双磁控忆阻动力学模型构建及FPGA硬件实现

发布时间：2020-04-24 05:10

【摘要】：忆阻器(Memristor)作为一种优良的非线性器件,由它形成的电路容易发生混沌振荡。由此产生的混沌信号具有很强的内随机性和宽带功率谱等特性,在安全通信领域中可以发挥重要作用。目前,大多数的研究人员采用分立元件搭建传统模拟电路来实现忆阻混沌系统,但是模拟电路易受外界环境影响,同时忆阻混沌系统对电路参数和初始状态极其敏感,构建的硬件电路稳定性不强,且电路很难做到小型化,不方便嵌入设备中进行工程应用。现场可编程逻辑门阵列(FPGA)具有集成度高、容量大、可靠性高、开发快速等优点,广泛应用于现代数字信号处理和芯片设计领域。采用FPGA技术硬件实现的忆阻混沌电路可以有效利用两者优势,有利于忆阻器在工程中应用和推广。本文的主要工作为构建两个磁控忆阻器,利用其构造一个五阶忆阻混沌电路,对电路非线性特性进行数值分析,并基于FPGA技术硬件实现该电路系统。具体研究内容如下:(1)构建两个磁控忆阻器模型并验证其忆阻特性。基于经典Chua混沌电路设计一个五阶双磁控忆阻混沌电路,对电路非线性特性的数值分析表明,它具有丰富的混沌动力学行为。采用分岔图和Lyapunov指数谱方法研究电路对参数的依懒性,结果表明系统在不同的电路参数下,动力学行为有着明显的差异,其运行轨道经历了极限环、准周期、超混沌状态。最后,基于Multisim电路仿真软件搭建忆阻混沌电路。(2)采用一阶离散处理对电路进行数字化转换,基于Matlab/Simulink平台,利用DSP Builder库开发忆阻混沌系统数字电路,并且进行电气规则检查和逻辑验证。(3)基于FPGA技术,通过CycloneⅣE系列EP4CE10F17C8N芯片搭建的硬件平台,真实实现了该模型数字化系统。设计结果表明,数字化忆阻器系统避免了模拟元器件的漂移和不稳定性,硬件波形显示性能稳定可靠,且与计算机仿真结果完全一致。该设计方案灵活、普适性强,具有实际可推广应用的价值和前景。综上所述,本文的研究成果为传统混沌电路设计提供了新的发展方向,推动了忆阻器在工程中的应用,对信息安全和电子与电路领域有着一定的参考价值及意义。
【图文】：

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2W 磁滞回线图3.1 两个磁控忆阻器的i v特性曲线3.3 系统方程和动力学分析3.3.1 双磁控忆阻混沌电路基于传统三阶 Chua 混沌振荡电路，设计一种五阶忆阻混沌电路如图 3.2 所示，该电路共由六个电路元件构成：两个磁控忆阻器、两个电容、一个电感和一个线性电阻。与这六个电路元件对应的状态变量分别为：1 ，2 ，1v ，2v ，Li ，R

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图3.2双磁控忆阻混沌电路
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN60;TN791

【参考文献】