多频激励忆阻型Shimizu-Morioka系统的簇发振荡及机理分析

为了研究忆阻系统的簇发振荡及其形成机理,该文在Shimizu-Morioka(S-M)系统的基础上引入忆阻器件和两个慢变化的周期激励项,建立了一种多时间尺度的忆阻型S-M系统。首先研究了单一激励下S-M系统的簇发行为及分岔机制,得到一种对称型“sub-Hopf/sub-Hopf”簇发模式。然后借助De Moivre公式将多频激励系统转化为单频激励系统,结合快慢分析法重点分析了附加激励幅度对“sub-Hopf/sub-Hopf”簇发模式的影响。对应于不同附加激励幅度该文发现了两种新的簇发模式,即扭曲型“sub-Hopf/sub-Hopf”簇发和嵌套级联型sub-Hopf/sub-Hopf”簇发。借助时序图、分岔图和转换相图分析了相应的簇发机制。最后,采用Multisim软件搭建电路模型并进行仿真实验,得到的实验结果与理论分析结果相吻合,从而实验证明了忆阻型S-M系统的簇发模式。     

基于双曲正切忆阻器的Duffing系统中簇发、共存分析及其DSP实现

忆阻器作为第4种基本电路元件由蔡少棠首次提出,它的提出为混沌电路的设计和工程应用提供了新思路。该文通过在Homles型Duffing系统中引入一个双曲正切忆阻模型,得到了一个新忆阻Duffing非自治系统。利用转换相图、相图、Lyapunov指数等,揭示了该系统具有振荡尖峰数目可控簇发、非完全对称双边簇发、非完全对称的簇发共存、多种周期混沌共存等新颖动力学行为。并通过分岔图及平衡点分析,研究了其簇发产生机理。采用Multisim电路仿真与数字信号处理平台(DSP)对系统进行了硬件实现,与理论分析基本一致的实验结果证明该系统是可行的且是物理可实现的。     

忆阻高通滤波电路准周期与混沌环面簇发振荡及慢通道效应

该文提出了一种忆阻高通滤波电路,它是由有源高通RC滤波器与二极管桥级联LC振荡器的忆阻模拟器并联耦合组成的。该文建立了电路方程与系统模型。基于分岔图、相平面图、庞加莱映射等数值仿真,开展了以反馈增益为可调参数的分岔分析,揭示了忆阻高通滤波电路中存在的准周期、混沌环面、混沌和多周期等簇发振荡行为。进一步地,通过快慢分析法,导出了快子系统的Hopf分岔集,并进而阐述了忆阻高通滤波电路慢通道效应的形成机理。最后,基于Multisim电路仿真验证了数值仿真结果。     

基于文氏振荡器的忆阻混沌电路

该文采用文氏桥振荡器和磁通控制的分段线性忆阻器,设计了一种新的单一参数控制的混沌电路。通过调节控制参数,该系统在忆阻器的非线性作用下,通过倍周期分岔产生了混沌和超混沌现象。利用常规的动力学分析手段研究了电路参数变化时系统的动力学特性,例如平衡点稳定性分析,李雅普诺夫指数谱和分岔图。为了验证电路的正确性,该文采用集成运放和压控开关实现了一个分段线性磁控忆阻器的模拟等效电路,并将该系统应用于提出的混沌电路,Pspice仿真结果与理论分析完全吻合。     

新型忆阻器混沌电路及其在图像加密中的应用

忆阻器是一种拥有记忆功能的电阻,目前忆阻器的研究热点及难点在于新模型的建立以及相关方面的应用。该文提出一种基于双曲正弦函数的新型磁控忆阻器模型,通过分析电压和电流的相轨迹关系,发现其具有典型的忆阻器电压-电流特性曲线。利用新建的忆阻器模型构造新型忆阻混沌系统,通过数值仿真绘出新系统的相轨迹图、分岔图、Lyapunov 指数谱等,分析了不同参数时系统的混沌演化过程。另外,基于电路仿真软件Multisim研制了实验仿真电路, 该电路结构简单、易于实际制作,且仿真实验与理论分析结论十分吻合,证实了提出的忆阻混沌系统电路在物理上是可以实现的。最后,利用新系统混沌序列对图像进行加密,重点分析了加密直方图、相邻像素相关性以及抗攻击能力与密钥敏感性,结果表明新系统对图像密钥及明文都非常敏感,密钥空间较大,新提出的忆阻混沌系统应用于图像加密具有较高的安全性能。     

基于双曲函数的双忆阻器混沌电路多稳态特性分析

基于经典蔡氏混沌振荡电路,引入一种双曲余弦函数的新型磁控忆阻器模型,设计含有两个双曲余弦忆阻器的混沌电路系统,讨论了系统平衡点集面的稳定区间.选择不同的忆阻初始值进行数值仿真,通过分岔图与Lyapunov指数谱研究双曲忆阻混沌系统的多稳态特性.结果表明,含双曲函数的双忆阻混沌电路具有复杂的动力学行为,运动轨迹不仅依赖于电路参数,还受电路的初始状态影响,由此产生了不同拓扑结构的混沌吸引子与不同周期运动的多稳态隐藏吸引子共存现象.     

简洁无电感忆阻混沌电路及其特性

采用非理想有源电压控制忆阻器和磁通控制型光滑3次非线性忆阻器,该文设计了一种不含电感的简单(只含5个电子元器件)双忆阻混沌电路。采用常规的非线性分析手段详细研究了电路参数变化时系统的基本动力学行为,例如平衡点稳定性分析,相轨图以及李雅普诺夫指数谱和分岔图等。通过调节系统控制参数,该系统可产生多涡卷、多翼以及暂态混沌等十分丰富的动力学现象。此外,还研究了系统依赖于忆阻器初始状态的多稳态,得到了一些有意义的结果。为验证电路的可行性及稳定性,通过对忆阻器的模拟等效电路的搭建,并将该等效电路应用于所提出的混沌电路中,硬件电路实验结果以及Multisim电路仿真结果与理论分析一致。     

含两个荷控忆阻器的五阶混沌电路研究

忆阻器作为一种具有记忆功能的新型非线性元件,被广泛应用于非线性电路系统设计中。利用两个基于荷控光滑模型的忆阻器以及采用常见的线性电子元件电感、电容、负电阻等设计了一种新的五阶混沌振荡电路。采用常规的系统动力学分析方法,分析了系统平衡点稳定性、相图、李雅普诺夫指数谱和分叉图,研究了系统随电路参数和荷控忆阻器初始状态变量变化的非线性动力学特性。Matlab数值仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于标准数学规划的非光滑器件/电路的建模及仿真

针对非光滑器件/电路的非光滑特性,提出了一种基于标准数学规划问题的建模及仿真。首先将非光滑器件建模为具有可能发生状态跳变的分段线性函数;其次给出了由这些非光滑器件构成的电路的非光滑线性特性的动态系统方程;然后对这些非光滑动态系统方程进行时间离散化得到各种类型的一步非光滑问题,如(线性)互补问题或具有等式-不等式约束的非线性(或二次)规划,进而进行数值求解。仿真实验结果表明,本文所提出的数值建模方法对于具有大量事件的非光滑系统是有效的,对于模型参数的变化具有鲁棒性。     

无平衡点忆阻超混沌系统的动力学分析及电路实现

为了探索忆阻超混沌系统更加丰富的动力学行为，在一个可通过调节常数项得到对称吸引子的四维混沌系统上引入磁控忆阻器，提出一个新型无平衡点的忆阻超混沌系统。采用分岔图、Lyapunov指数谱与相图等动力学分析方法对该忆阻超混沌系统进行研究，得到如下结果：新系统存在依赖于忆阻器初值的具有对称性的隐藏超级多稳定性，随系统参数改变而呈现的复杂隐藏动力学，丰富的状态转移行为以及偏移增量控制行为等。最后，设计并实现了该忆阻超混沌系统的实物电路，验证了系统的可实现性。     

基于分数阶忆阻器的混沌电路分析与设计

提出了一种新型的分数阶忆阻混沌电路.首先,建立了分数阶忆阻器的数学模型,通过数值仿真验证了分数阶广义忆阻器满足忆阻器的基本特性.然后,将分数阶广义忆阻器与蔡氏振荡电路相结合,建立了一种基于分数阶广义忆阻器的混沌电路模型.通过稳定性理论,对分数阶系统的稳定性进行了分析.为了进一步研究电路参数对系统动态行为的影响,利用相位...     

A novel current-controlled memristor-based chaotic circuit

In this paper, a novel third-order autonomous memristor-based chaotic circuit is proposed. The circuit has simple topology and contains only four elements including one linear negative impedance converter-based resistor, one linear capacitor, one linear inductor, and one nonlinear current-controlled memristor. Firstly, the voltage-current characteristic analysis of the memristor emulator for different driving amplitudes and frequencies are presented. With dimensionless system, the symmetry, equilibrium point and its stability are analysed. It is shown that the system has two unstable saddle-foci and one unstable saddle. A set of typical parameters are chosen for the generation of chaotic attractor. Differing from the common period-doubling bifurcation route in smooth dynamical systems, this memristive system shows abrupt transition from the coexisting period-1 limit cycles to robust chaos when varying system parameters. Various dynamical behaviors are analysed using the numerical simulations and circuit verifications.     

Configurable memristive logic block for memristive-based FPGA architectures

This article proposes a Configurable Memristive Logic Block (CMLB) that comprises of novel memristive logic cells. The memristive logic cells are constructed from memristive D flip-flop, 6-bit non-volatile look-up table (NVLUT), and multiplexers. The memristive logic cells are interconnected using memristive switch matrix cells to form the CMLB. The CMLB is then used to construct a memristor-based FPGA architecture. The proposed CMLB shows a reduction of 8.6% of device area and 1.094 times lesser critical path delay against the SRAM-based FPGA architecture. Against similar CMOS-based circuits, the memristive D flip-flop provides switching speed of 1.08 times faster, the NVLUT reduces power consumption by 6.25 nW, and the memristive logic cells reduce device area by 60.416 µm². In this research work also, various memristor-based FPGA architectures found in the literature are compared against the SRAM-based FPGA architecture.     

On the generalization of composite memristive network structures for computational analog/digital circuits and systems

The unique adaptive properties of memory resistors (memristors) are ideal for use in computational architectures. Multiple interconnected memristors demonstrate complicated overall behavior which significantly improves the efficiency of logic operations via massive parallelism. Nowadays, within an ever-growing variety of memristive systems, most of the research has so far focused on the properties of the individual devices; little is known about the extraordinary features of complex memristive networks and their application prospects. The composite characteristics of regular and irregular memristive networks are explored in this work. A generalized concept for the construction of composite memristive systems, efficiently built out of individual memristive devices, is presented. A new type of threshold-dependent programmable memristive switches, presenting different electrical characteristics from their structural elements, is proposed. As an example of the introduced approach, a SPICE simulation-based evaluation of several programmable analog circuits is presented. The proposed circuit design approach constitutes a step forward towards novel memristor-based nanoelectronic computational systems and architectures.     

一种基于忆阻器的可重配置逻辑电路

分析了具有阈值特性的双极性忆阻器模型的阈值电压和高低阻态开关特性,提出了一种基于该模型的可重配置逻辑电路。与基于忆阻器的蕴含逻辑门电路相比,可重配置逻辑电路具备逻辑运算的完备性,在实现“非”、“或”、“与”运算时,运算速度更快、功耗更低。仿真实验验证了电路逻辑功能的正确性,为设计运算速度更快、功耗更低的全加器和数选器等逻辑电路提供了参考。     

非对称忆阻诱导的吸引子非对称演化与机理研究

紧磁滞回线是评测物理器件或数学模型是否为忆阻的关键依据,其对称特性也是忆阻的重要特征之一。该文提出一种有源非对称忆阻二极管桥模拟器,它通过改变二极管桥中并联二极管的数量可实现紧磁滞回线非对称度的控制。首先,验证了该非对称忆阻模拟器的指纹特征,并着重探讨了激励频率和对称度控制参数对紧磁滞回线非对称度的影响。进一步地,将该非对称忆阻模拟器耦合到Sallen-Key高通滤波器,构建了一种无感忆阻蔡氏电路;建立了相应的无量纲系统,并揭示了系统吸引子的非对称演化现象。结合平衡点稳定性分析、分岔分析和多吸引子状态初值空间分布,阐明了吸引子非对称演化的产生机理。结果表明,受非对称忆阻的影响,无感忆阻蔡氏电路的两个不稳定鞍焦点失去平衡,导致了非对称共存分岔、多稳定模态等行为的产生。最后,由硬件电路实验验证了理论分析与数值仿真的正确性。