记忆元件Simulink建模研究及其在混沌电路中的应用

发布时间：2020-11-19 04:36

　　 忆阻器于1971年由蔡少棠教授首次提出,用于表征电荷与磁通之间的某种关系。随着现代纳米科学技术取得了一系列突破性成果,2008年,惠普实验室的科学家们第一次成功研制出了忆阻器的物理元件,在全球范围内掀起了对忆阻器的研究狂潮。2009年,两个新型记忆元件(忆容器和忆感器)的提出得到了业界的广泛关注,它们除记忆特性外,在较低的频率下表现为非线性电容和非线性电感,在极高频率下表现为线性电容和线性电感的特点,使得它们迅速成为研究热点。但到目前为止,这两个新型元件仍未被物理实现。本文在记忆元件尚未市场化的前提下,分别搭建了基于Simulink的忆阻器、忆容器和忆感器分段线性模型,同时,应用Simulink对记忆元件其他模型(如三次方模型)进行了建模,在此基础上,分别构建出基于忆阻器的指数混沌系统、基于忆容器的混沌振荡器以及基于忆容器和忆感器的超混沌振荡器,讨论了其电路特性,特别是混沌动力学特性;此外,还通过Simulink仿真及DSP实验对它们的有效性进行了进一步验证。本文的研究包括以下内容:(1)在记忆元件尚未市场化的前提下,建立了记忆元件的Simulink模型。首先,根据记忆元件的通用定义,设计了忆感器的分段线性数学模型;其次,依据忆阻器、忆容器和忆感器的数学模型,构建了能够直观反映它们记忆特性(即等效值与其历史状态相关联)的Simulink模型,并对模型的电路特性进行了讨论和验证。(2)为研究非线性项与记忆元件相结合的混沌系统,本文在Lu系统的基础上添加了指数项,并与忆阻器模型相结合,实现了系统维数的增加,构建出一个新混沌系统;并对该系统的动力学特性进行了分析,特别地,讨论了电压温度当量UT在电路中起到的作用;最后,通过Simulink建模仿真和DSP仿真实验对该系统进行了实现。(3)建立了光滑三次忆容器的Simulink模型,并基于此模型构建了一个基于忆容器的混沌振荡器;同时,通过对其动力学特性进行了深入研究,得到了该系统初值及参数对其系统状态影响的规律;最后,通过Simulink仿真验证了该混沌振荡器的有效性。(4)为研究同时含有忆容器和忆感器的振荡电路,首先通过POP(Power-Off Plot)方法分别讨论了三阶忆容器模型和二阶忆感器模型的非易失特性,在此基础上,构建了基于忆容器和忆感器的超混沌振荡电路;通过分析,发现了该系统具有共存吸引子及无穷平衡点等特性;最后,通过Simulink建模仿真和DSP仿真实验对振荡电路进行了实现。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN60
【部分图文】：

２００９年，蔡少棠教授等人［５］通过引入两个新的变量一一和（７?（它们分别对应的是磁通ｐ??和电荷ｇ对时间的积分），将记忆元件从忆阻器扩展到忆容器和忆感器，使得记忆元件和传统??电路元件构成一个完整的结构体系。如图１．２所示，体系中各个元件表征两两电路变量间的??关系，具体可以归纳为：传统电路元件表征变量之间的线性关系，记忆元件则表征变量间的??线性或非线性关系。??记忆元件都是纳米级元件，其电路特性取决于系统的历史状态，其特点在于在没有外部??能量供应的情况下，可以存储信息，可应用于非易失性存储以及学习、适应和自发性行为等??领域［４］。忆阻器作为新一代电路元件的代表，在多个领域表现出巨大的应用前景，如非易失??性存储［６＿８］、人工神经网络［９＿１２］以及非线性电路［１３，１４］等。具体地，忆阻器有望构建新一代非易??失性存储器，来替代现在的非易失性存储设备（如：Ｆｌａｓｈ等），其特点在于低功耗、高密度??１??

?忆容器?忆感器??图１．１忆阻器、忆容器和忆感器的电路符号??２００９年，蔡少棠教授等人［５］通过引入两个新的变量一一和（７?（它们分别对应的是磁通ｐ??和电荷ｇ对时间的积分），将记忆元件从忆阻器扩展到忆容器和忆感器，使得记忆元件和传统??电路元件构成一个完整的结构体系。如图１．２所示，体系中各个元件表征两两电路变量间的??关系，具体可以归纳为：传统电路元件表征变量之间的线性关系，记忆元件则表征变量间的??线性或非线性关系。??记忆元件都是纳米级元件，其电路特性取决于系统的历史状态，其特点在于在没有外部??能量供应的情况下，可以存储信息，可应用于非易失性存储以及学习、适应和自发性行为等??领域［４］。忆阻器作为新一代电路元件的代表，在多个领域表现出巨大的应用前景，如非易失??性存储［６＿８］、人工神经网络［９＿１２］以及非线性电路［１３

导致目前的主要研宄仍停留在模型的构建以及基于这些模型展开的在非线性电路中的应??用研宄。??麵??图１．２传统电路元件与记忆元件间的关系??尽管忆阻器的物理元件已经被实现多年，但受限于纳米工艺和严格的实验条件，目前仍??不能走进市场，而忆容器和忆感器的物理元件还未真正实现，因此，建立更实用、更贴近实??际、且其等效值与其历史状态相关的忆阻器、忆容器和忆感器的等效模型，以促进对记忆元??件及其系统的应用研宄非常迫切。近年来，在经典系统的基础上，通过对其进行添加维数或??将非线性强度低的非线性项（ｘ＿ｙ，?替换成非线性强度更高的非线性项（如夂，／ｎｚ等），??生成各种各样的新系统使其具有更丰富的动力学特性，产生随机性更好的伪随机序列是一个??新的研宄方向，但结合记忆元件对此类系统进行优化却少有研宄。随着移动互联网技术的飞??速发展
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2889708