等参数对电路特性的影响,得出了相关的结论.     

温度改变对钛氧化物忆阻器导电特性的影响

相同测试条件下,纳米钛氧化物忆阻器的导电过程存在不稳定性,制约了对器件瞬态阻抗的精确读取与控制,并影响了器件应用于电路设计的可靠性与稳定性.杂质漂移与隧道势垒的共存是导致上述不稳定性的可能因素,且杂质漂移特性与环境温度密切相关.然而,目前尚无通过控制温度提高忆阻器导电稳定性的具体研究.基于杂质漂移与隧道势垒共存,本文分析了温度与忆阻器导电特性的关联,研究了器件活跃区域厚度及初始掺杂层厚度的改变对临界温度的影响,利用SPICE软件进行了仿真验证并给出结果,得出提高忆阻器导电稳定性的方法有:增大活跃区域厚度、降低初始杂质浓度及保持环境温度稳定且低于临界温度,从而为制备性能稳定的忆阻器及推动器件在实际电路中的应用提供依据.     

有边界条件的忆阻元件模型及其性质

对第四类基本电路元件——忆阻元件的基本特性进行了研究,分别建立了无边界条件和有边界条件的忆阻元件的积分形式的数学模型.对有边界条件的数学模型进行了仿真,分析了有边界条件下电源频率和掺杂比、初始掺杂宽度等模型参数对电流、电压电流关系、磁链电荷关系等元件特性的影响,得出了相关的结论. 关键词： 忆阻元件 边界条件 数学模型 性质