基于磁控型忆阻器的混沌电路设计及其应用

发布时间：2017-09-11 04:28

  本文关键词：基于磁控型忆阻器的混沌电路设计及其应用

  更多相关文章： 磁控型忆阻器 忆阻器混沌 动力学分析 SPICE设计 滑模变结构控制 语音保密通信 Boost变换器

【摘要】：随着全球信息化的飞速发展,各种信息大量涌现,但随之而来的信息安全问题已成为一个重要的挑战性课题。混沌是由确定的非线性系统产生的一种不确定的运动形态,具有初值敏感、遍历性、非周期、连续宽带频谱、类随机性等特点,因此混沌系统产生的伪随机序列可广泛应用于各种信息加密和保密通信之中。忆阻器具有纳米尺寸、自动记忆和非线性特性等优点,将忆阻器引入到非线性电路设计中,构建的忆阻混沌系统在体积和功耗等方面更具有优势,与传统的混沌电路系统相比较,忆阻混沌电路具有更加复杂的混沌特性,因为系统除了对电路参数体现出敏感性外,还依赖于忆阻器的初始值。由忆阻混沌系统产生的混沌信号具有更强的伪随机性,这些特性使其在传统的混沌应用领域有着更加广阔的应用前景。因此,将忆阻器与非线性混沌系统相结合,设计出基于忆阻器的混沌系统及电路有着非常重要的实际意义。本文的主要内容包括以下四部分:(1)介绍了磁通控制型忆阻器的模型,根据该模型提出了新的双翼混沌系统,再对所提出的新混沌系统进行了基本动力学分析和电路仿真验证。最后运用滑膜变结构控制理论,建立比例积分切换面,设计出的滑模控制器可以很好地将系统的混沌运动控制到任意点和周期轨道。(2)采用忆阻器的磁控模型设计了一个新的混沌系统。通过理论推导、数值仿真、Lyapunov指数谱、分岔图和Poincaré截面图研究了系统的基本动力学特性,并分析了不同参数对系统动力学行为的变化。同时,建立了模拟该系统的SPICE电路,SPICE仿真结果与数值分析相符,从而验证该混沌系统的混沌产生能力。最后,利用线性反馈同步控制方法实现了新构造的磁控忆阻混沌系统的同步,并且采用该同步方法有效实现了语音信号的保密通信,证实了新混沌系统的存在性以及同步控制应用的可行性。(3)基于磁控忆阻器模型设计了一个四维忆阻超混沌系统,分析了其动力学特性。最后设计了一个SPICE模拟电路实现了新混沌系统,通过实验结果进一步验证了与数值仿真的一致性。(4)以电流控制型Boost变换器的离散映射模型为基础,得出变换器的电感电流随参考电流变化的分叉图,并采用Simulink建立的状态空间模型对分叉图进行描述。以此为基础,研究一种基于SPICE设计的电流控制型Boost变换器,分析了以参考电流为变化参数的分叉和混沌现象,解释了系统分叉与混沌行为的成因。一系列的仿真结果验证了理论分析的正确性,为实际工程设计中避免Boost变换器的分叉、混沌行为提供理论依据。最后,对本文的工作进行了总结,并对下一步需要做的工作进行了展望。
【关键词】：磁控型忆阻器 忆阻器混沌 动力学分析 SPICE设计 滑模变结构控制 语音保密通信 Boost变换器
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM501
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 混沌概述10-12
• 1.1.1 混沌的定义10
• 1.1.2 混沌特征及识别方法10-12
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势12-15
• 1.2.1 忆阻器的发展及研究现状12
• 1.2.2 忆阻器混沌的发展及研究现状12-13
• 1.2.3 混沌控制与同步13
• 1.2.4 混沌保密通信13-14
• 1.2.5 超混沌系统14
• 1.2.6 开关变换器混沌现象的研究14-15
• 1.3 研究背景及其意义15
• 1.4 论文主要工作及结构15-17
• 第2章 基于磁控忆阻器混沌系统的滑膜控制17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 基于磁控忆阻器的新混沌系统17-21
• 2.2.1 磁控忆阻器数学模型介绍17-18
• 2.2.2 新混沌系统模型18-19
• 2.2.3 系统的基本动力学分析19-21
• 2.3 磁控忆阻混沌系统的电路实现21-25
• 2.4 磁控忆阻混沌系统的滑膜控制25-29
• 2.4.1 控制器的设计原理25-26
• 2.4.2 数值仿真26-27
• 2.4.3 系统控制到固定点27-28
• 2.4.4 系统控制到周期轨道28-29
• 2.5 小结29-30
• 第3章 磁控忆阻混沌系统及其在语音保密通信中的应用30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 一个新的磁控忆阻混沌系统30-32
• 3.2.1 新混沌系统模型及混沌吸引子30-31
• 3.2.2 时域图及功率谱分析31-32
• 3.3 磁控忆阻混沌系统基本动力学特性32-38
• 3.3.1 对称性与耗散性32
• 3.3.2 系统平衡点及其稳定性32-33
• 3.3.3 系统对初值敏感依赖性33
• 3.3.4 Lyapunov指数和Lyapunov维数33-34
• 3.3.5 系统参数的影响34-37
• 3.3.6 Poincaré截面图37-38
• 3.4 磁控忆阻混沌系统的电路实现38-40
• 3.5 磁控忆阻混沌系统的线性反馈同步及其在语音保密通信中的应用40-44
• 3.5.1 忆阻混沌系统的线性反馈同步41-42
• 3.5.2 数值仿真42-43
• 3.5.3 忆阻混沌同步在语音保密通信中的应用43-44
• 3.6 小结44-46
• 第4章 磁控忆阻器的超混沌系统46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 忆阻超混沌系统46-47
• 4.3 超混沌系统的基本特性47-50
• 4.3.1 对称性和耗散性47-48
• 4.3.2 平衡点及其稳定性分析48
• 4.3.3 初值敏感性48-49
• 4.3.4 功率谱49
• 4.3.5 Poincaré截面图49-50
• 4.4 磁控忆阻超混沌系统的电路实现50-52
• 4.5 小结52-53
• 第5章 基于SPICE设计的BOOST变换器分叉与混沌研究53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 电流控制型BOOST变换器的工作原理及状态方程53-54
• 5.3 电流控制型BOOST变换器模型及分叉图54-55
• 5.3.1 电流控制型Boost变换器离散映射模型54-55
• 5.3.2 电流控制型Boost变换器的分叉图55
• 5.4 电流控制型BOOST变换器的SIMULINK仿真模型55-58
• 5.5 基于SPICE设计的电流控制型BOOST变换器58-61
• 5.6 小结61-62
• 第6章 总结与展望62-63
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间已发表的论文68
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目68

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本文编号：828632