CN114513296A - 一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器 - Google Patents
一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114513296A CN114513296A CN202210078582.XA CN202210078582A CN114513296A CN 114513296 A CN114513296 A CN 114513296A CN 202210078582 A CN202210078582 A CN 202210078582A CN 114513296 A CN114513296 A CN 114513296A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistor
- circuit
- operation unit
- chaotic
- memristor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/001—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using chaotic signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器,涉及一种幅度、偏置可调的三维忆阻混沌振荡器设计,通过忆阻器反馈电路结合其他反馈输入,输出混沌信号。忆阻器反馈电路的参数变化改变信号的幅度,信号的偏置由对应支路的电压来调控。本发明设计的混沌电路,由于可以全面实现混沌信号的幅度偏置控制,因此,可广泛应用于保密通信、信号检测、雷达与通信等领域。
Description
技术领域
本发明涉及电子、通讯与信息工程类技术领域,特别是一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器。
背景技术
忆阻器因其特有的非线性使其容易实现混沌,因而忆阻混沌系统也可以在图像加密及保密通信等领域有更广泛的应用。忆阻器特殊非线性可以赋予其对应的系统具有特殊的结构,因此可设计调控简易的由单一元器件参数实现幅度和偏置调控的混沌电路以利于工程应用。
关于忆阻混沌电路,已有相关专利给出了不同的混沌实现方案。例如申请号为201810461123.3的专利申请提出了一种基于蔡氏电路的忆阻混沌电路,该专利申请通过改变电路中的某些特定电阻改变各种混沌信号的混沌动力学特性,该专利并没有关于混沌信号的幅度调控;申请号为201910561036.X的专利申请提出一种基于忆阻的四维超混沌电路,该专利通过调节忆阻的权重值,使该混沌电路产生具有不同吸引子的混沌信号或者周期信号,该专利并没有关于混沌信号的偏置调控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器,本发明设计的混沌电路,由于可以全面实现混沌信号的幅度偏置控制,因此,可广泛应用于保密通信、信号检测、雷达与通信等领域。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
根据本发明提出的一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器,包括忆阻器电路、积分运算电路、第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、第一至第三电阻、可调直流电源、电容和积分运算单元;其中,
忆阻器电路、积分运算电路、第一反相比例运算电路依次顺序连接;
第一电阻的一端与第二电阻的一端、第三电阻的一端、电容的一端、积分运算单元的反相输入端分别连接,电容的另一端与积分运算单元的输出端、第二反相比例运算电路的输入端分别连接,第三电阻的另一端与可调直流电源连接,积分运算单元的正相输入端接地。
作为本发明所述的一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器进一步优化方案,忆阻器电路包括第一乘法器、第二乘法器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、绝对值电路、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第一积分运算单元、第一电源、反相比例运算单元、第三反相比例运算电路;其中,
第一乘法器的输出端与第四电阻的一端连接,第四电阻的另一端与第一电容的一端、第五电阻的一端、第一积分运算单元的反相输入端分别连接,第一积分运算单元的正相输入端接地,第一电容的另一端与第一积分运算单元的输出端、第六电阻的一端分别连接,第六电阻的另一端与绝对值电路的输入端连接,绝对值电路的输出端与第八电阻的一端连接,第八电阻的另一端与第七电阻的一端、第九电阻的一端、反相比例运算单元的反相输入端分别连接,第七电阻的另一端与第一电源连接,反相比例运算单元的同相输入端接地,第九电阻的另一端与反相比例运算单元的输出端、第二乘法器的输入端分别连接,第二乘法器的输出端与第三反相比例运算电路连接。
作为本发明所述的一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器进一步优化方案,忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器输出的混沌波形幅度由第四电阻的大小来控制信号幅度,信号的偏置由可调直流电源控制。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
本发明通过求和积分运算电路,反相比例运算电路,采用乘法器和二极管输出幅度、偏置参数可调的混沌信号。通过某个支路的电阻调节电路输出混沌信号的幅度,实现幅度调控,通过调节某个支路的电源电压实现混沌信号的偏置,增加了忆阻混沌电路的灵活性,降低了电路实现和调试的难度,为混沌信号应用于电子与信息工程提供了便利。
附图说明
图1是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器相轨图;其中,(a)是x-y平面图,(b)是y-z面图,(c)是x-z平面图,(d)是x-y-z平面图;
图2是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器电路原理图;其中,(a)为系统电路图,(b)为忆阻电路图。
图3是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器幅度调控相轨及波形图;其中,(a)是x-z平面图,(b)是x信号波形图;
图4是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器偏置调控相轨及波形图;其中,(a)是x-z平面图,(b)是x信号波形图;
图5是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器实验仿真相轨图;其中,(a)是x-z平面图,(b)是y-z平面图;
图6是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器幅度调控实验仿真相轨图和波形图;其中,(a)是R9=10kΩ时x-z平面图与x信号波形图,(b)是R9=3.3kΩ时x-z平面图与x信号波形图,(c)是R9=1kΩ时x-z平面图与x信号波形图。
图7是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器偏置调控实验仿真相轨图和波形图;其中,(a)是V1=-4V时x-z平面图与x信号波形图,(b)是V1=0V时x-z平面图与x信号波形图,(c)是V1=4V时x-z平面图与x信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
忆阻器作为一种新型的非线性元件,在混沌系统中的应用非常广泛。近年来,随着忆阻器的发展,一些经典系统都可以成功地转化为有价值的忆阻混沌系统,一可以扩大忆阻器的应用范围,二可以充分利用忆阻器的特性实现新的功能。忆阻混沌电路的构建与设计具有重要的理论、物理意义和工程应用价值。本发明包含忆阻器反馈电路,积分运算电路,反向比例电路,使用二极管实现绝对值的运算。利用某个支路的可调直流电源供电电压实现忆阻混沌信号的偏置控制,忆阻器的器件参数可以改变忆阻混沌信号的幅度,从而增加了混沌电路的灵活控制,实现了混沌信号的基于系统参数的自调理。
一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器,包括忆阻器电路、积分运算电路、第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、第一至第三电阻R1-R3、可调直流电源V1、电容C2和积分运算单元U3;其中,
忆阻器电路、积分运算电路、第一反相比例运算电路依次顺序连接;
第一电阻的一端与第二电阻的一端、第三电阻的一端、电容的一端、积分运算单元U3的反相输入端分别连接,电容的另一端与积分运算单元的输出端、第二反相比例运算电路的输入端分别连接,第三电阻的另一端与可调直流电源连接,积分运算单元的正相输入端接地。
忆阻器电路包括第一乘法器A1、第二乘法器A2、第四电阻R9、第五电阻R10、第六电阻R11、绝对值电路、第七电阻R16、第八电阻R17、第九电阻R18、第一电容C3、第一积分运算单元U5、第一电源V2、反相比例运算单元U8、第三反相比例运算电路;其中,
第一乘法器的输出端与第四电阻的一端连接,第四电阻的另一端与第一电容的一端、第五电阻的一端、第一积分运算单元的反相输入端分别连接,第一积分运算单元的正相输入端接地,第一电容的另一端与第一积分运算单元的输出端、第六电阻的一端分别连接,第六电阻的另一端与绝对值电路的输入端连接,绝对值电路的输出端与第八电阻的一端连接,第八电阻的另一端与第七电阻的一端、第九电阻的一端、反相比例运算单元的反相输入端分别连接,第七电阻的另一端与第一电源连接,反相比例运算单元的同相输入端接地,第九电阻的另一端与反相比例运算单元的输出端、第二乘法器的输入端分别连接,第二乘法器的输出端与第三反相比例运算电路连接。
忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器输出的混沌波形幅度由第四电阻的大小来控制信号幅度,信号的偏置由可调直流电源控制。
忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器由积分运算电路,反相比例运算电路和忆阻器电路搭建。忆阻器电路的内部参数可以控制信号幅度变化,信号的单极性偏置由第二条支路的电源电压调节。
混沌振荡器包括三条支路,其中第一条支路输入信号y经过忆阻器和电阻R1连接积分运算单元U1,输出信号x,再经过反相比例运算单元U2输出信号-x;第二条支路输入信号z,-x,V1分别连接积分运算单元U3的输入端电阻R4,R5,R6输出信号为z,再经过反相比例运算单元U4输出信号-z;第三条支路为忆阻模块单元,输入信号为z,-z,y经过忆阻电路最终输出-W(y)z。
第一条支路输入信号y通过电阻R1连接积分运算单元U1的输入端;输入信号y连接忆阻器W(y),输出-W(y)z项;积分运算模块U1输出信号为x,通过连接反相比例运算单元U2的输入端R2,最终输出信号-x;积分运算单元U1的反相输入端与电容C1的一端相连,电容C1的另一端和积分运算单元U1的输出端x相连;反向运算单元U2的反相输入端与电阻R3的一端相连,电阻R3另一端和反相比例运算单元U2的输出端-x相连。
第二条支路包括输入信号-x,z和电源V1三个输入端,分别连接R4,R5,R6接入求和积分运算单元U3;求和积分运算单元输出信号为z,输出信号z连接R7接入反相比例运算单元U4,最终输出的信号为-z;积分运算单元U3的反相输入端与电容C2的一端相连,电容C2的另一端和积分运算单元U3的输出端z相连;反向运算单元U4的反相输入端与电阻R8的一端相连,电阻R8另一端和反相比例运算单元U4的输出端-z相连。
第三条支路输入信号y,z和-z经过乘法器A1,积分运算单元U5输出信号y,经过反相比例单元U6,二极管D1,D2,反相比例运算单元U7输出信号为|y|,连接反相比例运算单元U8和输入电压V2,输出W(y)和输入信号z,经过乘法器A2和反相比例运算单元U9,最终输出-W(y)z。其中忆阻电路包括乘法器A1和A2,电阻R9,电阻R10,电阻R11,电阻R12,电阻R13,电阻R14,电阻R15,电阻R16,电阻R17,电阻R18,电阻R19,电阻R20,二极管D1和D2,电容C3,电源V2,积分运算单元U5,反相比例运算单元U6,U7,U8和U9。
振荡电路输出的混沌波形幅度可以由忆阻器模拟等价单元电路中的某个电阻参数控制,即R9电阻的大小来控制信号幅度,信号的偏置由第二条支路的电源电压V1控制。
(1)忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器系统建模
忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器无量纲数学模型如下所述:
对应的忆阻器方程为:
公式(1)中,x,y,z为系统状态变量,参数a,b,c,d为常数,当参数a=4,b=0.4,c=4,d=1,IC=(1,1,1)时,系统输出的混沌吸引子如图1所示,图1是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器相轨图;其中,图1中的(a)是x-y平面图,图1中的(b)是y-z面图,图1中的(c)是x-z平面图,图1中的(d)是x-y-z平面图;对应的实验示波器仿真显示如图5所示,图5是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器实验仿真相轨图;其中,图5中的(a)是x-z平面图,图5中的(b)是y-z平面图。式(1)可由忆阻反馈电路、反相比例电路以及积分运算电路实现,电路图如图2所示,图2是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器电路原理图;其中,图2中的(a)为系统电路图,图2中的(b)为忆阻电路图。公式(1)所对应的电路方程为:
电路方程与系统动力学方程相一致。这里系统中各个反馈项的系数通过电阻和电容的联合设置来实现,它可以通过可变电阻R9来实现,可调直流电源V1以实现信号偏置控制,电路产生的混沌相轨在示波器上的显示电路仿真图形如图6和图7所示。图6是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器幅度调控实验仿真相轨图和波形图;其中,图6中的(a)是R9=10kΩ时x-z平面图与x信号波形图,图6中的(b)是R9=3.3kΩ时x-z平面图与x信号波形图,图6中的(c)是R9=1kΩ时x-z平面图与x信号波形图。图7是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器偏置调控实验仿真相轨图和波形图;其中,图7中的(a)是V1=-4V时x-z平面图与x信号波形图,图7中的(b)是V1=0V时x-z平面图与x信号波形图,图7中的(c)是V1=4V时x-z平面图与x信号波形图。
第一条支路输入信号y通过电阻R1连接积分运算单元U1的输入端;输入信号y连接忆阻器W(y),输出-W(y)z项;积分运算模块U1输出信号为x,通过连接反相比例运算单元U2的输入端R2;积分运算单元U1的反相输入端与电容C1的一端相连,电容C1的另一端和积分运算单元U1的输出端x相连;反向运算单元U2的反相输入端与电阻R3的一端相连,电阻R3另一端和反相比例运算单元U2的输出端-x相连,最终输出信号-x。
第二条支路包括输入信号-x,z和电源V1三个输入端,分别连接R4,R5,R6接入求和积分运算单元U3;求和积分运算单元输出信号为z,输出信号z连接R7接入反相比例运算单元U4;积分运算单元U3的反相输入端与电容C2的一端相连,电容C2的另一端和积分运算单元U3的输出端z相连;反向运算单元U4的反相输入端与电阻R8的一端相连,电阻R8另一端和反相比例运算单元U4的输出端-z相连,最终输出的信号为-z。
所述第三条支路包括乘法器A1和A2,电阻R9,电阻R10,电阻R11,电阻R12,电阻R13,电阻R14,电阻R15,电阻R16,电阻R17,电阻R18,电阻R19,电阻R20,二极管D1和D2,电容C3,电源V2,积分运算单元U5,反相比例运算单元U6,U7,U8和U9。输入信号y,z和-z经过乘法器A1,积分运算单元U5输出信号y,经过反相比例单元U6,二极管D1,D2,反相比例运算单元U7输出信号为|y|,连接反相比例运算单元U8和输入电压V2,输出W(y)和输入信号z,经过乘法器A2和反相比例运算单元U9,最终输出-W(y)z。
(2)忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器的幅度调控
在忆阻混沌系统(1)中第二维加入参数e,可以对输出信号的幅度进行调控,系统方程为:
当参数a=4,b=0.4,c=4,d=1,IC=(1,1,1)时,对参数e分别取不同的值,输出的混沌吸引子相轨和波形如图3所示,图3是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器幅度调控相轨及波形图;其中,图3中的(a)是x-z平面图,图3中的(b)是x信号波形图。在电路实验中,即改变忆阻电路中的R9值,对应的电路实验示波器显示如图6所示。
(3)忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器的偏置调控
在忆阻混沌系统(1)中第三维加入参数f,可以对输出信号的偏置进行调控,系统方程为:
当参数a=4,b=0.4,c=4,d=1,IC=(1,1,1)时,对参数f分别取不同的值,输出的混沌吸引子相轨和波形如图4所示,图4是忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器偏置调控相轨及波形图;其中,图4中的(a)是x-z平面图,图4中的(b)是x信号波形图。在电路实验中,即改变第二支路中的电源电压V1值,对应的电路实验示波器显示如图7所示。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器,其特征在于,包括忆阻器电路、积分运算电路、第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、第一至第三电阻、可调直流电源、电容和积分运算单元;其中,
忆阻器电路、积分运算电路、第一反相比例运算电路依次顺序连接;
第一电阻的一端与第二电阻的一端、第三电阻的一端、电容的一端、积分运算单元的反相输入端分别连接,电容的另一端与积分运算单元的输出端、第二反相比例运算电路的输入端分别连接,第三电阻的另一端与可调直流电源连接,积分运算单元的正相输入端接地。
2.根据权利要求1所述的一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器,其特征在于,忆阻器电路包括第一乘法器、第二乘法器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、绝对值电路、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第一积分运算单元、第一电源、反相比例运算单元、第三反相比例运算电路;其中,
第一乘法器的输出端与第四电阻的一端连接,第四电阻的另一端与第一电容的一端、第五电阻的一端、第一积分运算单元的反相输入端分别连接,第一积分运算单元的正相输入端接地,第一电容的另一端与第一积分运算单元的输出端、第六电阻的一端分别连接,第六电阻的另一端与绝对值电路的输入端连接,绝对值电路的输出端与第八电阻的一端连接,第八电阻的另一端与第七电阻的一端、第九电阻的一端、反相比例运算单元的反相输入端分别连接,第七电阻的另一端与第一电源连接,反相比例运算单元的同相输入端接地,第九电阻的另一端与反相比例运算单元的输出端、第二乘法器的输入端分别连接,第二乘法器的输出端与第三反相比例运算电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器,其特征在于,忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器输出的混沌波形幅度由第四电阻的大小来控制信号幅度,信号的偏置由可调直流电源控制。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210078582.XA CN114513296A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210078582.XA CN114513296A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114513296A true CN114513296A (zh) | 2022-05-17 |
Family
ID=81550474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210078582.XA Pending CN114513296A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114513296A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115277326A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-01 | 贵州大学 | 一种具有偏移助推和幅度调制功能的信号发生器 |
CN116054786A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-02 | 南京信息工程大学 | 简化的类Jerk可调幅调频混沌振荡器及其调控方法 |
CN117725884A (zh) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 南京信息工程大学 | 一种含三次非线性反馈项的混沌振荡器实现电路 |
-
2022
- 2022-01-24 CN CN202210078582.XA patent/CN114513296A/zh active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115277326A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-01 | 贵州大学 | 一种具有偏移助推和幅度调制功能的信号发生器 |
CN116054786A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-02 | 南京信息工程大学 | 简化的类Jerk可调幅调频混沌振荡器及其调控方法 |
CN117725884A (zh) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 南京信息工程大学 | 一种含三次非线性反馈项的混沌振荡器实现电路 |
CN117725884B (zh) * | 2024-02-07 | 2024-04-26 | 南京信息工程大学 | 一种含三次非线性反馈项的混沌振荡器实现电路 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114513296A (zh) | 一种忆阻反馈型三维自调理混沌振荡器 | |
Lin et al. | A multi-stable memristor and its application in a neural network | |
Yu et al. | A universal mutator for transformations among memristor, memcapacitor, and meminductor | |
Yu et al. | A floating memristor emulator based relaxation oscillator | |
Li et al. | A S-type bistable locally active memristor model and its analog implementation in an oscillator circuit | |
Sharma et al. | Charged controlled mem-element emulator and its application in a chaotic system | |
CN110097182B (zh) | 用神经激活梯度λ控制的三维Hopfield神经网络模型实现电路 | |
CN108846215B (zh) | 一种极简的浮地荷控忆阻器电路仿真模型 | |
Sprott et al. | Elegant circuits: simple chaotic oscillators | |
Campos-Cantón et al. | A simple circuit with dynamic logic architecture of basic logic gates | |
CN114584111A (zh) | 一种基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器 | |
Kushwaha et al. | Chua’s oscillator using operational transresistance amplifier | |
CN111404660B (zh) | 一种四阶忆阻混沌信号源电路 | |
Liu et al. | A novel memristor-based chaotic system with infinite coexisting attractors and controllable amplitude | |
CN114499469A (zh) | 一种基于双忆阻反馈调幅的超混沌自调理波形发生器 | |
CN107317668B (zh) | 一种自调理混沌信号源 | |
CN114499468A (zh) | 一种忆阻反馈型自调理超混沌波形发生器 | |
Patel et al. | Bifurcation analysis of a silicon neuron | |
CN113054947B (zh) | 一种ReLU型忆阻模拟器 | |
CN106100820A (zh) | 幅频可调混沌信号发生器 | |
CN118157635B (zh) | 一种简易混沌振荡器及调控方法 | |
Kim et al. | Experimental study on chaotic behaviors of a Chua’s circuit based on variable memristor | |
CN118157635A (zh) | 一种简易混沌振荡器及调控方法 | |
Teodorescu | Simple nonlinear circuits and applications to chaotic sensors and chaos generators | |
CN117176318B (zh) | 一种多涡卷混沌吸引子的生成系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |