分段线性忆阻系统的簇发振荡及其机理分析

为了研究分段线性忆阻系统的簇发振荡及其形成机理,该文在一非自治系统中引入分段线性忆阻器模型与慢变化的周期激励项,建立了一种两时间尺度的4D分段线性忆阻系统。由于分段线性忆阻器模型的引入,系统被非光滑分界面分成不同的子系统。相应子系统控制的名义平衡轨迹的稳定性与非光滑分界面均会影响系统的簇发现象,导致轨迹在非光滑分界面处的突然跃迁与非光滑分岔的产生,从而展现出两种不同机理的簇发模式。利用微分包含定理对分岔机理进行分析,并借助时序图、转换相图等,通过数值仿真与Multisim电路仿真验证了理论分析的正确性,该文对分段线性忆阻系统的动力学行为及应用研究具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

新型二阶磁控忆阻器简化模型的设计与验证

忆阻理论的提出极大地推进了混沌系统的发展,丰富了混沌电路的动力学行为。运算放大器因其强大的信号处理能力,成为忆阻器电路模型的重要组成部分。本文基于低功耗差分对构建了一种极简化的运算放大器,该运算放大器将所需晶体管数目减少至2个;以此运算放大器为基础,设计了新型二阶磁控忆阻器的模拟等效电路模型和硬件实验电路。结果表明：激励信号频率增加,斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积减小;激励信号幅度增加,斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积增加。电路仿真结果与硬件电路实验结果验证了新型磁控忆阻器模型的有效性与设计方法的正确性。     

基于FPGA技术的双磁控忆阻Shinriki振荡器对称行为分析

该文通过将无源磁控忆阻器替换Shinriki振荡器中的二极管串并联支路,并利用有源磁控忆阻代替RLC谐振回路中的电阻,同时在电感支路串联电阻,得到一个新型双磁控忆阻Shinriki振荡器。通过特定参数的共存分岔图和Lyapunov指数谱,开创性地发现了振荡器具有的对称分岔行为,在双参数平面内展现运动状态分布的对称性。同时,在对称参数-初值平面的吸引盆中,分析对称域内系统的多稳态特性。并对存在的对称反单调现象、多运动状态吸引子对称共存和对称域中依赖初值的不完全对称行为进行研究。此外,基于FPGA技术完成双磁控忆阻Shinriki振荡器的数字电路实验,示波器上捕捉的波形验证了系统对称动力学行为分析的正确性。     

基于FPGA技术的双磁控忆阻Shinriki振荡器对称行为分析

该文通过将无源磁控忆阻器替换Shinriki振荡器中的二极管串并联支路,并利用有源磁控忆阻代替RLC谐振回路中的电阻,同时在电感支路串联电阻,得到一个新型双磁控忆阻Shinriki振荡器.通过特定参数的共存分岔图和Lyapunov指数谱,开创性地发现了振荡器具有的对称分岔行为,在双参数平面内展现运动状态分布的对称性.同时,在对称参数-初值平面的吸引盆中,分析对称域内系统的多稳态特性.并对存在的对称反单调现象、多运动状态吸引子对称共存和对称域中依赖初值的不完全对称行为进行研究.此外,基于FPGA技术完成双磁控忆阻Shinriki振荡器的数字电路实验,示波器上捕捉的波形验证了系统对称动力学行为分析的正确性.     

忆阻开关混沌电路及其吸引子共存现象研究

为了研究忆阻开关电路的动力学行为,该文提出一种具有多吸引子共存现象的忆阻开关混沌电路。在该电路中存在多吸引子分岔,当系统中发生边界碰撞之后,系统中将产生不同的吸引子共存现象。其中包括单周期极限环与混沌吸引子共存,不同的混沌吸引子共存,对称的2周期极限环共存现象,以及对称的2周期极限环与5周期极限环共存现象等。该文通过相图、分岔图等数值仿真,分析了该电路的动力学行为,并利用PSIM电路仿真验证了其电路的可行性,对开关电路中多吸引子共存现象和混沌应用的研究具有重要意义。     

文氏桥振荡器的簇发现象分析及实验验证

本文采用一对二极管将无源LC滤波器非线性耦合到文氏桥振荡器的并联桥臂替换电阻,实现了一种新颖的文氏桥振荡器;建立了该电路的动力学模型,开展了动力学行为分析.结果表明:文氏桥振荡器在给定的参数域内具有快慢效应.进一步研究了混沌簇发和周期簇发现象.本文研制了实验电路,该实验电路结构简单、易物理实现,实验测量和数值仿真两者结果一致,证明了理论分析的有效性.     

忆阻器网络等效分析电路及其特性研究

随着忆阻器理论研究的不断深入和圆满实现,加上其独特的物理性质,其应用前景将非常乐观。该文提出了忆阻器有P型和N型两种,对其物理性质进行了分析研究,得出了它们具有对偶特征。基于此,忆阻器间可以通过适当的连接和参数选择,对外呈现出线性特性,而各自仍具备忆阻器的固有属性。同时,给出了忆阻器及其串并联的一种等效分析电路拓扑结构,仿真结果表明,该方法有效、结论正确,从而为忆阻器的理论和应用研究,特别是忆阻器网路的构建开辟了新途径。     

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.     

基于忆阻器的乘法器电路设计

忆阻器作为一种非易失性的新型电路元件,在数字逻辑电路中具有良好的应用前景。目前,基于忆阻器的逻辑电路主要涉及全加器、乘法器以及异或(XOR)和同或(XNOR)门等研究,其中对于忆阻乘法器的研究仍比较少。该文采用两种不同方式来设计基于忆阻器的2位二进制乘法器电路。一种是利用改进的“异或”及“与”多功能逻辑模块,设计了一个2位二进制乘法器电路,另一种是结合新型的比例逻辑,即由一个忆阻器和一个NMOS管构成的单元门电路设计了一个2位二进制乘法器。对于所设计的两种乘法器进行了比较,并通过LTSPICS仿真进行验证。该文所设计的乘法器仅使用了2个N型金属-氧化物-半导体(NMOS)以及18个忆阻器(另一种为6个NMOS和28个忆阻器),相比于过去的忆阻乘法器,减少了大量晶体管的使用。     

并联型忆阻器混沌电路设计

利用磁控忆阻器、电感和电容三个元件并联设计了一种新型忆阻器混沌电路。采用常规的动力学分析方法研究了系统的基本动力学特性,例如相图、平衡点稳定性分析、李雅普诺夫指数谱和分岔图。结果表明该系统产生了一类特殊混沌吸引子,且随系统参数改变,系统可以产生丰富的混沌行为。为验证电路混沌行为,利用Pspice进行了相应的电路仿真,仿真结果与理论分析、数值仿真基本一致。     

分数阶忆阻退化Jerk系统的特性分析与DSP实现

为了探究分数阶形式下该类系统的动力学特性,该文将分数阶微积分引入到忆阻退化Jerk系统中,增加了一个自由度,提升了系统性能。通过相图、分岔图、李雅普诺夫指数谱、复杂度混沌图等分析了系统的动力学特性,并采用DSP技术,实现了该系统的数字电路。研究结果表明,系统拓展到分数阶后有两种不同的单涡卷吸引子,系统随初值变化呈现倍周期分岔路径,在某些特定初值处系统演化路径出现跃变。系统具有无限多个吸引子共存。     

磁控二氧化钛忆阻混沌系统及其电路设计

忆阻器是一种非线性电子元件,可以作为混沌系统的非线性部分,为了提高混沌系统的信号随机性和复杂度,构建了一个磁控二氧化钛忆阻混沌系统。从系统的对称性、耗散度、平衡点稳定性、Lyapunov指数谱和维数、功率谱、庞加莱截面等方面来研究该混沌系统的内在动力学特性。采用双参数影响下的混沌图和复杂度分析方法得到了系统的最优参数范围,同时搭建了基于Multisim的忆阻混沌电路,采用改进型模块化设计来产生混沌信号。实验仿真结果表明,该忆阻混沌系统在最优参数范围下的多稳态共存特性显著,具有丰富的动力学行为,模拟电路验证了该忆阻混沌系统的可实现性,为进一步研究忆阻器混沌系统在图像、音频、文本保密处理中的应用提供了实验基础。     

基于簇型无线传感器网络的时间同步算法研究

文章提出一种基于簇型网络时间同步的改进算法（CITPSN）。该算法建立在分簇算法的基础上。通过簇间同步和簇内同步完成全网同步。在簇间同步阶段,采用双向消息交换的同步机制完成各簇头间的同步。在簇内同步阶段,采用改进的双向消息交换同步机制,完成簇头与簇内节点的同步。最后,通过仿真实验证明CITPSN算法相对于经典双向消息交换TPSN算法在同步精度与能量节省上均存在优势。     

基于忆阻的全功能巴甫洛夫联想记忆电路的设计、实现与分析

联想记忆是一种描述生物学习和遗忘过程的重要机制,对构建神经形态计算系统和模拟类脑功能有重要的意义,设计并实现联想记忆电路成为人工神经网络领域内的研究热点。巴甫洛夫条件反射实验作为联想记忆的经典案例之一,其硬件电路的实现方案仍然存在电路设计复杂、功能不完善以及过程描述不清晰等问题。基于此,该文融合经典的条件反射理论和纳米科学技术,提出一种基于忆阻的全功能巴甫洛夫联想记忆电路。首先,基于水热合成法和磁控溅射法制备了Ag/TiO_x nanobelt/Ti结构的忆阻器,通过电化学工作站、四探针测试台和透射电子显微镜联合完成相应的性能测试;接着,利用测试得到的电化学数据,构建了Ag/TiO_x nanobelt/Ti忆阻器的数学模型和SPICE电路模型,并通过客观评价验证模型的精确度;进一步,基于提出的Ag/TiO_x nanobelt/Ti忆阻器模型,设计了一种全功能巴甫洛夫联想记忆电路,通过电路描述和功能分析,论述了该电路能够正确模拟巴甫洛夫实验中2类学习过程和3类遗忘过程;最后,通过一系列计算机仿真和分析,验证了所提方案的正确性和有效性。