基于TiO_2忆阻器的混沌振荡电路

忆阻器是一种具有记忆性的新型非线性电阻,是继电阻器、电容器和电感器之后的第4种基本电路元件。该文根据惠普实验室提出的荷控型TiO2忆阻器模型,构建了一个磁控TiO2忆阻器模型,采用该磁控忆阻器模型设计了一个新的混沌振荡电路,以期产生复杂的伪随机混沌信号。对该振荡电路的基本动力学特性进行了理论和仿真分析,并进行了DSP芯片实验验证。仿真结果、理论分析和实验观察具有一致性,表明该混沌系统具有与一般混沌系统不同的特性。     

基于Chua电路的一种新型忆阻电路的混沌动力学分析

基于Chua混沌电路和三次光滑忆阻器模型,提出了一种新型忆阻混沌电路.该电路由2个电感、 2个电容、1个忆阻器和1个电阻组成.利用分岔图、Lyapunov指数、相图、Poincaré截面图和Simulink仿真对电路进行分析表明,该电路具有混沌特性.该研究结果可为混沌动力学的研究和混沌保密通信的应用提供理论参考.     

含多吸引子的忆阻混沌系统的分析与实现

采用磁控忆阻器作为Sprott-J系统的负反馈,构造了一个新的具有无限平衡点的4维忆阻混沌系统,将所有的非线性项都集中在一个方程中．分析系统的耗散性、平衡点集的存在性和稳定性,以及Lyapunov指数和维数,利用分岔图和Lyapunov指数谱观察并研究该混沌系统的动力学特征．Matlab数值仿真结果表明,新系统是耗散系统且具有1个线平衡点集．动力学分析结果表明,新忆阻Sprott-J系统在改变参数时存在反倍周期分岔现象,改变初始条件时,系统出现多吸引子共存现象．研究系统在不同初始条件和系统参数下的分岔特性,得到系统混沌与混沌、混沌与周期、周期与周期共存的多吸引子特性．采用Multisim软件对系统进行电路模拟及数值仿真,结果表明,数值仿真结果与相应的电路结果相吻合,验证了新忆阻Sprott-J混沌系统的物理可行性．研究为忆阻Sprott-J混沌系统在图像加密领域的应用提供了理论基础．     

分数阶忆阻带通滤波混沌电路动力学特性分析

基于一种带通滤波忆阻器混沌电路,构造了Caputo定义下的分数阶忆阻带通滤波混沌系统。通过Adomian分解算法(ADM)对该分数阶混沌系统进行数值仿真。在此基础上,利用分岔图、李雅普诺夫指数谱、吸引子相图、庞加莱截图、谱熵(SE)复杂度和C_0复杂度算法分析了系统参数和系统阶数对系统动力学特性的影响。分析结果表明,相对于整数阶忆阻混沌系统,分数阶忆阻混沌系统不仅增加了混沌系统阶数这一可变参数,而且使得系统的动力学行为更加复杂,这将更有利于分数阶混沌电路应用于保密同信领域。该研究对于分数阶忆阻混沌电路在保密通信和信息安全等领域的应用提供了理论基础。     

忆阻器的电路实现与应用

通过常用的电器元件,实现了一种有源忆阻器的等效电路,通过计算得到了该忆阻器等效电路中元件参数,基于MULTISIM的仿真证明了该等效电路的有效性。将忆阻器应用于电路,成功地构成了一个最简混沌系统,该电路仅由一个有源忆阻器,一个电感和一个电容构成。通过MATLAB仿真得到了该电路的系统相图、Lyapunov指数和分数维,证实了该电路的混沌特性。     

基于驱动-响应和耦合同步算法的忆阻混沌系统同步分析

针对忆阻器反馈的Lorenz超混沌系统和最简并行忆阻器混沌系统采用驱动-响应和耦合同步算法进行同步特性分析,应用李雅谱诺夫指数谱和分岔图分析了忆阻混沌系统的动力学特性,并对驱动-响应和耦合同步算法进行了比较。实验结果表明,忆阻器混沌系统不但有更加复杂的动力学特性,而且可用驱动-响应和耦合同步算法达到同步,并且耦合同步算法比驱动-响应算法更具有实际应用价值。因此,此研究为忆阻器混沌系统应用于密码学、信息安全和保密通信等领域提供相关理论依据。     

Dynamics Analysis of Fractional-Order Memristive Time-Delay Chaotic System and Circuit Implementation

基于分数阶忆阻器的时延混沌系统动力学分析和电路仿真

丁大为,刘慧,翁业翠,姚晓磊,王年

(安徽大学 电子信息工程学院,合肥 230601)

中文说明：为研究系统的非线性动力学,提出一个从相对应的整数阶演变而来的分数阶忆阻器的时延混沌系统。分析了分数阶忆阻器的频率和电特性。研究了实现分数阶忆阻器的单元电路。首先,根据李亚普诺夫间接法,对分数阶忆阻器的时延混沌系统的稳定性进行分析,结果表明：当忆阻系统的分数阶参数达到临界值时,系统失去稳定性,并发生分岔。然后,根据改变系统参数,得到不同系统参数的分岔图表明分数阶忆阻系统发生分岔和混沌行为。为证明分数阶忆阻混沌系统存在混沌行为,给出了系统的时域图、相位图和最大的李亚普诺夫指数图。本文还研究了共存分叉和共存吸引子的非线性现象。该现象表明该振荡器的状态对其初始值非常敏感,本文称之为共存振荡。此外,使用改进的Adams-Bashforth-Moulton方法研究数值模拟。最后,对该时滞混沌电路进行电路仿真,与理论分析和数值模拟的结果一致。

关键词：分数阶;时延;共存吸引子;共存分岔;电路仿真

     

有源荷控忆阻系统的多稳态分析及电路实现

采用有源荷控忆阻替换蔡氏电路中的非线性电阻,实现一个五维忆阻非线性电路系统. 建立了该系统的无量纲方程,分析了系统的平衡点集与稳定性. 利用分岔图、Lyapunov指数谱和相轨迹图等分析方法,从多角度研究了随系统参数与初始状态变化而产生的多稳态动力学行为. 研究表明,当系统参数、初始状态变化时,都会出现不同拓扑结构的混沌吸引子共存、不同吸引域的多周期极限环共存、不同周期数的极限环与不同拓扑结构的混沌吸引子等共存行为. 最后,设计了五维忆阻混沌系统的模拟电路模型,电路仿真实验与数值仿真结果相一致,观测到不同的多稳态共存运动. 这表明动力学分析的正确性和系统的物理可实现性,为进一步拓展系统加密应用奠定基础.     

忆感等效电路的特性分析与实验验证

忆感器是从忆阻器概念推演出来的一个新的具有记忆功能的非线性电路元件。基于忆感近似等效电路模型,采用一个有源磁控忆阻器实现等效电路中的忆阻器,建立了忆感近似等效电路的状态方程组;借助MATLAB数学工具软件,进行了等效忆感器特性的数值仿真分析。结果表明,等效忆感器的韦安关系呈现典型的紧磁滞回线特性,且依赖于外加电压激励频率。通过有源磁控忆阻器的等效电路进行了忆感近似等效电路的实验验证,实验测量结果和数值仿真结果基本一致,说明了忆感近似等效电路模型的正确性。     

负阻态忆阻Hopfield神经网络动力学

人类大脑是一个高度复杂且规模庞大的非线性动力学系统,其动力学行为与人类智能活动密切相关。基于忆阻器的人工神经网络不仅可以很好地模拟人脑工作机制,而且其非线性特性可以为神经网络带来更为丰富的动力学行为。为了进一步发挥神经网络的优势,引入一种新的具有负阻态功能的忆阻器模型,该模型打破了原有忆阻器的阻态极性限制,为忆阻器扮演神经网络突触仿生器件提供了更加丰富的变化性能。在对忆阻器模型分析的基础上,提出了一种新的忆阻Hopfield神经网络(HNN),进一步加强了HNN的负反馈功能,使之表现出更加丰富和复杂的动力学行为。实验结果表明,新忆阻HNN拥有较为丰富的动力学行为,具有一定的混沌特性。在不同的忆阻器参数以及权值矩阵取值条件下,观察系统的相位轨迹图、Lyapunov指数的变化情况,并与同类型网络进行对比,进一步证明提出的神经网络的有效性,同时复杂的动力学特性也为在数据处理、图像加密等方面的应用提供了研究支撑。     

一个新的具有超级多稳态的五维忆阻超混沌系统

为了描述更加复杂的非线性动力学特性并且得到更适合工程应用的混沌信号,使用一个磁控忆阻器去替换改进的四维Lü混沌系统中的耦合参数,得到了一个新的五维忆阻超混沌系统.采用相图、分岔图、Lyapunov指数谱等常规的非线性分析手段研究新系统丰富的动力学特性.在新系统的基础上,通过引入一个绝对值函数使系统达到新的极性平衡,构建...     

有源忆阻器伏安曲线与电路频率之间的关系

忆阻器是具有记忆特性非线性电阻器,是现实的第四种基本二端电路元件。文章以光滑三次型非线型函数描述的有源磁控忆阻器模型为例,利用Multisim计算机仿真软件,进一步研究有源忆阻器伏安曲线与电路频率之间关系,讨论有源忆阻器输入电流的突变特性。结果表明:由光滑三次型非线型函数的有源磁控忆阻器模型构成的电路具有边界效应,电流具有突变特性。     

Dynamic Analysis of Fractional-Order Memristive Chaotic System

分数阶忆阻器混沌电路的动力学分析

丁大为,李书家,王年

(安徽大学 电子信息工程学院,合肥 230601)

中文说明：

为研究系统的非线性动力学,提出一个从相对应的整数阶演变而来的分数阶忆阻蔡氏电路。首先,根据李亚普诺夫间接法,对分数阶忆阻系统的稳定性进行分析,结果表明：当忆阻系统的分数阶参数达到临界值时,系统失去稳定性,并发生分岔。然后,根据不同分数阶阶数以及不同其他系统参数的分岔图表明分数阶忆阻系统发生分岔和混沌行为。此外,为证明分数阶忆阻混沌系统存在混沌行为,给出了系统的时域图、相位图和最大的李亚普诺夫指数图。最后,通过数值仿真说明和验证理论结果的正确性。

关键词：忆阻器;动力学行为;分数阶;稳定性

     

简单记忆混沌系统的动力学分析与电路实现

为了研究记忆混沌系统的动力学特性,提出了一个含广义记忆元件的简单三维自治混沌系统。分析了混沌记忆系统的记忆效应和混沌特性,进行了电路设计和相应的实验验证;并在平衡点及稳定性分析的基础上,讨论了记忆混沌系统随参数变化的动力学行为。结果表明,与基于忆阻器的混沌电路不同,新提出的系统有一个确定的平衡点,其动力学行为仅依赖于系统控制参数,有着分岔、混沌和阵发混沌等复杂非线性现象。     

一种忆阻器离散混沌映射的设计及FPGA实现

忆阻器是一个无源二端口电子器件,在非线性应用领域具有巨大潜力。忆阻器具有的非线性电压电流特性,可以应用在混沌领域。 Cubic映射是一个比较简单的混沌映射,该文使用忆阻器的非线性特性对Cubic映射进行修改,得到一个新的忆阻器混沌映射,使用DSP Builder 对其进行图形化设计,并研究该混沌映射的基本性能,用FPGA实现该混沌映射。     

双忆阻Shinriki振荡器超级多稳态重构及其电路实现

将两个磁控忆阻器引入到经典Shinriki振荡器中,构建了一个含双忆阻的混沌振荡电路. 采用增量磁通-电荷分析方法,对所构的双磁控忆阻Shinriki电路进行降维处理,得到了双忆阻振荡器的三阶降维模型. 在韦库域内,研究系统的共存分岔行为、反单调现象,并重构振荡器的极端多稳态现象,分析多稳态域内的簇发放电行为. 此外,基于Multisim电路仿真软件搭建了降维后系统的等效电路,并捕捉到相应的吸引子相轨迹图,验证了动力学分析的正确性.     

基于STDP规则的忆阻神经网络在图像存储中的应用

忆阻器是具有记忆和类突触特性的非线性电路元件,将忆阻器与STDP学习规则相结合,提出了基于STDP学习规则的忆阻神经网络,并将它应用于二值图像的叠加和灰度图像的存储与输出。首先将忆阻器作突触,通过实验证实在特定形状动作电位下,可实现STDP学习规则;构建了4×4的忆阻交叉阵列神经网络;用16×16的忆阻交叉阵列神经网络实现二值图像的叠加。最后用N×N的忆阻神经网络实现了灰度图像的存储与输出。通过MATLAB仿真实验证实了该方案的有效性,该忆阻神经网络具有仿生特性,有望解决模式识别、人工智能中出现的复杂问题。     

Hodgkin-Huxley模型的心脏浦肯野纤维弱忆阻机理研究

以心脏Hodgkin-Huxley模型的浦肯野纤维为研究对象,分析钾离子通道和钠离子通道中忆阻特征存在性,发现K2钾离子和Na钠离子均具有较明显的的紧滞环回线,但K1钾离子并没有任何忆阻特性,这使得整个Hodgkin-Huxley模型的RC(电阻和电容)电路表现出较弱的忆阻机理.理论推理还表明,钾离子通道是一级忆阻器,钠离子通道为二级忆阻性,研究扩展了神经网络在非线性动力学领域应用,对智能信息处理及复杂网络控制的发展具有科学意义和应用价值.     

混合型CMOS-忆阻与非/或非单元的设计及应用

针对级联型运算单元的延迟问题,设计了一种新的CMOS-忆阻与非/或非逻辑电路结构。首先,采用阈值型压控忆阻器模型,以忆阻器和CMOS晶体管为核心,设计了一款混合型CMOS-忆阻与非/或非逻辑运算单元,有效减小了延迟时间;然后,将混合型CMOS-忆阻与非/或非逻辑运算单元应用到了八线三线编码器电路的设计中,通过控制不同的输入信号能得到对应的二进制编码信号;最后,通过PSPICE仿真验证了设计电路的正确性。     

忆阻超混沌Lü系统的隐藏动力学特性研究

通过改进经典Lü系统并引入忆阻元件,提出了一种新颖的基于忆阻的改进型Lü系统。该忆阻系统的最大特征是不存在任何平衡点,因此形成的动力学行为都是隐藏的。采用理论分析、李雅普诺夫指数和分岔图等非线性系统分析,研究了该忆阻系统随忆阻增益变化的周期、准周期、混沌和超混沌等复杂的隐藏动力学行为。此外,在初始条件不同时,该忆阻系统存在3个不同极限环以及混沌吸引子和周期极限环的共存多吸引子现象。制作硬件电路,验证了理论分析和数值仿真结果,表明了该忆阻超混沌Lü系统有着十分丰富而复杂的隐藏动力学特性。