CN108512646B - 一种多涡卷混沌电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多涡卷混沌电路系统，包括阶跃模块、积分模块、求和模块和显示模块，阶跃模块用于产生涡卷分界面，设定阶跃模块中运算放大器的数目，确定涡卷的数目和位置，使多涡卷混沌电路系统具有奇数个涡卷；积分模块用于实现输入信号的反相积分功能；求和模块用于实现输入信号的反相求和功能；显示模块用于显示混沌电路模块产生的多涡卷轨道。本发明通过设计系统分界面参数事先设定涡卷的数目和位置，有利于信号检测等领域的应用，并且系统动力学方程没有交叉乘积项，易于分析计算，同时也便于电路实现，不需要特殊的电子元器件。系统变量没有复杂的耦合关系，便于施加控制。
Description
技术领域
本发明属于保密通信和信号检测技术领域，尤其涉及一种多涡卷混沌电路系统。
背景技术
早在二十世纪初，范德坡在研究三相复电流时就已经遇到了混沌现象，只是当时还没有意识到混沌问题，只是将其视为电路中的一种不稳定振荡。1983年美国伯克利分校蔡少棠教授发明了“蔡氏电路”，极大促进了现代非线性电路理论的发展，在全世界掀起一股研究非线性电路的热潮。蔡氏电路原理图非常简单，然而电路输出动态特性却极其复杂，因而成为现代非线性电路的典范。三十余年来，电子学科研人员已将其它领域中已经研究清楚的非线性系统如洛伦茨方程、逻辑斯蒂映射等用模拟电路予以实现，并且根据电子学电路的特点，发明了一大批混沌电路，使电子电路成为非线性各学科领域中引人注目的一个分支。不过目前常用的混沌电路基本上是以蔡氏电路和洛伦兹电路为基础，所产生的吸引子在空间结构和位置关系上也与之类似，涡卷平面通常在空间呈现倾斜和扭曲状态，几何意义不是很直观，不便于解释其生成机理。此外各变量之间相互耦合，也不便于对特定变量进行控制，在一定程度上影响了混沌电路工程应用的可行性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种多涡卷混沌电路系统，空间几何意义明确，可以方便地设定混沌系统涡卷的数目和位置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多涡卷混沌电路系统，包括阶跃模块、积分模块、求和模块和显示模块，阶跃模块用于产生涡卷分界面，设定阶跃模块中运算放大器的数目，确定涡卷的数目和位置，使多涡卷混沌电路系统具有奇数个涡卷；积分模块用于实现输入信号的反相积分功能；求和模块用于实现输入信号的反相求和功能；显示模块用于显示混沌电路模块产生的多涡卷轨道。
按上述技术方案，共包含十个运算放大器，其中第四运算放大器和第五运算放大器构成阶跃模块，第一运算放大器、第七运算放大器、第九运算放大器构成积分模块，第二运算放大器、第三运算放大器、第六运算放大器、第八运算放大器、第十运算放大器构成求和模块。
按上述技术方案，第四运算放大器OP4的反相输入端通过电阻R34与第二运算放大器OP2的输出端连接，第四运算放大器OP4的同相输入端与电阻R35连接并接地，第四运算放大器OP4的输出端通过电阻R38与第六运算放大器OP6的反相输入端连接；第五运算放大器OP5的反相输入端通过电阻R36与第三运算放大器OP3的输出端连接，第五运算放大器OP5的同相输入端与电阻R37连接并接地，第五运算放大器OP5的输出端通过电阻R39与第六运算放大器OP6的反相输入端连接。
按上述技术方案，第一运算放大器OP1的反相输入端通过电阻R22与第十运算放大器OP10的输出端连接、通过电容C1与第一运算放大器OP1的输出端连接，第一运算放大器OP1的同相输入端与电阻R23连接并接地，第一运算放大器OP1的输出端通过电阻R45与第七运算放大器OP7的反相输入端连接、通过电阻R24与第二运算放大器OP2的反相输入端连接、通过电阻R29与第三运算放大器OP3的反相输入端连接；第七运算放大器OP7的反相输入端通过电阻R45与第一运算放大器OP1的输出端连接、通过电阻R42与第六运算放大器OP6的输出端连接、通过电阻R43第八运算放大器OP8的输出端连接，第七运算放大器OP7的同相输入端与电阻R44连接并接地，第七运算放大器OP7的输出端通过电阻R1与第十运算放大器OP10的反相输入端连接、通过电阻R52与第八运算放大器OP8的反相输入端连接、通过电容C2与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；第九运算放大器OP9的反相输入端通过电阻R54与第六运算放大器OP6的输出端连接、通过电阻R46与第九运算放大器OP9的输出端连接，第九运算放大器OP9的同相输入端与电阻R47连接并接地，第九运算放大器OP9的输出端通过电阻R25与第二运算放大器OP2的反相输入端连接、通过电阻R30与第三运算放大器OP3的反相输入端连接、通过电容C3与第九运算放大器OP9的反相输入端连接。
按上述技术方案，第二运算放大器OP2的反相输入端通过电阻R24与第一运算放大器OP1的输出端连接、通过电阻R25与第九运算放大器OP9的输出端连接、通过电阻R26与电源J3连接，第二运算放大器OP2的同相输入端与电阻R28连接并接地，第二运算放大器OP2的输出端通过电阻R27与第二运算放大器OP2的反相输入端连接、通过电阻R34与第四运算放大器OP4的反相输入端连接；第三运算放大器OP3的反相输入端通过电阻R29与第一运算放大器OP1的输出端连接、通过电阻R30与第九运算放大器OP9的输出端连接、通过电阻R31与电源J4连接，第三运算放大器OP3的同相输入端与电阻R33连接并接地，第三运算放大器OP3的输出端通过电阻R32与第三运算放大器OP3的反相输入端连接、通过电阻R36与第五运算放大器OP5的反相输入端；第六运算放大器OP6的反相输入端通过电阻R38与第四运算放大器OP4的输出端连接、通过电阻R39与第五运算放大器OP5的输出端连接，第六运算放大器OP6的同相输入端与电阻R41连接并接地，第六运算放大器OP6的输出端通过电阻R40与第六运算放大器OP6的反相输入端连接、通过电阻R42与第七运算放大器OP7的反相输入端连接、通过电阻R54与第九运算放大器OP9的反相输入端连接；第八运算放大器OP8的反相输入端通过电阻R52与第七运算放大器OP7的输出端连接、通过电阻R53与第八运算放大器OP8的输出端连接，第八运算放大器OP8的同相输入端与电阻R51连接并接地，第八运算放大器OP8的输出端通过电阻R43与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；第十运算放大器OP10的反相输入端通过电阻R1与第七运算放大器OP7的输出端连接，第十运算放大器OP10的同相输入端与电阻R49连接并接地，第十运算放大器OP10的输出端通过电阻R50与第十运算放大器OP10的反相输入端连接、通过电阻R22与第一运算放大器OP1的反相输入端连接。
本发明产生的有益效果是：本发明利用阶跃模块对不稳定线性系统进行分段平移变换，使系统生成设定数目的涡卷，从而得到一个局部不稳定但全局稳定的多涡卷混沌吸引子。其优点包括，首先，本发明以不稳定线性系统为基础来构建多涡卷混沌系统，空间关系简明扼要。其次，通过设计系统分界面参数事先设定涡卷的数目和位置，有利于信号检测等领域的应用。第三，系统动力学方程没有交叉乘积项，易于分析计算，同时也便于电路实现，不需要特殊的电子元器件。系统变量没有复杂的耦合关系，便于施加控制。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中多涡卷混沌电路系统的电路原理图；
图2是本发明实施例中五涡卷混沌系统三维相图；
图3是本发明实施例中七涡卷混沌系统三维相图；
图4是本发明的一个实施例中元器件清单与参数值示例。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，如图1所示，提供多涡卷混沌电路系统，包括阶跃模块、积分模块、求和模块和显示模块，阶跃模块用于产生涡卷分界面，设定阶跃模块中运算放大器的数目，确定涡卷的数目和位置，使多涡卷混沌电路系统具有奇数个涡卷；积分模块用于实现输入信号的反相积分功能；求和模块用于实现输入信号的反相求和功能；显示模块用于显示混沌电路模块产生的多涡卷轨道。
进一步地，共包含十个运算放大器，其中第四运算放大器和第五运算放大器构成阶跃模块，第一运算放大器、第七运算放大器、第九运算放大器构成积分模块，第二运算放大器、第三运算放大器、第六运算放大器、第八运算放大器、第十运算放大器构成求和模块。
进一步地，第四运算放大器OP4的反相输入端通过电阻R34与第二运算放大器OP2的输出端连接，第四运算放大器OP4的同相输入端与电阻R35连接并接地，第四运算放大器OP4的输出端通过电阻R38与第六运算放大器OP6的反相输入端连接；第五运算放大器OP5的反相输入端通过电阻R36与第三运算放大器OP3的输出端连接，第五运算放大器OP5的同相输入端与电阻R37连接并接地，第五运算放大器OP5的输出端通过电阻R39与第六运算放大器OP6的反相输入端连接。图2是本发明实施例中五涡卷混沌系统三维相图，图3是本发明实施例中七涡卷混沌系统三维相图。
进一步地，第一运算放大器OP1的反相输入端通过电阻R22与第十运算放大器OP10的输出端连接、通过电容C1与第一运算放大器OP1的输出端连接，第一运算放大器OP1的同相输入端与电阻R23连接并接地，第一运算放大器OP1的输出端通过电阻R45与第七运算放大器OP7的反相输入端连接、通过电阻R24与第二运算放大器OP2的反相输入端连接、通过电阻R29与第三运算放大器OP3的反相输入端连接；第七运算放大器OP7的反相输入端通过电阻R45与第一运算放大器OP1的输出端连接、通过电阻R42与第六运算放大器OP6的输出端连接、通过电阻R43第八运算放大器OP8的输出端连接，第七运算放大器OP7的同相输入端与电阻R44连接并接地，第七运算放大器OP7的输出端通过电阻R1与第十运算放大器OP10的反相输入端连接、通过电阻R52与第八运算放大器OP8的反相输入端连接、通过电容C2与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；第九运算放大器OP9的反相输入端通过电阻R54与第六运算放大器OP6的输出端连接、通过电阻R46与第九运算放大器OP9的输出端连接，第九运算放大器OP9的同相输入端与电阻R47连接并接地，第九运算放大器OP9的输出端通过电阻R25与第二运算放大器OP2的反相输入端连接、通过电阻R30与第三运算放大器OP3的反相输入端连接、通过电容C3与第九运算放大器OP9的反相输入端连接。
进一步地，第二运算放大器OP2的反相输入端通过电阻R24与第一运算放大器OP1的输出端连接、通过电阻R25与第九运算放大器OP9的输出端连接、通过电阻R26与电源J3连接，第二运算放大器OP2的同相输入端与电阻R28连接并接地，第二运算放大器OP2的输出端通过电阻R27与第二运算放大器OP2的反相输入端连接、通过电阻R34与第四运算放大器OP4的反相输入端连接；第三运算放大器OP3的反相输入端通过电阻R29与第一运算放大器OP1的输出端连接、通过电阻R30与第九运算放大器OP9的输出端连接、通过电阻R31与电源J4连接，第三运算放大器OP3的同相输入端与电阻R33连接并接地，第三运算放大器OP3的输出端通过电阻R32与第三运算放大器OP3的反相输入端连接、通过电阻R36与第五运算放大器OP5的反相输入端；第六运算放大器OP6的反相输入端通过电阻R38与第四运算放大器OP4的输出端连接、通过电阻R39与第五运算放大器OP5的输出端连接，第六运算放大器OP6的同相输入端与电阻R41连接并接地，第六运算放大器OP6的输出端通过电阻R40与第六运算放大器OP6的反相输入端连接、通过电阻R42与第七运算放大器OP7的反相输入端连接、通过电阻R54与第九运算放大器OP9的反相输入端连接；第八运算放大器OP8的反相输入端通过电阻R52与第七运算放大器OP7的输出端连接、通过电阻R53与第八运算放大器OP8的输出端连接，第八运算放大器OP8的同相输入端与电阻R51连接并接地，第八运算放大器OP8的输出端通过电阻R43与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；第十运算放大器OP10的反相输入端通过电阻R1与第七运算放大器OP7的输出端连接，第十运算放大器OP10的同相输入端与电阻R49连接并接地，第十运算放大器OP10的输出端通过电阻R50与第十运算放大器OP10的反相输入端连接、通过电阻R22与第一运算放大器OP1的反相输入端连接。图4是本发明的一个实施例中元器件清单与参数值示例。
本发明设计了一个不稳定线性系统，利用阶跃电路实现系统的平移变换，设定阶跃电路中运算放大器的数目，从而确定混沌系统的涡卷数目，通过显示模块观察系统状态是否符合设计要求。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种多涡卷混沌电路系统，其特征在于，包括阶跃模块、积分模块、求和模块和显示模块，阶跃模块用于产生涡卷分界面，设定阶跃模块中运算放大器的数目，确定涡卷的数目和位置，使多涡卷混沌电路系统具有奇数个涡卷；积分模块用于实现输入信号的反相积分功能；求和模块用于实现输入信号的反相求和功能；显示模块用于显示混沌电路系统产生的多涡卷轨道；该多涡卷混沌电路系统共包含十个运算放大器，其中第四运算放大器和第五运算放大器构成阶跃模块，第一运算放大器、第七运算放大器、第九运算放大器构成积分模块，第二运算放大器、第三运算放大器、第六运算放大器、第八运算放大器、第十运算放大器构成求和模块；所述阶跃模块中，具体为，第四运算放大器OP4的反相输入端通过电阻R34与第二运算放大器OP2的输出端连接，第四运算放大器 OP4的同相输入端与电阻 R35连接并接地， 第四运算放大器 OP4 的输出端通过电阻 R38与第六运算放大器 OP6的反相输入端连接；第五运算放大器OP5的反相输入端通过电阻R36与第三运算放大器OP3的输出端连接，第五运算放大器 OP5的同相输入端与电阻 R37连接并接地，第五运算放大器 OP5 的输出端通过电阻 R39与第六运算放大器 OP6的反相输入端连接；所述积分模块中，具体为，第一运算放大器 OP1的反相输入端通过电阻 R22与第十运算放大器 OP10的输出端连接，以及通过电容 C1与第一运算放大器 OP1的输出端连接，第一运算放大器 OP1的同相输入端与电阻 R23连接并接地，第一运算放大器 OP1的输出端通过电阻 R45与第七运算放大器OP7的反相输入端连接，通过电阻 R24与第二运算放大器 OP2的反相输入端连接，以及通过电阻 R29与第三运算放大器 OP3的反相输入端连接；第七运算放大器OP7的反相输入端通过电阻R45与第一运算放大器OP1的输出端连接，通过电阻 R42与第六运算放大器 OP6的输出端连接，以及通过电阻 R43与第八运算放大器 OP8的输出端连接，第七运算放大器 OP7的同相输入端与电阻 R44连接并接地，第七运算放大器OP7的输出端通过电阻R1与第十运算放大器OP10的反相输入端连接，通过电阻 R52与第八运算放大器 OP8的反相输入端连接，以及通过电容 C2与第七运算放大器 OP7的反相输入端连接；第九运算放大器OP9的反相输入端通过电阻R54与第六运算放大器OP6的输出端连接，以及通过电阻 R46与第九运算放大器 OP9的输出端连接，第九运算放大器 OP9的同相输入端与电阻 R47连接并接地，第九运算放大器 OP9的输出端通过电阻 R25与第二运算放大器 OP2的反相输入端连接，通过电阻 R30与第三运算放大器 OP3的反相输入端连接，以及通过电容 C3与第九运算放大器OP9的反相输入端连接；所述求和模块，具体为，第二运算放大器OP2的反相输入端通过电阻R24与第一运算放大器OP1的输出端 连接，通过电阻 R25与第九运算放大器 OP9的输出端连接，以及通过电阻 R26与电源 J3连接，第二运算放大器 OP2的同相输入端与电阻 R28连接并接地，第二运算放大器 OP2 的输出端通过电阻 R27与第二运算放大器 OP2的反相输入端连接，以及通过电阻 R34与第四运算放大器 OP4的反相输入端连接；第三运算放大器OP3的反相输入端通过电阻R29与第一运算放大器OP1的输出端 连接，通过电阻 R30与第九运算放大器 OP9的输出端连接以及通过电阻 R31与电源 J4连 接，第三运算放大器 OP3的同相输入端与电阻 R33连接并接地，第三运算放大器 OP3 的输出端通过电阻 R32与第三运算放大器 OP3的反相输入端连接，以及通过电阻 R36与第五运算放大器 OP5的反相输入端连接；第六运算放大器OP6的反相输入端通过电阻R38与第四运算放大器OP4的输出端 连接，以及通过电阻 R39与第五运算放大器 OP5的输出端连接，第六运算放大器 OP6的同相输入端与电阻 R41连接并接地，第六运算放大器 OP6的输出端通过电阻 R40与第六运算放大器 OP6的反相输入端连接，通过电阻 R42与第七运算放大器 OP7的反相输入端连接，以及通过电阻 R54与第九运算放大器 OP9的反相输入端连接；第八运算放大器OP8的反相输入端通过电阻R52与第七运算放大器OP7的输出端连接，以及通过电阻 R53与第八运算放大器 OP8的输出端连接，第八运算放大器 OP8的同相输入端与电阻 R51连接并接地，第八运算放大器 OP8的输出端通过电阻 R43与第七运算放大器 OP7的反相输入端连接；第十运算放大器OP10的反相输入端通过电阻R1与第七运算放大器OP7的输出端连接，第十运算放大器 OP10的同相输入端与电阻 R49连接并接地，第十运算放大器 OP10的输出端通过电阻R50与第十运算放大器OP10的反相输入端连接，以及通过电阻R22 与第一运算放大器 OP1的反相输入端连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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