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      超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路及其構(gòu)建方法與流程

      文檔序號:11147325閱讀:1001來源:國知局
      超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路及其構(gòu)建方法與制造工藝

      本發(fā)明涉及一種含有隱藏吸引子的憶阻超混沌系統(tǒng),在原有的Lü系統(tǒng)的第一方程添加磁控憶阻項、第二方程添加線性反饋項和外部激勵項。實現(xiàn)了一種磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路。



      背景技術(shù):

      1971年提出了一種新的二端電路元件-憶阻器,并且從理論上預(yù)測了憶阻電荷與磁通量關(guān)系的存在性。2008年,美國惠普公司的研究人員將憶阻元件首次電路實現(xiàn)。2009年希捷公司的研究人員再次發(fā)明了一種基于電子磁性的自旋憶阻系統(tǒng)。近年來,憶阻元件因其具有非線性和記憶性,在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、保密通信、存儲器、生物模擬的研究預(yù)示存在廣闊的應(yīng)用前景。憶阻的出現(xiàn)使得延續(xù)摩爾定律成為了可能,其記憶特性、納米級尺寸、快速開關(guān)以及耗電量低等特點為其各種應(yīng)用的研究打下了堅實的基礎(chǔ)。并且,隨著材料、電子、系統(tǒng)、自動化等學科的發(fā)展,憶阻的研究和應(yīng)用將會成為越來越熱門的研究方向。

      基于憶阻的非線性,越來越多的學者開始將其應(yīng)用到混沌電路的產(chǎn)生中,從而在保密通信中有著許多應(yīng)用。雖然惠普公司和希捷公司相繼發(fā)明了憶阻元件的電路實現(xiàn)方法,但是其高昂的造價和較大的技術(shù)實現(xiàn)難度使得憶阻還無法達到商業(yè)化生產(chǎn)的水平。這使得許多研究人員還無法直接獲得相關(guān)的憶阻器件進行各種科學研究,因此,利用電阻、電容、電感、運算放大器、模擬乘法器等分立元器件實現(xiàn)了多種憶阻模擬器,或者基于特殊拓撲形式的電路構(gòu)建了若干廣義憶阻模擬器,為憶阻及其應(yīng)用電路的建模分析和實驗觀察做出了重要貢獻。本文提出了一種磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路,進一步地拓展了憶阻模擬器的實現(xiàn)形式。并且,本申請?zhí)岢鲈谒木S條件下獲得的憶阻超混沌電路,沒有平衡點,且能夠產(chǎn)生超混沌隱藏吸引子,使得該系統(tǒng)具有更為復(fù)雜的動力學特性,預(yù)期該憶阻系統(tǒng)在保密通信密鑰產(chǎn)生等方面的具有潛在的應(yīng)用價值。新系統(tǒng)所生成的新穎且奇異的隱藏吸引子,不同于傳統(tǒng)的自激吸引子,因為新系統(tǒng)不存在平衡點,其吸引盆與任何不穩(wěn)定平衡點不相交,它是近年來新發(fā)現(xiàn)且新定義的一類吸引子,得到了學術(shù)界的廣泛關(guān)注并取得了大量研究成果。因此,研究新憶阻系統(tǒng)的實現(xiàn)方法及其存在的隱藏吸引子有著重要的物理意義。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是構(gòu)建一種用于磁控憶阻類Lü系統(tǒng)的超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路及其構(gòu)建方法。

      為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路,包括:振蕩系統(tǒng)和磁控憶阻對應(yīng)的等效實現(xiàn)電路;其中所述振蕩系統(tǒng)適于通過與等效實現(xiàn)電路相連以呈現(xiàn)相應(yīng)隱藏振蕩現(xiàn)象。

      進一步,所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路包括:積分器,乘法器Ma、乘法器Mb,加法運算電路;其中所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路的輸入端對應(yīng)的狀態(tài)變量–vy經(jīng)過積分器的積分運算后輸出狀態(tài)變量vw,且該狀態(tài)變量vw經(jīng)過乘法器Ma后與狀態(tài)變量–vy通過乘法器Mb完成乘法運算后,再通過加法運算電路輸出–gW(vw)vy。

      進一步,所述加法運算電路包括:與等效實現(xiàn)電路的輸入端相連的第一電阻R/gα,與第二乘法器輸出端相連的第二電阻R/gβ,且第一、第二電阻的另一端相連后作為等效實現(xiàn)電路的輸出端;其中設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)α=4和β=0.18。

      進一步,所述振蕩系統(tǒng)包括:第一、第二和第三積分通道;其中

      第一積分通道內(nèi)包括第一積分器,其有兩個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/a后接到運算放大器U1的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)另一電阻R/a后接于運算放大器U1的反相輸入端,該輸入端還串聯(lián)所述磁控憶阻器后接于運算放大器U1的反相輸入端,運算放大器U1的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C1,且運算放大器U1的同相輸入端接地;

      所述運算放大器U1的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vx;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)a=36;

      第二積分通道內(nèi)包括第二積分器和一級反相器,其分別對應(yīng)四個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/d后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量v1,且串聯(lián)一電阻R/2后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      第三輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)一電阻R/b后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      第四輸入端適于接入外部激勵項–μ,且串聯(lián)一電阻2R后接于運算放大器U2的反相輸入端,運算放大器U2的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C2,所述運算放大器U2的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vy

      運算放大器U2的輸出端和運算放大器U3的反相輸入端之間串聯(lián)一阻值為36kΩ的電阻,運算放大器U3的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)另一阻值36kΩ的電阻,運算放大器U2和運算放大器U3的同相輸入端均接地;

      所述運算放大器U3的輸出端適于輸出狀態(tài)變量–vy;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)b=20、d=5、μ=0.1和v1=vxvz;

      第三積分通道內(nèi)包括第三積分器,其分別對應(yīng)兩個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量v2,且串聯(lián)另一電阻R/2后接于運算放大器U4的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量vz,且串聯(lián)一電阻R/c后接于運算放大器U4的反相輸入端,運算放大器U4的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C3,運算放大器U4的同相輸入端接地;

      所述運算放大器U4的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vz;以及

      設(shè)置控制參數(shù)c=3和v2=–vxvy;并且

      所述輸入端v1和v2分別對應(yīng)乘法器M1和乘法器M2的輸出端,其中

      乘法器M1的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和vz;以及

      乘法器M2的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和-vy。

      又一方面,本發(fā)明還提供了一種超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路的構(gòu)建方法,包括如下步驟

      步驟S1,建立磁控憶阻對應(yīng)的等效實現(xiàn)電路;

      步驟S2,建立振蕩系統(tǒng);以及

      步驟S3,將等效實現(xiàn)電路接入振蕩系統(tǒng)內(nèi)以呈現(xiàn)相應(yīng)隱藏振蕩現(xiàn)象。

      進一步,所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路包括:積分器,乘法器Ma、乘法器Mb,加法運算電路;其中

      所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路的輸入端對應(yīng)的狀態(tài)變量–vy經(jīng)過積分器的積分運算后輸出狀態(tài)變量vw,且該狀態(tài)變量vw經(jīng)過乘法器Ma后與狀態(tài)變量–vy通過乘法器Mb完成乘法運算后,再通過加法運算電路輸出–gW(vw)vy。

      進一步,所述加法運算電路包括:與等效實現(xiàn)電路的輸入端相連的第一電阻R/gα,與第二乘法器輸出端相連的第二電阻R/gβ,且第一、第二電阻的另一端相連后作為等效實現(xiàn)電路的輸出端;其中

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)α=4和β=0.18。

      進一步,所述振蕩系統(tǒng)包括:第一、第二和第三積分通道;其中

      第一積分通道內(nèi)包括第一積分器,其有兩個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/a后接到運算放大器U1的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)另一電阻R/a后接于運算放大器U1的反相輸入端,該輸入端還串聯(lián)所述磁控憶阻器后接于運算放大器U1的反相輸入端,運算放大器U1的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C1,且運算放大器U1的同相輸入端接地;

      此時所述運算放大器U1的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vx;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)a=36;

      第二積分通道內(nèi)包括第二積分器和一級反相器,其分別對應(yīng)四個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/d后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量v1,且串聯(lián)一電阻R/2后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      第三輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)一電阻R/b后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      第四輸入端適于接入外部激勵項–μ,且串聯(lián)一電阻2R后接于運算放大器U2的反相輸入端,運算放大器U2的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C2,所述運算放大器U2的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vy;

      運算放大器U2的輸出端和運算放大器U3的反相輸入端之間串聯(lián)一阻值為36kΩ的電阻,運算放大器U3的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)另一阻值36kΩ的電阻,運算放大器U2和運算放大器U3的同相輸入端均接地;

      所述運算放大器U3的輸出端適于輸出狀態(tài)變量–vy;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)b=20、d=5、μ=0.1和v1=vxvz;

      第三積分通道內(nèi)包括第三積分器,其分別對應(yīng)兩個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量v2,且串聯(lián)另一電阻R/2后接于運算放大器U4的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量vz,且串聯(lián)一電阻R/c后接于運算放大器U4的反相輸入端,運算放大器U4的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C3,運算放大器U4的同相輸入端接地;

      所述運算放大器U4的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vz;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)c=3和v2=–vxvy;并且

      所述輸入端v1和v2分別對應(yīng)乘法器M1和乘法器M2的輸出端,其中

      乘法器M1的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和vz;以及

      乘法器M2的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和-vy

      本發(fā)明的有益效果是,本發(fā)明涉及磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路及其構(gòu)建方法,其在原有的Lü系統(tǒng)的第一方程中添加磁控憶阻項,即第一積分通道;第二方程中添加線性反饋項和外部激勵項,即第二積分通道、第三方程保持不變,實現(xiàn)了一種超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路,并且該電路系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于理論分析和電路集成,可呈現(xiàn)出點吸引子、周期極限環(huán)、準周期極限環(huán)、混沌吸引子和超混沌吸引子等隱藏振蕩現(xiàn)象,有較好的工程應(yīng)用價值。

      附圖說明

      下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

      圖1(a)磁控憶阻對應(yīng)的等效實現(xiàn)電路的電路圖;圖1(b)振蕩系統(tǒng)的電路圖;

      圖2磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路模型數(shù)值仿真得到的隨憶阻變化的李雅普諾夫指數(shù)圖,說明該電路存在復(fù)雜的動力學特性;

      圖3磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路數(shù)值仿真得到的隱藏吸引子在x–z平面上的相軌圖,其中圖3(a)點吸引子;圖3(b)周期2極限環(huán)軌道;圖3(c)周期3極限環(huán)軌道;圖3(d)準周期極限環(huán)軌道;圖3(e)混沌軌道;圖3(f)超混沌軌道;

      圖4磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路數(shù)值仿真得到的超混沌隱藏吸引子在4個相平面上的相軌圖,其中圖4(a)在x–z平面上;圖4(b)在x–y平面上;圖4(c)在x–w平面上;圖4(d)在w–z平面上;

      圖5磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路實驗測量捕捉的隱藏吸引子在x–z平面上的相軌圖,其中圖5(a)點吸引子;圖5(b)周期2極限環(huán)軌道;圖5(c)周期3極限環(huán)軌道;圖5(d)準周期極限環(huán)軌道;圖5(e)混沌軌道;圖5(f)超混沌軌道;

      圖6磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路實驗測量捕捉的超混沌隱藏吸引子在4個相平面上的相軌圖,其中圖6(a)在x–z平面上;圖6(b)在x–y平面上;圖6(c)在x–w平面上;圖6(d)在w–z平面上。

      具體實施方式

      現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖,僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu),因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

      實施例1

      如圖1(a)和圖1(b),本實施例1提供了一種超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路,包括:振蕩系統(tǒng)和磁控憶阻對應(yīng)的等效實現(xiàn)電路;其中所述振蕩系統(tǒng)適于通過與等效實現(xiàn)電路相連以呈現(xiàn)相應(yīng)隱藏振蕩現(xiàn)象。

      進一步,所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路包括:積分器,乘法器Ma、乘法器Mb,加法運算電路;其中所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路的輸入端對應(yīng)的狀態(tài)變量–vy經(jīng)過積分器運算后輸出狀態(tài)變量vw,且該狀態(tài)變量vw經(jīng)過乘法器Ma后與狀態(tài)變量–vy通過乘法器Mb完成乘法運算后,再通過加法運算電路輸出–gW(vw)vy

      進一步,所述加法運算電路包括:與等效實現(xiàn)電路的輸入端相連的第一電阻R/gα,與第二乘法器輸出端相連的第二電阻R/gβ,且第一、第二電阻的另一端相連后作為等效實現(xiàn)電路的輸出端;其中設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)α=4和β=0.18。

      具體的,所述等效實現(xiàn)電路的連接方式為:其輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)電阻R/2后接運算放大器Ua的反相輸入端,運算放大器Ua的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容Ca,此時運算放大器Ua的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vw;乘法器Ma的兩個輸入端都適于接入狀態(tài)變量vw,乘法器Ma的輸出端接乘法器Mb的一個輸入端;Mb的另一個輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,乘法器Mb的輸出端與所述等效實現(xiàn)電路輸出端之間串聯(lián)電阻R/gβ,狀態(tài)變量–vy與等效實現(xiàn)電路輸入端之間串聯(lián)電阻R/gα,此時憶阻輸出端輸出-gW(vw)vx;運算放大器Ua的同相輸入端接地;其中設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)α=4和β=0.18。

      所述磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路主電路如圖1所示,其中x,y,z和w為系統(tǒng)的四個狀態(tài)變量,vx,vy,vz和vw為系統(tǒng)對應(yīng)電路的四個狀態(tài)變量并有如下關(guān)系,其中根據(jù)仿真結(jié)果考慮所用運放和乘法器的電壓范圍,對電壓狀態(tài)變量進行了一定的縮放

      x=2vx/V,y=2vy/V,z=2vz/V,w=vw/V。

      進一步,所述振蕩系統(tǒng)包括:第一、第二和第三積分通道;其中第一積分通道內(nèi)包括第一積分器,其有兩個輸入端,即一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/a后接到運算放大器U1的反相輸入端;另一輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)另一電阻R/a后接于運算放大器U1的反相輸入端,該輸入端還串聯(lián)所述磁控憶阻器后接于運算放大器U1的反相輸入端,運算放大器U1的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C1,且運算放大器U1的同相輸入端接地;所述運算放大器U1的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vx;以及設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)a=36;第二積分通道內(nèi)包括第二積分器和一級反相器,其分別對應(yīng)四個輸入端,即一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/d后接于運算放大器U2的反相輸入端;另一輸入端適于接入狀態(tài)變量v1,且串聯(lián)一電阻R/2后接于運算放大器U2的反相輸入端;第三輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)一電阻R/b后接于運算放大器U2的反相輸入端;第四輸入端適于接入外部激勵項–μ,且串聯(lián)一電阻2R后接于運算放大器U2的反相輸入端,運算放大器U2的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C2,所述運算放大器U2的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vy;運算放大器U2的輸出端和運算放大器U3的反相輸入端之間串聯(lián)一阻值為36kΩ的電阻,運算放大器U3的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)另一阻值36kΩ的電阻,運算放大器U2和運算放大器U3的同相輸入端均接地;所述運算放大器U3的輸出端適于輸出狀態(tài)變量–vy;以及設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)b=20、d=5、μ=0.1和v1=vxvz;第三積分通道內(nèi)包括第三積分器,其分別對應(yīng)兩個輸入端,即一輸入端適于接入狀態(tài)變量v2,且串聯(lián)另一電阻R/2后接于運算放大器U4的反相輸入端;另一輸入端適于接入狀態(tài)變量vz,且串聯(lián)一電阻R/c后接于運算放大器U4的反相輸入端,運算放大器U4的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C3,運算放大器U4的同相輸入端接地;所述運算放大器U4的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vz;以及設(shè)置控制參數(shù)c=3和v2=–vxvy;并且所述輸入端v1和v2分別對應(yīng)乘法器M1和乘法器M2的輸出端,其中乘法器M1的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和vz;以及乘法器M2的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和-vy。

      三個積分通道與等效實現(xiàn)電路中通道所有相同標注的節(jié)點依次相連為一個四維振蕩系統(tǒng)。與振蕩系統(tǒng)中各積分電路各相同端口依次相連后,隨憶阻增益變化,可實現(xiàn)輸出周期極限環(huán)、準周期極限環(huán)、混沌吸引子和超混沌吸引子等隱藏振蕩現(xiàn)象。

      實施例2

      在實施例1基礎(chǔ)上,本實施例2還提供了一種超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路的構(gòu)建方法,包括如下步驟

      步驟S1,建立磁控憶阻對應(yīng)的等效實現(xiàn)電路;

      步驟S2,建立振蕩系統(tǒng);以及

      步驟S3,將等效實現(xiàn)電路接入振蕩系統(tǒng)內(nèi)以呈現(xiàn)相應(yīng)隱藏振蕩現(xiàn)象。

      進一步,所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路包括:積分器,乘法器Ma、乘法器Mb,加法運算電路;其中

      所述磁控憶阻等效實現(xiàn)電路的輸入端對應(yīng)的狀態(tài)變量–vy經(jīng)過積分器的積分運算后輸出狀態(tài)變量vw,且該狀態(tài)變量vw經(jīng)過乘法器Ma后與狀態(tài)變量–vy通過乘法器Mb完成乘法運算后,再通過加法運算電路輸出–gW(vw)vy。

      進一步,所述加法運算電路包括:與等效實現(xiàn)電路的輸入端相連的第一電阻R/gα,與第二乘法器輸出端相連的第二電阻R/gβ,且第一、第二電阻的另一端相連后作為等效實現(xiàn)電路的輸出端;其中

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)α=4和β=0.18。

      進一步,所述振蕩系統(tǒng)包括:第一、第二和第三積分通道;其中

      第一積分通道內(nèi)包括第一積分器,其有兩個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/a后接到運算放大器U1的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)另一電阻R/a后接于運算放大器U1的反相輸入端,該輸入端還串聯(lián)所述磁控憶阻器后接于運算放大器U1的反相輸入端,運算放大器U1的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C1,且運算放大器U1的同相輸入端接地;

      此時所述運算放大器U1的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vx;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)a=36;

      第二積分通道內(nèi)包括第二積分器和一級反相器,其分別對應(yīng)四個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量vx,且串聯(lián)一電阻R/d后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量v1,且串聯(lián)一電阻R/2后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      第三輸入端適于接入狀態(tài)變量–vy,且串聯(lián)一電阻R/b后接于運算放大器U2的反相輸入端;

      第四輸入端適于接入外部激勵項–μ,且串聯(lián)一電阻2R后接于運算放大器U2的反相輸入端,運算放大器U2的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C2,所述運算放大器U2的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vy

      運算放大器U2的輸出端和運算放大器U3的反相輸入端之間串聯(lián)一阻值為36kΩ的電阻,運算放大器U3的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)另一阻值36kΩ的電阻,運算放大器U2和運算放大器U3的同相輸入端均接地;

      所述運算放大器U3的輸出端適于輸出狀態(tài)變量–vy;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)b=20、d=5、μ=0.1和v1=vxvz

      第三積分通道內(nèi)包括第三積分器,其分別對應(yīng)兩個輸入端,即

      一輸入端適于接入狀態(tài)變量v2,且串聯(lián)另一電阻R/2后接于運算放大器U4的反相輸入端;

      另一輸入端適于接入狀態(tài)變量vz,且串聯(lián)一電阻R/c后接于運算放大器U4的反相輸入端,運算放大器U4的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)電容C3,運算放大器U4的同相輸入端接地;

      所述運算放大器U4的輸出端適于輸出狀態(tài)變量vz;以及

      設(shè)置相應(yīng)控制參數(shù)c=3和v2=–vxvy;并且

      所述輸入端v1和v2分別對應(yīng)乘法器M1和乘法器M2的輸出端,其中

      乘法器M1的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和vz;以及

      乘法器M2的兩輸入端分別對應(yīng)輸入端vx和-vy

      對實施例1和實施例2的具體實現(xiàn)原理進行展開說明如下:

      數(shù)學建模:本發(fā)明基于磁控憶阻類Lü系統(tǒng)的數(shù)學模型

      在式(1)中,x、y、z為3個狀態(tài)變量,a、b和c為3個控制參數(shù)。在式(1)基礎(chǔ)上,第一方程添加磁控憶阻項、第二方程添加線性反饋項和外部激勵項后,可建立磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路的無量綱方程為:

      式(2)式有a、b、c、d和μ五個系統(tǒng)控制參數(shù)以及α和β兩個憶阻內(nèi)部參數(shù)。在下面的分析中,設(shè)置a=36、b=20、c=3、d=5、μ=0.1、α=4和β=0.18,選擇憶阻增益g為磁控憶阻系統(tǒng)的唯一控制參數(shù)。因外部激勵項μ的存在,式(2)描述的憶阻系統(tǒng)不存在平衡點,因此該系統(tǒng)輸出的相軌圖均屬于隱藏吸引子。

      在式(2)中,w為磁控憶阻內(nèi)部無量綱狀態(tài)變量,且W(w)=(α+βw2)。基于運算放大器和模擬乘法器的純模擬電路可實現(xiàn)式(2)所描述的非線性動力學系統(tǒng),其中,vx、vy、vz、vw分別代表4個積分電路通道的電容電壓狀態(tài)變量,其中根據(jù)(2)式數(shù)值仿真結(jié)果狀態(tài)變量的變化范圍太大,考慮到電路實現(xiàn)所用運放和乘法器的電壓范圍限制,對式(2)所描述的電壓狀態(tài)變量進行了一定的縮放:

      x=2vx/V,y=2vy/V,z=2vz/V,w=vw/V (3)

      RC為積分時間常數(shù),且v1=vxvz和v2=–vxvy。因此,式(2)中的磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路原理圖如圖1所示,該電路狀態(tài)方程表示如下:

      其中,本文選用的磁控憶阻器的數(shù)學模型為:

      式(5)中,α和β為2個正實常數(shù),vw為磁控憶阻的內(nèi)部狀態(tài)變量,vy為憶阻的輸入電壓,iy為憶阻的輸出并用于第二積分通道中積分器的反向輸入。一種基于運算放大器和模擬乘法器實現(xiàn)的非理想磁控憶阻W(vw)的所述超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路如圖1(a)所示,其中積分時間常數(shù)RC與圖1(b)的保持一致。至此,本發(fā)明構(gòu)建了一種磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路的電路實現(xiàn)方案。

      數(shù)值仿真如下:利用MATLAB仿真軟件平臺,可以對式(2)所描述的系統(tǒng)進行數(shù)值仿真分析。選擇龍格-庫塔(ODE45)算法對系統(tǒng)方程求解,可獲得此憶阻系統(tǒng)狀態(tài)變量的李雅普諾夫指數(shù)譜如圖2所示和隱藏吸引子相軌圖如圖3、4所示。當磁控憶阻增益g=16時,LE1=0、LE2=-2.982、LE3=-7.948、LE4=-8.077,由圖3(a)可見,磁控憶阻系統(tǒng)呈現(xiàn)點隱藏吸引子;當磁控憶阻增益g=1.7時,LE1=0、LE2=-0.06891、LE3=-0.594、LE4=-18.29,由圖3(b)可見,磁控憶阻系統(tǒng)呈現(xiàn)周期二隱藏極限環(huán);當磁控憶阻增益g=5.96時,LE1=0、LE2=-0.2976、LE3=-0.299、LE4=-18.37,由圖3(c)可見,磁控憶阻系統(tǒng)呈現(xiàn)周期三隱藏極限環(huán)。當磁控憶阻增益g=7.95時,LE1=0、LE2=0、LE3=-0.1347、LE4=-18.83,由圖3(d)可見,磁控憶阻系統(tǒng)呈現(xiàn)準周期隱藏極限環(huán)。當磁控憶阻增益g=2.55時,LE1=0.6534、LE2=0、LE3=-0.06931、LE4=-19.53,由圖3(e)可見,磁控憶阻系統(tǒng)呈現(xiàn)隱藏混沌吸引子。當磁控憶阻增益g=13.4時,LE1=0.2411、LE2=0.1129、LE3=0、LE4=-19.32,由圖3(f)可見,磁控憶阻系統(tǒng)呈現(xiàn)隱藏超混沌吸引子。磁控憶阻系統(tǒng)的隱藏超混沌吸引子,對應(yīng)的不同平面的MATLAB數(shù)值仿真相軌圖分別如圖4(a)(b)(c)(d)所示。毫無疑問在四維維度下的超混沌系統(tǒng)大大地提高了憶阻電路動力學特性的復(fù)雜性,對于憶阻系統(tǒng)在保密通信等方面的具有潛在的應(yīng)用價值。由此表明,該電路可以通過調(diào)節(jié)電路憶阻增益參數(shù)值g產(chǎn)生不同的混沌信號,得到多種具有復(fù)雜動力學特性的混沌行為,實現(xiàn)了一種可行的新型憶阻超混沌隱藏吸引子信號發(fā)生器。

      實驗驗證:本設(shè)計分立元件選用金屬膜電阻、精密可調(diào)電阻和獨石電容,分立器件選用供電電壓為±15V的OP07CP運算放大器和AD633JNZ模擬乘法器。實驗過程中,由Agilent Technologies DSO7054B數(shù)字存儲示波器完成實驗波形捕捉。其中,參考電阻和參考電容分別選擇為:R=36kΩ、C=100nF。此外,電阻Re和Rf是聯(lián)動可調(diào)的,其參數(shù)值分別為:Re=R/gα、Re=R/gβ。當增益g變化時,聯(lián)動可調(diào)電阻的參數(shù)值分別固定為:Re和Rf。憶阻系統(tǒng)(2)或是收斂到一個點的,或是周期的,或是準周期的,或是混沌的,或是超混沌的隱藏吸引子。隨著增益g變化的點、周期、準周期、混沌和超混沌隱藏吸引子在xz相平面上的投影如圖5所示。

      對圖4(a)(b)(c)(d)數(shù)值仿真中的超混沌隱藏吸引子相軌圖進行了實驗驗證,實驗結(jié)果分別如圖6(a)(b)(c)(d)。

      將圖5和6實驗測量結(jié)果與圖3和4數(shù)值仿真結(jié)果作比較,可發(fā)現(xiàn)兩者有著較好的一致性,由此驗證了憶阻系統(tǒng)的復(fù)雜動力學行為的存在性。該結(jié)果進一步證實了該系統(tǒng)可呈現(xiàn)出穩(wěn)定的點吸引子、周期極限環(huán)、準周期極限環(huán)、混沌吸引子和超混沌引子等隱藏振蕩現(xiàn)象分析的正確性,電路實現(xiàn)一種磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路。

      對比結(jié)果可以說明:實驗電路中觀測到的非線性現(xiàn)象與仿真結(jié)果具有較好的一致性,可以驗證理論分析和數(shù)值仿真的正確性。因此,本發(fā)明所構(gòu)建的一種磁控憶阻類Lü系統(tǒng)超混沌隱藏吸引子產(chǎn)生電路具有科學的理論依據(jù)和物理上的可實現(xiàn)性,可對混沌電路研究到相關(guān)領(lǐng)域工程應(yīng)用起到積極的推動作用。

      以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示,通過上述的說明內(nèi)容,相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi),進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容,必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。

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