CN115765960A - 一种自切换混沌系统控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自切换混沌系统控制电路，其中，第一通道、第二通道和第三通道按照所要模拟的混沌系统的三个维度方程式进行连接构建；第一通道的输出信号输出至第二通道的输入端，同时输出至第三通道的输入端；第二通道的输出信号反馈至第一通道的输入端；第三通道的输出信号反馈至第三通道的反相积分器，同时作为绝对值电路的输入信号，且其反向信号作为第一通道的乘法器的输入信号；反相器和反相积分器分别与电源电路的直流电压源对应连接。通过本发明的技术方案，独立混沌系统内可以实现自切换，且电路结构简单，模拟效果好，对电路参数敏感，提高了输出信号的复杂性，切换具有更大的随机性，所产生的混沌信号更适合用于保密通信中。

Description

一种自切换混沌系统控制电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种自切换混沌系统控制电路。

背景技术

混沌作为非线性科学的一个重要分支，是当今倍受关注的前沿学科和研究热点。相对于单一的混沌，切换混沌系统具有更复杂的动力学特性和更好的伪随机性，具有可以增强混沌同步保密通讯的安全性能而备受关注。了,实现了混沌系统间的主动切换。

现阶段对于切换混沌系统电路的研究中，主要对由两个系统或多个相似组成，有的系统的转换需通过改变系统参数完成，实际操作并不方便；有的通过增加并改变系统非线性特性的方法，利用选择器实现切换；简言之，现有切换系统都是通过系统变量或利用变量控制线性项或非线性项来控制混沌系统，系统间通过切换开关或者多路选择器来实现切换输出。

由此可见，现有的对于切换混沌系统的模拟电路结构复杂，系统多，电路复杂，需要额外的切换开关或者切换函数，不利于实际应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种自切换混沌系统控制电路，不同于现有的由两个或多个系统构成的切换混沌系统，而是通过三个通道分别模拟一个混沌系统的三个维度方程式，构建一个不需要额外的切换开关或者切换函数的独立混沌系统，系统内可以实现自切换，且电路结构简单，模拟效果好，对电路参数敏感，提高了输出信号的复杂性，切换具有更大的随机性，所产生的混沌信号更适合用于保密通信中，在基于混沌的保密通信中具有更好的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供了一种自切换混沌系统控制电路，包括：第一通道、第二通道、第三通道和电源电路；

所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道分别按照所要模拟的混沌系统的三个维度方程式，采用绝对值电路、反相器、反相积分器和乘法器进行连接构建；

所述第一通道的输出信号输出至所述第二通道的输入端作为输入信号，同时输出至所述第三通道的输入端；所述第二通道的输出信号反馈至所述第一通道的输入端作为输入信号；所述第三通道的输出信号反馈至所述第三通道的反相积分器作为输入信号，同时作为所述第三通道的绝对值电路的输入信号，且所述第三通道的输出信号的反向信号作为所述第一通道的乘法器的一路输入信号；

所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道的反相器和反相积分器分别按照极性与所述电源电路的直流电压源对应连接。

在上述技术方案中，优选地，所述混沌系统的三个维度方程式如下式所示：

其中，x、y、z作为系统的状态变量，a、b、c、d、m、n为系统参数；

所述第一通道包括反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3、乘法器Ax、绝对值电路F1、直流电压源V1、电容Cx、电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4、电阻Rx5、电阻Rx6；

所述第二通道包括反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3、乘法器Ay、绝对值电路F2、直流电压源V2和V3、电容Cy、电阻Ry1、电阻Ry2、电阻Ry3、电阻Ry4、电阻Ry5、电阻Ry6、电阻Ry7；

所述第三通道包括反相器Uz1、反相积分器Uz2、反相器Uz3、乘法器Az、绝对值电路F3和绝对值电路F4、直流电压源V4、电容Cz、电阻Rz1、电阻Rz2、电阻Rz3、电阻Rz4、电阻Rz5、电阻Rz6、电阻Rz7、电阻Rz8；

所述电源电路包括相连接的直流电压源VDD和二极管Dp以及相连接的直流电压源VEE和二极管Dn。

在上述技术方案中，优选地，所述第一通道中，所述反相器Ux1、所述反相器Ux2和所述反相积分器Ux3的正向输入端接地，所述反相器Ux1的反向输入端连接电阻Rx1和电阻Rx2，电阻Rx1连接所述绝对值电路F1的输出端，电阻Rx2连接所述反相器Ux1的反向输入端和输出端，所述反相器Ux2的反向输入端连接电阻Rx3、电阻Rx4和电阻Rx5，电阻Rx3连接所述反相器Ux1的输出端和所述反相器Ux2的反向输入端，电阻Rx4连接所述反相器Ux2的反向输入端和所述直流电压源V1的正极，所述直流电压源V1的负极接地，电阻Rx5连接所述反相器Ux2的反向输入端和输出端，所述反相积分器Ux3的反向输入端连接电阻Rx6和电容Cx，电阻Rx6的另一端连接到所述乘法器Ax的输出端，所述乘法器Ax的输入端Y连接所述反相器Ux2的输出端、所述电容Cx的另一端连接所述反相积分器Ux3的输出端，所述反相积分器Ux3的输出端连接到所述第二通道的绝对值电路F2的输入端，同时连接到所述第三通道的绝对值电路F3的输入端；

所述第二通道中，所述反相器Uy1、所述反相器Uy2和所述反相积分器Uy3的正向输入端接地，所述反相器Uy1的反向输入端连接电阻Ry1和电阻Ry2，电阻Ry1连接所述绝对值电路F2的输出端，电阻Ry2连接所述反相器Uy1的反向输入端和输出端，所述反相器Uy2的反向输入端连接电阻Ry3、电阻Ry4和电阻Ry5，电阻Ry3连接所述反相器Uy1的输出端和所述反相器Uy2的反向输入端，电阻Ry4连接所述反相器Uy2的反向输入端和所述直流电压源V2的正极，所述直流电压源V2的负极接地，电阻Ry5连接所述反相器Uy2的反向输入端和输出端，所述反相积分器Uy3的反向输入端连接电阻Ry6、电阻Ry7和电容Cy，电阻Ry6的另一端连接到所述乘法器Ay的输出端，所述乘法器Ay的输入端X和Y端并联后连接所述反相器Uy2的输出端，电阻Ry7连接所述反相积分器Uy3的反向输入端和所述直流电压源V3的负极，所述直流电压源V3的正极接地，电容Cy的另一端连接所述反相积分器Uy3的输出端，所述反相积分器Uy3的输出端连接到所述绝对值电路F1的输入端；

所述第三通道中，所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2和所述反相器Uz3的正向输入端接地，所述反相器Uz1的反向输入端连接电阻Rz1、电阻Rz2和电阻Rz3，电阻Rz1连接所述绝对值电路F3的输出端，电阻Rz2连接所述反相器Uz1的反向输入端和所述直流电压源V4的负极，所述直流电压源V4的正极接地，电阻Rz3连接所述反相器Uz1的反向输入端和输出端，所述反相积分器Uz2的反向输入端连接电阻Rz4、电阻Rz5、电阻Rz6和电容Cz，电阻Rz4的另一端连接到所述乘法器Az的输出端，所述乘法器Az的输入端Y端连接到所述反相器Uy2的输出端，所述乘法器Az的输入端X端连接所述绝对值电路F4的输出端，所述绝对值电路F4的输入端连接到所述反相器Uz3的输出端，电阻Rz5连接所述反相器Uz3的输出端，电阻Rz6连接所述反相积分器Uz2的输出端，电容Cz的另一端连接所述反相积分器Uz2的输出端，所述反相积分器Uz2的输出端连接到所述绝对值电路F1的输入端，所述反相器Uz3的反向输入端连接电阻Rz7和电阻Rz8，电阻Rz7的另一端连接所述反相积分器Uz2的输出端，电阻Rz8的另一端连接所述反相器Uz3的输出端，所述反相器Uz3的输出端连接到所述乘法器Ax的X输入端；

所述电源电路中，所述二极管Dn的阴极连接直流电压源VEE，所述二极管Dn的阳极Vn连接到所述反相器Ux1、所述反相器Ux2、所述反相积分器Ux3、所述反相器Uy1、所述反相器Uy2、所述反相积分器Uy3、所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2和所述反相器Uz3的Vn端，所述二极管Dp的阳极连接直流电压源VDD，所述二极管Dp的阴极Vp连接到所述反相器Ux1、所述反相器Ux2、所述反相积分器Ux3、所述反相器Uy1、所述反相器Uy2、所述反相积分器Uy3、所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2和所述反相器Uz3的Vp端。

在上述技术方案中，优选地，所述第一通道中，电阻Rx1＝100kΩ、电阻Rx2＝100kΩ、电阻Rx3＝100kΩ、电阻Rx4＝100kΩ、电阻Rx5＝100kΩ、电阻Rx6＝30kΩ；

所述第二通道中，电阻Ry1＝100kΩ、电阻Ry2＝100kΩ、电阻Ry3＝100kΩ、电阻Ry4＝100kΩ、电阻Ry＝100kΩ、电阻Ry6＝100kΩ、电阻Ry7＝100kΩ；

所述第三通道中，电阻Rz1＝100kΩ、电阻Rz2＝100kΩ、电阻Rz3＝100kΩ、电阻Rz4＝200kΩ、电阻Rz5＝100kΩ、电阻Rz6＝200kΩ，电容Cx＝1nF、电容Cy＝1nF、电容Cz＝1nF；

所述电源电路中，直流电压源V1＝5V、V2＝3V、V3＝1V、V4＝5V、VDD＝+15V、VEE＝-15V，二极管Dn和二极管Dp采用肖特基二极管1N5159；

相应地，所要模拟的混沌系统中，a＝3.3，b＝0.5，c＝1，d＝0.5，m＝3，n＝5，模拟出的三个维度方程式为：

在上述技术方案中，优选地，所述乘法器Ax、所述乘法器Ay与所述乘法器Az均采用模拟乘法器AD834，且总的满幅度误差不大于0.5％。

在上述技术方案中，优选地，所述反相器Ux1、所述反相器Ux2、所述反相积分器Ux3、所述反相器Uy1、所述反相器Uy2、所述反相积分器Uy3、所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2、所述反相器Uz3均采用运放器LM741。

在上述技术方案中，优选地，所述绝对值电路F1、所述绝对值电路F2、所述绝对值电路F3和所述绝对值电路F4的电路结构相同，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、运算放大器U1和运算放大器U2、二极管D1和二极管D2；

电阻R1一端作为绝对值电路的输入端，另一端分别与电阻R2、电阻R3和运算放大器U1的反向输入端相连接，运算放大器U1的同相输入端接地，电阻R2的另一端分别与电阻R4和二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与运算放大器U1的输出端和二极管D2的阳极相连接，电阻R3的另一端与二极管D2的阴极和运算放大器U2的同相输入端相连，电阻R4的另一端与电阻R5和运算放大器U2的反向输入端相连接，电阻R5的另一端与运算放大器的U2的输出端相连接，并作为绝对值电路的输出端。

在上述技术方案中，优选地，所述绝对值电路中的电阻R1＝10kΩ、电阻R2＝10kΩ、电阻R3＝10kΩ、电阻R4＝10kΩ、电阻R5＝10kΩ，二极管D1和二极管D2采用开关二极管1N4148，所述运算放大器U1和所述运算放大器U2均采用运放器LM741。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过三个通道分别模拟一个混沌系统的三个维度方程式，构建一个不需要额外的切换开关或者切换函数的独立混沌系统，系统内可以实现自切换，且电路结构简单，模拟效果好，对电路参数敏感，提高了输出信号的复杂性，切换具有更大的随机性，所产生的混沌信号更适合用于保密通信中，在基于混沌的保密通信中具有更好的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的自切换混沌系统控制电路的电路图；

图2为本发明一种实施例公开的绝对值电路的电路图；

图3为本发明图1所示实施例公开的自切换混沌系统控制电路的x输出时序波形图；

图4为本发明图1所示实施例公开的自切换混沌系统控制电路的y输出时序波形图；

图5为本发明图1所示实施例公开的自切换混沌系统控制电路的z输出时序波形图；

图6为本发明图1所示实施例公开的自切换混沌系统控制电路的x-y平面输出相轨图；

图7为本发明图1所示实施例公开的自切换混沌系统控制电路的x-z平面输出相轨图；

图8为本发明图1所示实施例公开的自切换混沌系统控制电路的y-z平面输出相轨图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，根据本发明提供的一种自切换混沌系统控制电路，包括：第一通道、第二通道、第三通道和电源电路；

第一通道、第二通道和第三通道分别按照所要模拟的混沌系统的三个维度方程式，采用绝对值电路、反相器、反相积分器和乘法器进行连接构建；

第一通道的输出信号输出至第二通道的输入端作为输入信号，同时输出至第三通道的输入端；第二通道的输出信号反馈至第一通道的输入端作为输入信号；第三通道的输出信号反馈至第三通道的反相积分器作为输入信号，同时作为第三通道的绝对值电路的输入信号，且第三通道的输出信号的反向信号作为第一通道的乘法器的一路输入信号；

第一通道、第二通道和第三通道的反相器和反相积分器分别按照极性与电源电路的直流电压源对应连接。

在该实施方式中，不同于现有的由两个或多个系统构成的切换混沌系统，而是通过三个通道分别模拟一个混沌系统的三个维度方程式，构建一个不需要额外的切换开关或者切换函数的独立混沌系统，系统内可以实现自切换，且电路结构简单，模拟效果好，对电路参数敏感，提高了输出信号的复杂性，切换具有更大的随机性，所产生的混沌信号更适合用于保密通信中，在基于混沌的保密通信中具有更好的应用前景。

具体地，本发明的自切换混沌系统控制电路的模拟电路由三个通道组成，包括电源电路、第一通道、第二通道和第三通道，每个通道采用反相器(由运算放大器和电阻组成)、反相积分器(由运算放大器、电阻和电容组成)、乘法器，以及绝对值电路(由运算放大器、电阻和二极管组成)等模块连接，根据系统连接需要设计第一通道、第二通道、第三通道、电源电路内元器件的参数值，能够实现所需要的自切换混沌系统。

其中，控制电路中的多个通道是根据系统模型构建的，所以是与所要模拟的混沌系统的不同维度的方程式相匹配的。系统不同，对应的公式就不同，同样，不同通道应用的元件和连接方式就可能不同。具体地，元件参数与系统方程式中的系数相关，一般固定时间常数τ为某一数值，利用τ＝RC设置电阻电容值，电容确定后，各系数与对应电阻的关系是：阻值＝R/系数。建立分离元件电路，完成对具体系统的模拟。

在上述实施方式中，优选地，混沌系统的三个维度方程式如下式所示：

其中，x、y、z作为系统的状态变量，a、b、c、d、m、n为系统参数；

第一通道包括反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3、乘法器Ax、绝对值电路F1、直流电压源V1、电容Cx、电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4、电阻Rx5、电阻Rx6；

第二通道包括反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3、乘法器Ay、绝对值电路F2、直流电压源V2和V3、电容Cy、电阻Ry1、电阻Ry2、电阻Ry3、电阻Ry4、电阻Ry5、电阻Ry6、电阻Ry7；

第三通道包括反相器Uz1、反相积分器Uz2、反相器Uz3、乘法器Az、绝对值电路F3和绝对值电路F4、直流电压源V4、电容Cz、电阻Rz1、电阻Rz2、电阻Rz3、电阻Rz4、电阻Rz5、电阻Rz6、电阻Rz7、电阻Rz8；

电源电路包括相连接的直流电压源VDD和二极管Dp以及相连接的直流电压源VEE和二极管Dn。

其中，反相器和反相积分器的型号可以根据实际情况进行选择，不同型号的元器件对于的实验参数可能有所不同。

在上述实施方式中，优选地，第一通道中，反相器Ux1、反相器Ux2和反相积分器Ux3的正向输入端接地，反相器Ux1的反向输入端连接电阻Rx1和电阻Rx2，电阻Rx1连接绝对值电路F1的输出端，电阻Rx2连接反相器Ux1的反向输入端和输出端，反相器Ux2的反向输入端连接电阻Rx3、电阻Rx4和电阻Rx5，电阻Rx3连接反相器Ux1的输出端和反相器Ux2的反向输入端，电阻Rx4连接反相器Ux2的反向输入端和直流电压源V1的正极，直流电压源V1的负极接地，电阻Rx5连接反相器Ux2的反向输入端和输出端，反相积分器Ux3的反向输入端连接电阻Rx6和电容Cx，电阻Rx6的另一端连接到乘法器Ax的输出端，乘法器Ax的输入端Y连接反相器Ux2的输出端、电容Cx的另一端连接反相积分器Ux3的输出端，反相积分器Ux3的输出端连接到第二通道的绝对值电路F2的输入端，同时连接到第三通道的绝对值电路F3的输入端；

第二通道中，反相器Uy1、反相器Uy2和反相积分器Uy3的正向输入端接地，反相器Uy1的反向输入端连接电阻Ry1和电阻Ry2，电阻Ry1连接绝对值电路F2的输出端，电阻Ry2连接反相器Uy1的反向输入端和输出端，反相器Uy2的反向输入端连接电阻Ry3、电阻Ry4和电阻Ry5，电阻Ry3连接反相器Uy1的输出端和反相器Uy2的反向输入端，电阻Ry4连接反相器Uy2的反向输入端和直流电压源V2的正极，直流电压源V2的负极接地，电阻Ry5连接反相器Uy2的反向输入端和输出端，反相积分器Uy3的反向输入端连接电阻Ry6、电阻Ry7和电容Cy，电阻Ry6的另一端连接到乘法器Ay的输出端，乘法器Ay的输入端X和Y端并联后连接反相器Uy2的输出端，电阻Ry7连接反相积分器Uy3的反向输入端和直流电压源V3的负极，直流电压源V3的正极接地，电容Cy的另一端连接反相积分器Uy3的输出端，反相积分器Uy3的输出端连接到绝对值电路F1的输入端；

第三通道中，反相器Uz1、反相积分器Uz2和反相器Uz3的正向输入端接地，反相器Uz1的反向输入端连接电阻Rz1、电阻Rz2和电阻Rz3，电阻Rz1连接绝对值电路F3的输出端，电阻Rz2连接反相器Uz1的反向输入端和直流电压源V4的负极，直流电压源V4的正极接地，电阻Rz3连接反相器Uz1的反向输入端和输出端，反相积分器Uz2的反向输入端连接电阻Rz4、电阻Rz5、电阻Rz6和电容Cz，电阻Rz4的另一端连接到乘法器Az的输出端，乘法器Az的输入端Y端连接到反相器Uy2的输出端，乘法器Az的输入端X端连接绝对值电路F4的输出端，绝对值电路F4的输入端连接到反相器Uz3的输出端，电阻Rz5连接反相器Uz3的输出端，电阻Rz6连接反相积分器Uz2的输出端，电容Cz的另一端连接反相积分器Uz2的输出端，反相积分器Uz2的输出端连接到绝对值电路F1的输入端，反相器Uz3的反向输入端连接电阻Rz7和电阻Rz8，电阻Rz7的另一端连接反相积分器Uz2的输出端，电阻Rz8的另一端连接反相器Uz3的输出端，反相器Uz3的输出端连接到乘法器Ax的X输入端；

电源电路中，二极管Dn的阴极连接直流电压源VEE，二极管Dn的阳极Vn连接到反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3、反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3、反相器Uz1、反相积分器Uz2和反相器Uz3的Vn端，二极管Dp的阳极连接直流电压源VDD，二极管Dp的阴极Vp连接到反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3、反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3、反相器Uz1、反相积分器Uz2和反相器Uz3的Vp端。

如图2所示，在上述实施方式中，优选地，绝对值电路F1、绝对值电路F2、绝对值电路F3和绝对值电路F4的电路结构相同，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、运算放大器U1和运算放大器U2、二极管D1和二极管D2；

电阻R1一端作为绝对值电路的输入端，另一端分别与电阻R2、电阻R3和运算放大器U1的反向输入端相连接，运算放大器U1的同相输入端接地，电阻R2的另一端分别与电阻R4和二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与运算放大器U1的输出端和二极管D2的阳极相连接，电阻R3的另一端与二极管D2的阴极和运算放大器U2的同相输入端相连，电阻R4的另一端与电阻R5和运算放大器U2的反向输入端相连接，电阻R5的另一端与运算放大器的U2的输出端相连接，并作为绝对值电路的输出端。

在上述实施方式中，优选地，绝对值电路中的电阻R1＝10kΩ、电阻R2＝10kΩ、电阻R3＝10kΩ、电阻R4＝10kΩ、电阻R5＝10kΩ，二极管D1和二极管D2采用开关二极管1N4148，运算放大器U1和运算放大器U2均采用运放器LM741。

根据上述实施方式中公开的自切换混沌系统控制电路，在实施过程中，具体地，如图1所示，第一通道的反相器Ux1的2引脚连接电阻Rx1、电阻Rx2，电阻Rx1的另一端的连接到绝对值电路F1的输出端，绝对值电路F1的输入端连接到输出信号y；电阻Rx2的另一端连接反相器Ux1的6引脚；反相器Ux1的6引脚通过电阻Rx3连接反相器Ux2的2引脚，电阻Rx4的一端接直流电源V1正极，另一端接反相器Ux2的2引脚，电阻Rx5一端连接反相器Ux2的2引脚，另一端连接反相器Ux2的6引脚，Ux2的6引脚连接乘法器Ax的输入端Y，输出信号-z连接到乘法器Ax的输入端X，乘法器Ax的输出端经过电阻Rx6连接到Ux3的2号引脚，Ux3的2号引脚通过电容Cx连接到Ux3的6号引脚；反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3的3号引脚均接地；反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3的4号引脚均接Vn；反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3的11号引脚均接Vp；第一通道的反相积分器Ux3的输出端是信号x；

第二通道的反相器Uy1的2引脚连接电阻Ry1、电阻Ry2，电阻Ry1的另一端的连接到绝对值电路F2的输出端，绝对值电路F2的输入端连接到输出信号x；电阻Ry2的另一端连接反相器Uy1的6引脚；反相器Uy1的6引脚通过电阻Ry3连接反相器Uy2的2引脚，电阻Ry4的一端接直流电源V2正极，另一端接反相器Uy2的2引脚，电阻Ry5一端连接反相器Uy2的2引脚，另一端连接反相器Uy2的6引脚，Uy2的6引脚连接乘法器Ay的X和Y两个输入端，乘法器Ay的输出端经过电阻Rx6连接到Uy3的2号引脚，Uy3的2号引脚通过电阻Ry7连接到直流电源V3的负极，Uy3的2号引脚通过电容Cy连接到Uy3的6号引脚；反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3的3号引脚均接地；反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3的4号引脚均接Vn；反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3的11号引脚均接Vp；第二通道的反相积分器Uy3的输出端是信号y；

第三通道的反相器Uz1的2引脚连接电阻Rz1、电阻Rz2、电阻Rz3，电阻Rx1的另一端的连接到绝对值电路F3的输出端，绝对值电路F3的输入端连接到输出信号x；电阻Rz2的一端接直流电源V4负极，另一端接反相器Uz1的2引脚，电阻Rz3的另一端连接反相器Uz1的6引脚；反相器Uz1的6引脚通过电阻Rz6连接反相积分器Uz2的2引脚，电阻Rz5的一端接输出信号z，另一端接反相积分器Uz2的2号引脚，电阻Rz4一端连接反相积分器Uz2的2引脚，另一端连接乘法器Az的输出端，乘法器Az的输入端X连接绝对值电路F4的输出端，乘法器Az的输入端X连接第二通道反相器Uy2的6号引脚，绝对值电路F4的输入端连接输出信号z，反相积分器Uz2的2号引脚通过电容Cz连接到反相积分器Uz2的6号引脚；反相积分器Uz2的6号引脚经过电阻Rz7连接到反相器Uz3的2号引脚，反相器Uz3的2号引脚通过电阻Rz8连接到反相器Uz3的6号引脚；反相器Uz1、反相积分器Uz2、反相器Uz3的3号引脚均接地；反相器Uz1、反相积分器Uz2、反相器Uz3的4号引脚均接Vn；反相器Uz1、反相积分器Uz2、反相器Uz3的11号引脚均接Vp；第三通道的反相积分器Uz2的输出端是信号z，反相器Uz3的输出端是信号-z；

其中，第一通道的输出信号x反馈到第二通道的输入端作为输入信号，同时做为第三通道的绝对值电路F3的输入端，第二通道的输出信号y作为输入信号反馈到第一通道的输入端，第三通道的输出信号z作为一路输入信号反馈到第三通道Uz2的输入端，同时做为第三通道绝对值电路F4的输入信号，第三通道的输出信号-z作为第一通道乘法器Ax的一路输入。

在上述实施方式中，优选地，第一通道中，电阻Rx1＝100kΩ、电阻Rx2＝100kΩ、电阻Rx3＝100kΩ、电阻Rx4＝100kΩ、电阻Rx5＝100kΩ、电阻Rx6＝30kΩ；

第二通道中，电阻Ry1＝100kΩ、电阻Ry2＝100kΩ、电阻Ry3＝100kΩ、电阻Ry4＝100kΩ、电阻Ry＝100kΩ、电阻Ry6＝100kΩ、电阻Ry7＝100kΩ；

第三通道中，电阻Rz1＝100kΩ、电阻Rz2＝100kΩ、电阻Rz3＝100kΩ、电阻Rz4＝200kΩ、电阻Rz5＝100kΩ、电阻Rz6＝200kΩ，电容Cx＝1nF、电容Cy＝1nF、电容Cz＝1nF；

电源电路中，直流电压源V1＝5V、V2＝3V、V3＝1V、V4＝5V、VDD＝+15V、VEE＝-15V，二极管Dn和二极管Dp采用肖特基二极管1N5159；

相应地，基于上述各通道中元件和参数的具体取值以及具体地元件类型，所要模拟的混沌系统中，a＝3.3，b＝0.5，c＝1，d＝0.5，m＝3，n＝5，模拟出的三个维度方程式为：

在上述实施方式中，优选地，乘法器Ax、乘法器Ay与乘法器Az均采用模拟乘法器AD834，且总的满幅度误差不大于0.5％。

在上述实施方式中，优选地，反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3、反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3、反相器Uz1、反相积分器Uz2、反相器Uz3均采用运放器LM741。

在上述实施方式中，本领域技术人员在实施本申请的技术方案时，也可以对元器件的型号做调整，并随之调整一定的参数，但是这并不会脱离本申请的发明范畴。

根据上述实施例公开的自切换混沌系统控制电路，当反相积分器与反相器都采用LM741，模拟乘法器都采用AD834，电源电路中二极管采用正向压降低，方向恢复时间短的肖特基二极管1N5159，绝对值电路中采用1N4148时，采用上述实施例对自切换混沌系统进行模拟后，可以有效输出如图3、4、5所示的时序波形图，和如图6、7、8所示的相轨图。

其中图3和图4分别是状态变量x、y的时序波形图，从时序波形中可以明显地捕捉到x和y的状态切换特征，同时图5的状态变量z的时序波形图中可知状态变量z没有发生切换。图6是x-y平面上的相轨图，可以看到吸引子由第3象限切换到第1象限，图7和图8分别是y-z平面和x-z平面的相轨图。从附图可以得知，本申请的技术方案可以实现系统内自切换模拟，并且结构简单，对参数敏感度高、输出信号复杂。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自切换混沌系统控制电路，其特征在于，包括：第一通道、第二通道、第三通道和电源电路；

所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道分别按照所要模拟的混沌系统的三个维度方程式，采用绝对值电路、反相器、反相积分器和乘法器进行连接构建；

所述第一通道的输出信号输出至所述第二通道的输入端作为输入信号，同时输出至所述第三通道的输入端；所述第二通道的输出信号反馈至所述第一通道的输入端作为输入信号；所述第三通道的输出信号反馈至所述第三通道的反相积分器作为输入信号，同时作为所述第三通道的绝对值电路的输入信号，且所述第三通道的输出信号的反向信号作为所述第一通道的乘法器的一路输入信号；

所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道的反相器和反相积分器分别按照极性与所述电源电路的直流电压源对应连接。

2.根据权利要求1所述的自切换混沌系统控制电路，其特征在于，所述混沌系统的三个维度方程式如下式所示：

其中，x、y、z作为系统的状态变量，a、b、c、d、m、n为系统参数；

所述第一通道包括反相器Ux1、反相器Ux2、反相积分器Ux3、乘法器Ax、绝对值电路F1、直流电压源V1、电容Cx、电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4、电阻Rx5、电阻Rx6；

所述第二通道包括反相器Uy1、反相器Uy2、反相积分器Uy3、乘法器Ay、绝对值电路F2、直流电压源V2和V3、电容Cy、电阻Ry1、电阻Ry2、电阻Ry3、电阻Ry4、电阻Ry5、电阻Ry6、电阻Ry7；

所述第三通道包括反相器Uz1、反相积分器Uz2、反相器Uz3、乘法器Az、绝对值电路F3和绝对值电路F4、直流电压源V4、电容Cz、电阻Rz1、电阻Rz2、电阻Rz3、电阻Rz4、电阻Rz5、电阻Rz6、电阻Rz7、电阻Rz8；

所述电源电路包括相连接的直流电压源VDD和二极管Dp以及相连接的直流电压源VEE和二极管Dn。

3.根据权利要求2所述的自切换混沌系统控制电路，其特征在于，所述第一通道中，所述反相器Ux1、所述反相器Ux2和所述反相积分器Ux3的正向输入端接地，所述反相器Ux1的反向输入端连接电阻Rx1和电阻Rx2，电阻Rx1连接所述绝对值电路F1的输出端，电阻Rx2连接所述反相器Ux1的反向输入端和输出端，所述反相器Ux2的反向输入端连接电阻Rx3、电阻Rx4和电阻Rx5，电阻Rx3连接所述反相器Ux1的输出端和所述反相器Ux2的反向输入端，电阻Rx4连接所述反相器Ux2的反向输入端和所述直流电压源V1的正极，所述直流电压源V1的负极接地，电阻Rx5连接所述反相器Ux2的反向输入端和输出端，所述反相积分器Ux3的反向输入端连接电阻Rx6和电容Cx，电阻Rx6的另一端连接到所述乘法器Ax的输出端，所述乘法器Ax的输入端Y连接所述反相器Ux2的输出端、所述电容Cx的另一端连接所述反相积分器Ux3的输出端，所述反相积分器Ux3的输出端连接到所述第二通道的绝对值电路F2的输入端，同时连接到所述第三通道的绝对值电路F3的输入端；

所述第二通道中，所述反相器Uy1、所述反相器Uy2和所述反相积分器Uy3的正向输入端接地，所述反相器Uy1的反向输入端连接电阻Ry1和电阻Ry2，电阻Ry1连接所述绝对值电路F2的输出端，电阻Ry2连接所述反相器Uy1的反向输入端和输出端，所述反相器Uy2的反向输入端连接电阻Ry3、电阻Ry4和电阻Ry5，电阻Ry3连接所述反相器Uy1的输出端和所述反相器Uy2的反向输入端，电阻Ry4连接所述反相器Uy2的反向输入端和所述直流电压源V2的正极，所述直流电压源V2的负极接地，电阻Ry5连接所述反相器Uy2的反向输入端和输出端，所述反相积分器Uy3的反向输入端连接电阻Ry6、电阻Ry7和电容Cy，电阻Ry6的另一端连接到所述乘法器Ay的输出端，所述乘法器Ay的输入端X和Y端并联后连接所述反相器Uy2的输出端，电阻Ry7连接所述反相积分器Uy3的反向输入端和所述直流电压源V3的负极，所述直流电压源V3的正极接地，电容Cy的另一端连接所述反相积分器Uy3的输出端，所述反相积分器Uy3的输出端连接到所述绝对值电路F1的输入端；

所述第三通道中，所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2和所述反相器Uz3的正向输入端接地，所述反相器Uz1的反向输入端连接电阻Rz1、电阻Rz2和电阻Rz3，电阻Rz1连接所述绝对值电路F3的输出端，电阻Rz2连接所述反相器Uz1的反向输入端和所述直流电压源V4的负极，所述直流电压源V4的正极接地，电阻Rz3连接所述反相器Uz1的反向输入端和输出端，所述反相积分器Uz2的反向输入端连接电阻Rz4、电阻Rz5、电阻Rz6和电容Cz，电阻Rz4的另一端连接到所述乘法器Az的输出端，所述乘法器Az的输入端Y端连接到所述反相器Uy2的输出端，所述乘法器Az的输入端X端连接所述绝对值电路F4的输出端，所述绝对值电路F4的输入端连接到所述反相器Uz3的输出端，电阻Rz5连接所述反相器Uz3的输出端，电阻Rz6连接所述反相积分器Uz2的输出端，电容Cz的另一端连接所述反相积分器Uz2的输出端，所述反相积分器Uz2的输出端连接到所述绝对值电路F1的输入端，所述反相器Uz3的反向输入端连接电阻Rz7和电阻Rz8，电阻Rz7的另一端连接所述反相积分器Uz2的输出端，电阻Rz8的另一端连接所述反相器Uz3的输出端，所述反相器Uz3的输出端连接到所述乘法器Ax的X输入端；

所述电源电路中，所述二极管Dn的阴极连接直流电压源VEE，所述二极管Dn的阳极Vn连接到所述反相器Ux1、所述反相器Ux2、所述反相积分器Ux3、所述反相器Uy1、所述反相器Uy2、所述反相积分器Uy3、所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2和所述反相器Uz3的Vn端，所述二极管Dp的阳极连接直流电压源VDD，所述二极管Dp的阴极Vp连接到所述反相器Ux1、所述反相器Ux2、所述反相积分器Ux3、所述反相器Uy1、所述反相器Uy2、所述反相积分器Uy3、所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2和所述反相器Uz3的Vp端。

4.根据权利要求3所述的自切换混沌系统控制电路，其特征在于，所述第一通道中，电阻Rx1＝100kΩ、电阻Rx2＝100kΩ、电阻Rx3＝100kΩ、电阻Rx4＝100kΩ、电阻Rx5＝100kΩ、电阻Rx6＝30kΩ；

所述第二通道中，电阻Ry1＝100kΩ、电阻Ry2＝100kΩ、电阻Ry3＝100kΩ、电阻Ry4＝100kΩ、电阻Ry＝100kΩ、电阻Ry6＝100kΩ、电阻Ry7＝100kΩ；

所述第三通道中，电阻Rz1＝100kΩ、电阻Rz2＝100kΩ、电阻Rz3＝100kΩ、电阻Rz4＝200kΩ、电阻Rz5＝100kΩ、电阻Rz6＝200kΩ，电容Cx＝1nF、电容Cy＝1nF、电容Cz＝1nF；

所述电源电路中，直流电压源V1＝5V、V2＝3V、V3＝1V、V4＝5V、VDD＝+15V、VEE＝-15V，二极管Dn和二极管Dp采用肖特基二极管1N5159；

相应地，所要模拟的混沌系统中，a＝3.3，b＝0.5，c＝1，d＝0.5，m＝3，n＝5，模拟出的三个维度方程式为：

5.根据权利要求3所述的自切换混沌系统控制电路，其特征在于，所述乘法器Ax、所述乘法器Ay与所述乘法器Az均采用模拟乘法器AD834，且总的满幅度误差不大于0.5％。

6.根据权利要求3所述的自切换混沌系统控制电路，其特征在于，所述反相器Ux1、所述反相器Ux2、所述反相积分器Ux3、所述反相器Uy1、所述反相器Uy2、所述反相积分器Uy3、所述反相器Uz1、所述反相积分器Uz2、所述反相器Uz3均采用运放器LM741。

7.根据权利要求2或3所述的自切换混沌系统控制电路，其特征在于，所述绝对值电路F1、所述绝对值电路F2、所述绝对值电路F3和所述绝对值电路F4的电路结构相同，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、运算放大器U1和运算放大器U2、二极管D1和二极管D2；

电阻R1一端作为绝对值电路的输入端，另一端分别与电阻R2、电阻R3和运算放大器U1的反向输入端相连接，运算放大器U1的同相输入端接地，电阻R2的另一端分别与电阻R4和二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与运算放大器U1的输出端和二极管D2的阳极相连接，电阻R3的另一端与二极管D2的阴极和运算放大器U2的同相输入端相连，电阻R4的另一端与电阻R5和运算放大器U2的反向输入端相连接，电阻R5的另一端与运算放大器的U2的输出端相连接，并作为绝对值电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的自切换混沌系统控制电路，其特征在于，所述绝对值电路中的电阻R1＝10kΩ、电阻R2＝10kΩ、电阻R3＝10kΩ、电阻R4＝10kΩ、电阻R5＝10kΩ，二极管D1和二极管D2采用开关二极管1N4148，所述运算放大器U1和所述运算放大器U2均采用运放器LM741。

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