基于记忆元件的混沌电路研究
混沌是当今学术界普遍关注的前沿课题与学术热点，在经历了半个世纪的发展后已经渗透到了不同的自然科学和工程领域，它在电子学、力学、通信工程、计算机工程、应用数学和实验物理等领域中都存在着广泛的应用前景。混沌电路则是这些技术研究和应用的基础，所以混沌电路的理论分析包括混沌行为的判定、混沌形成机理、电路的稳定性及分岔等等都是当前迫切需要研究和解决的重要问题。 近年来，随着记忆元件的提出与实现，记忆元件在混沌电路中的应用成为了一个新的热门研究方向。记忆元件是一种纳米级的具有自动记忆功能的新型非线性两端电路元件，在非易失性存储器、大规模集成电路、人工神经网络和混沌电路等方面有着巨大的应用潜能，它的出现有望改变整个电路理论。由于记忆元件所具有的独特的非线性电路特性，可以很容易地与常规电子器件结合以产生混沌。 本文将对记忆元件建立仿真模型，并对其主要特性进行分析。利用记忆元件构造了一系列新的混沌电路，对其作了详细的动力学分析，得到了许多不同于传统混沌电路的独特物理现象。主要内容包括以下四个部分: (1)本文根据非线性电路理论，对记忆元件的物理模型进行数学建模，并进一步在MATLAB环境下实现了直观的Simulink仿真模型。通过计算机仿真实验观察了仿真模型在不同激励信号及元件参数下的状态变化，对比分析了相应的测试结果。 (2)采用一个由光滑三次非线性函数描述的磁控忆阻器替换MLC混沌电路中的蔡氏二极管，导出了一个新的基于忆阻器的MLC混沌电路。此电路系统结构简单，且可以产生丰富的分岔和混沌行为。基于该混沌电路，利用相轨图、Lyapunov指数谱、庞加莱映射、功率谱、分岔图等常规的动力学分析方法，分析了其基本动力学特性，并详细研究了在初始条件与电路参数发生变化时系统的动力学特性。 (3)利用无源光滑磁控忆阻器和一个负电导构成的有源忆阻电路替换蔡氏混沌振荡器中的蔡氏二极管，并在电感元件上串联了一个周期性的正弦交流电压源，实现了一个新的非自治光滑忆阻振荡器。同样利用相轨图、Lyapunov指数谱、庞加莱映射、功率谱、分岔图等常规的动力学分析方法，分析了其基本动力学特性，并详细研究了在初始条件与电路参数发生变化时系统的动力学特性。 (4)提出了一个由光滑磁控忆感器和常规电子器件构成的新的忆感混沌电路，并研究了其非线性动力学特性。在数值计算的基础上，通过计算机仿真研究了在特定条件下该电路的复杂动态特性，为忆感元件应用于混沌电路提供了可行性依据。 本文的研究成果为记忆元件应用于混沌学提供了重要的理论支撑和实验依据，可望在将来用于混沌通信、混沌加密及混沌控制和同步等领域。因此，从理论研究上和工程应用上来说，本课题都具有重大意义。
混沌电路;动力学分析;记忆元件;形成机理;稳定性;仿真模型
浙江师范大学
硕士
物理电子学
汪晓东
2013
中文
TN701
101
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）