CN205510072U - 一种Panchev系统的混沌电路 - Google Patents

Abstract

一种Panchev系统的混沌电路，包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，作为一路输入信号，第一通道的前一级输出信号还连接第二通道的乘法器A2的输入端，以及第三通道的乘法器A3与第二通道的输入；第二通道的输出信号反馈到第二通道的输入端，作为一路输入信号，第二通道的前一级输出连接第三通道乘法器A3的输入端，且连接第一通道的输入端与乘法器A1的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，作为一路输入信号，第三通道的输出信号还连接第一通道乘法器A1的输入端与第二通道乘法器A2的输入端；本实用新型电路结构简单，电路性能可靠且易实现，在信息安全、通信保密与机电系统控制领域中有着重要的参考价值。

Description

一种Panchev系统的混沌电路

技术领域

本实用新型属于混沌信号发生器设计技术领域，具体涉及一种Panchev系统的混沌电路。

背景技术

近年来，混沌反控制已经成为非线性学科研究的热点。现在混沌动力学正由数学和物理的基础理论研究逐步过渡到实际的工程应用领域，并得到了很大发展。例如混沌理论可用在保密通信、图像视频文字加密等数字信息领域，因而混沌动力学具有广泛的应用前景。

此类Panchev混沌系统也是一个非常典型的混沌系统，但现有研究很少，所以对于建立Panchev混沌系统电路模型势在必行，并且能更好应用于通信以及混沌密码等领域提供了参考价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种Panchev系统的混沌电路，采用模块化，易于系统电路的硬件扩展，保密性较好。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种Panchev系统的混沌电路，包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，作为一路输入信号，第一通道的前一级输出信号连接第二通道的乘法器A2的输入端，还连接第三通道的乘法器A3与第二通道的输入端；第二通道的输出信号反馈到第二通道的输入端，作为一路输入信号，第二通道的前一级输出连接第三通道乘法器A3的输入端，且连接第一通道的输入端与乘法器A1的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，作为一路输入信号，第三通道的输出信号还连接第一通道乘法器A1的输入端与第二通道乘法器A2的输入端；

所述的第一通道包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14的一端，电阻R11的另一端和第一通道的输出信号-x连接，电阻R12的另一端与第二通道输出的前一级输出y连接，电阻R13的另一端与乘法器A1的输出端连接，乘法器A1的第一输入端与第二通道输出的前一级信号y连接，乘法器A1的第二输入端和第三通道的输出-z连接，电阻R14另一端连接反相器U1的6引脚,反相器U1的6引脚通过电阻R15和反相积分器U3的2引脚连接，电容C1一端连接反相积分器U3的2引脚，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚，反相积分器U3的6引脚通过电阻R16和反相器U2的2引脚连接，电阻R17一端连接反相器U2的2引脚，电阻R17另一端连接反相器U2的6引脚，反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地，反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接VDD(负电压)，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第二通道包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24的一端，电阻R21的另一端和第一通道的输出信号前一级信号x连接，电阻R22的另一端与第二通道输出信号-y连接，电阻R23的另一端与乘法器A2的输出端连接，乘法器A2的第一输入端与第一通道输出的前一级信号x连接，乘法器A2的第二输入端和第三通道的输出-z连接；电阻R24另一端连接反相器U4的6引脚,反相器U4的6引脚通过电阻R25和反相积分器U6的2引脚连接，电容C2一端连接反相积分器U6的2引脚，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚，反相积分器U6的6引脚通过电阻R26和反相器U5的2引脚连接，反相器U5的2引脚连接电阻R27一端，电阻R27另一端连接反相器U5的6引脚，反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接VDD(负电压)；反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第三通道包括反相器U7,反相器U7的2引脚连接电阻R31，电阻R32和电阻R33的一端，电阻R31的另一端连接乘法器A3的输出端，乘法器A3的第一输入端和第一通道输出的前一级x连接，乘法器A3的第二输入端和第二通道的输出的前一级y连接，电阻R32的另一端和第三通道输出信号-z连接，电阻R33的另一端连接反相器U7的6引脚；反相器U7的6引脚通过电阻R34连接反相积分器U8的2引脚，反相积分器U8的2引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U8的6引脚；反相积分器U8的6引脚通过电阻R35连接到反相器U9的2引脚；反相器U9的2引脚连接电阻R36一端，电阻R36另一端连接反相器U9的6引脚，反相器U7的3引脚、反相积分器U8的3引脚、反相器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相积分器U8的4引脚、反相器U9的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相器积分U8的7引脚、反相器U9的7引脚接VCC(正电压)。

所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相积分器U8和反相器U9采用运放器LM741。

所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3采用乘法器AD633。

所述反相器U2的输出端是信号-x，反相积分器U3的输出端是信号x；

所述反相器U5的输出端信号是-y，反相积分器U6的输出端是信号y；

所述反相器U9的输出端信号是-z，反相器积分U8的输出端是信号z；

本实用新型在普通的示波器上即可观察出x-y，x-z，y-z相图，采用模块化设计，有电路结构简单，电路性能可靠且易实现，适用于大学混沌实验教学、非线性电路演示等，在信息安全、通信保密等领域中有着重要的价值。

附图说明

图1是本实用新型的电路图。

图2是本实用新型的x输出波形图。

图3是本实用新型的y输出波形图。

图4是本实用新型的输出波形图。

图5是本实用新型的x-y输出相图。

图6是本实用新型的x-z输出相图。

图7是本实用新型的y-z输出相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做详细描述。

参照图1，一种Panchev系统的混沌电路，包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，作为一路输入信号，第一通道的前一级输出信号还连接第二通道的乘法器A2的输入端，还连接第三通道的乘法器A3与第二通道的输入；第二通道的输出信号反馈到第二通道的输入端，作为一路输入信号，第二通道的前一级输出连接第三通道乘法器A3的输入端，且连接第一通道的输入端与乘法器A1的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，作为一路输入信号，第三通道的输出信号还连接第一通道乘法器A1的输入端与第二通道乘法器A2的输入端；

所述的第一通道包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14的一端，电阻R11的另一端和第一通道的输出信号-x连接，电阻R12的另一端与第二通道输出的前一级输出y连接，电阻R13的另一端与乘法器A1的输出端连接，乘法器A1的第一输入端与第二通道输出的前一级信号y连接，乘法器A1的第二输入端和第三通道的输出-z连接，电阻R14另一端连接反相器U1的6引脚,反相器U1的6引脚通过电阻R15和反相积分器U3的2引脚连接，电容C1一端连接反相积分器U3的2引脚，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚，反相积分器U3的6引脚通过电阻R16和反相器U2的2引脚连接，反相器U2的2引脚连接电阻R17一端，电阻R17另一端连接反相器U2的6引脚，反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地，反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接VDD(负电压)，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第二通道包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24的一端，电阻R21的另一端和第一通道的输出信号前一级信号x连接，电阻R22的另一端与第二通道输出信号-y连接，电阻R23的另一端与乘法器A2的输出端连接，乘法器A2的第一输入端与第一通道输出的前一级信号x连接，乘法器A2的第二输入端和第三通道的输出-z连接；电阻R24另一端连接反相器U4的6引脚,反相器U4的6引脚通过电阻R25和反相积分器U6的2引脚连接，电容C2一端连接反相积分器U6的2引脚，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚，反相积分器U6的6引脚通过电阻R26和反相器U5的2引脚连接，反相器U5的2引脚连接电阻R27一端，电阻R27另一端连接反相器U5的6引脚，反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接VDD(负电压)；反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第三通道包括反相器U7，反相器U7的2引脚连接电阻R31，电阻R32和电阻R33的一端，电阻R31的另一端连接乘法器A3的输出端，乘法器A3的第一输入端和第一通道输出的前一级x连接，乘法器A3的第二输入端和第二通道的输出的前一级y连接，电阻R32的另一端和第三通道输出信号-z连接，电阻R33的另一端连接反相器U7的6引脚；反相器U7的6引脚通过电阻R34连接反相积分器U8的2引脚，反相积分器U8的2引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U8的6引脚；反相积分器U8的6引脚通过电阻R35连接到反相器U9的2引脚；反相器U9的2引脚连接电阻R36一端，电阻R36另一端连接反相器U9的6引脚，反相器U7的3引脚、反相积分器U8的3引脚、反相器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相积分器U8的4引脚、反相器U9的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相积分器U8的7引脚、反相器U9的7引脚接VCC(正电压)。

图1中，第一通道电阻R11＝R12＝10kΩ，R13＝1MΩ，R14＝R15＝R16＝R17＝10KΩ，C1＝10nF；第二通道电阻R21＝3.3KΩ，R21＝100KΩ，R23＝R24＝R25＝R26＝R27＝10KΩ,C2＝10nF；第三通道电阻R31＝10KΩ，R32＝39KΩ，R33＝＝R34＝R35＝R36＝10KΩ，C3＝10nF；VCC＝15，VDD＝-15V。

所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相积分器U8、反相器U9采用运放器LM741。

所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3采用乘法器AD633。

所述反相器U2的输出端是信号-x，反相积分器U3的输出端是信号x；所述反相器U5的输出端信号是-y，反相积分器U6的输出端是信号y；所述反相器U9的输出端信号是-z，反相器积分U8的的输出端是信号z。

本实用新型的工作原理为：

一种3D自治混沌电路，因该系统比lorenz混沌系统多一项非线性项，故使得该电路的混沌特性非常复杂，如果将该电路的输出信号作为载波信号，与目标信号通过相关算法调制，定可达到保密通信以及抗破解的目的。

本实用新型涉及的无量纲数学模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{dx}{dt}=a(y-x)-dyz\\ \frac{dy}{dt}=-xz+cx-y\\ \frac{dz}{dt}=xy-bz\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，x，y，z为状态变量，a，b，c，d为方程的参数。选取a＝10，c＝30，b＝8/3，d＝0.01时，系统(1)即Panchev混沌系统，此时本实用新型的振荡电路的方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{dx}{dt}=-\frac{R_{14}{R}_{17}}{R_{11}{R}_{16}{R}_{15}{c}_1}x+\frac{R_{14}}{R_{12}{R}_{15}{c}_1}y-\frac{R_{14}{R}_{17}}{10R_{16}{R}_{13}{R}_{15}{c}_1}yz\\ \frac{dy}{dt}=\frac{R_{24}{R}_{27}}{R_{21}{R}_{26}{R}_{25}{c}_2}x-\frac{R_{24}}{R_{22}{R}_{25}{c}_2}y-\frac{R_{24}{R}_{27}}{10R_{26}{R}_{23}{R}_{25}{c}_2}xz\\ \frac{dz}{dt}=\frac{R_{33}}{10R_{31}{R}_{34}{c}_3}xy-\frac{R_{36}{R}_{33}}{10R_{32}{R}_{34}{c}_3}z\end{array}\right.---\left(2\right)$

本实用新型所涉及的电路由第一通道、第二通道、第三通道的电路组成，第一通道、第二通道、第三通道的电路分别实现了式(2)中的第一函数、第二函数、第三函数。模拟乘法器使用AD633时，电路的输出波形图见图2、图3、图4，电路输出的相位图见图5、图6、图7，图2至图7反映出了Panchev混沌电路的基本混沌特性，从而丰富了混沌的类型，为混沌应用于机电与电力控制、以及混沌医疗提供了参考价值。

Claims (6)

1.一种Panchev系统的混沌电路，其特征在于，包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道的输出信号反馈到第一通道的输入端，作为一路输入信号，第一通道的前一级输出信号连接第二通道的乘法器A2的输入端，还连接第三通道的乘法器A3与第二通道的输入端；第二通道的输出信号反馈到第二通道的输入端，作为一路输入信号，第二通道的前一级输出连接第三通道乘法器A3的输入端，且连接第一通道的输入端与乘法器A1的输入端；第三通道的输出信号反馈到第三通道的输入端，作为一路输入信号，第三通道的输出信号还连接第一通道乘法器A1的输入端与第二通道乘法器A2的输入端；

所述的第一通道包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14的一端，电阻R11的另一端和第一通道的输出信号-x连接，电阻R12的另一端与第二通道输出的前一级输出y连接，电阻R13的另一端与乘法器A1的输出端连接，乘法器A1的第一输入端与第二通道输出的前一级信号y连接，乘法器A1的第二输入端和第三通道的输出-z连接，电阻R14另一端连接反相器U1的6引脚,反相器U1的6引脚通过电阻R15和反相积分器U3的2引脚连接，电容C1一端连接反相积分器U3的2引脚，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚，反相积分器U3的6引脚通过电阻R16和反相器U2的2引脚连接，电阻R17一端连接反相器U2的2引脚，电阻R17另一端连接反相器U2的6引脚，反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地，反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接VDD(负电压)，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第二通道包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24的一端，电阻R21的另一端和第一通道的输出信号前一级信号x连接，电阻R22的另一端与第二通道输出信号-y连接，电阻R23的另一端与乘法器A2的输出端连接，乘法器A2的第一输入端与第一通道输出的前一级信号x连接，乘法器A2的第二输入端和第三通道的输出-z连接；电阻R24另一端连接反相器U4的6引脚,反相器U4的6引脚通过电阻R25和反相积分器U6的2引脚连接，电容C2一端连接反相积分器U6的2引脚，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚，反相积分器U6的6引脚通过电阻R26和反相器U5的2引脚连接，反相器U5的2引脚连接电阻R27一端，电阻R27另一端连接反相器U5的6引脚，反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接VDD(负电压)；反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第三通道包括反相器U7,反相器U7的2引脚连接电阻R31，电阻R32和电阻R33的一端，电阻R31的另一端连接乘法器A3的输出端，乘法器A3的第一输入端和第一通道输出的前一级x连接，乘法器A3的第二输入端和第二通道的输出的前一级y连接，电阻R32的另一端和第三通道输出信号-z连接，电阻R33的另一端连接反相器U7的6引脚；反相器U7的6引脚通过电阻R34连接反相积分器U8的2引脚，反相积分器U8的2引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U8的6引脚；反相积分器U8的6引脚通过电阻R35连接到反相器U9的2引脚；反相器U9的2引脚连接电阻R36一端，电阻R36另一端连接反相器U9的6引脚，反相器U7的3引脚、反相积分器U8的3引脚、反相器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相积分器U8的4引脚、反相器U9的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相器积分U8的7引脚、反相器U9的7引脚接VCC(正电压)。

2.根据权利要求1所述的一种Panchev系统的混沌电路，其特征在于，所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相积分器U8、反相器U9采用运放器LM741。

3.根据权利要求1所述的一种Panchev系统的混沌电路，其特征在于，所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3采用乘法器AD633。

4.根据权利要求1所述的一种Panchev系统的混沌电路，其特征在于，所述的反相器U2的输出端是信号-x，反相积分器U3的输出端是信号x。

5.根据权利要求1所述的一种Panchev系统的混沌电路，其特征在于，所述的反相器U5的输出端信号是-y，反相积分器U6的输出端是信号y。

6.根据权利要求1所述的一种Panchev系统的混沌电路，其特征在于，所述的反相器U9的输出端信号是-z，反相器积分U8的输出端是信号z。