雙磁控憶阻動力學(xué)模型構(gòu)建及FPGA硬件實現(xiàn)

發(fā)布時間：2020-04-24 05:10

【摘要】：憶阻器(Memristor)作為一種優(yōu)良的非線性器件,由它形成的電路容易發(fā)生混沌振蕩。由此產(chǎn)生的混沌信號具有很強的內(nèi)隨機性和寬帶功率譜等特性,在安全通信領(lǐng)域中可以發(fā)揮重要作用。目前,大多數(shù)的研究人員采用分立元件搭建傳統(tǒng)模擬電路來實現(xiàn)憶阻混沌系統(tǒng),但是模擬電路易受外界環(huán)境影響,同時憶阻混沌系統(tǒng)對電路參數(shù)和初始狀態(tài)極其敏感,構(gòu)建的硬件電路穩(wěn)定性不強,且電路很難做到小型化,不方便嵌入設(shè)備中進行工程應(yīng)用。現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)具有集成度高、容量大、可靠性高、開發(fā)快速等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)字信號處理和芯片設(shè)計領(lǐng)域。采用FPGA技術(shù)硬件實現(xiàn)的憶阻混沌電路可以有效利用兩者優(yōu)勢,有利于憶阻器在工程中應(yīng)用和推廣。本文的主要工作為構(gòu)建兩個磁控憶阻器,利用其構(gòu)造一個五階憶阻混沌電路,對電路非線性特性進行數(shù)值分析,并基于FPGA技術(shù)硬件實現(xiàn)該電路系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容如下:(1)構(gòu)建兩個磁控憶阻器模型并驗證其憶阻特性。基于經(jīng)典Chua混沌電路設(shè)計一個五階雙磁控憶阻混沌電路,對電路非線性特性的數(shù)值分析表明,它具有豐富的混沌動力學(xué)行為。采用分岔圖和Lyapunov指數(shù)譜方法研究電路對參數(shù)的依懶性,結(jié)果表明系統(tǒng)在不同的電路參數(shù)下,動力學(xué)行為有著明顯的差異,其運行軌道經(jīng)歷了極限環(huán)、準(zhǔn)周期、超混沌狀態(tài)。最后,基于Multisim電路仿真軟件搭建憶阻混沌電路。(2)采用一階離散處理對電路進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換,基于Matlab/Simulink平臺,利用DSP Builder庫開發(fā)憶阻混沌系統(tǒng)數(shù)字電路,并且進行電氣規(guī)則檢查和邏輯驗證。(3)基于FPGA技術(shù),通過CycloneⅣE系列EP4CE10F17C8N芯片搭建的硬件平臺,真實實現(xiàn)了該模型數(shù)字化系統(tǒng)。設(shè)計結(jié)果表明,數(shù)字化憶阻器系統(tǒng)避免了模擬元器件的漂移和不穩(wěn)定性,硬件波形顯示性能穩(wěn)定可靠,且與計算機仿真結(jié)果完全一致。該設(shè)計方案靈活、普適性強,具有實際可推廣應(yīng)用的價值和前景。綜上所述,本文的研究成果為傳統(tǒng)混沌電路設(shè)計提供了新的發(fā)展方向,推動了憶阻器在工程中的應(yīng)用,對信息安全和電子與電路領(lǐng)域有著一定的參考價值及意義。
【圖文】：

特性曲線,憶阻器,磁控,特性曲線

2W 磁滯回線圖3.1 兩個磁控憶阻器的i v特性曲線3.3 系統(tǒng)方程和動力學(xué)分析3.3.1 雙磁控憶阻混沌電路基于傳統(tǒng)三階 Chua 混沌振蕩電路，設(shè)計一種五階憶阻混沌電路如圖 3.2 所示，該電路共由六個電路元件構(gòu)成：兩個磁控憶阻器、兩個電容、一個電感和一個線性電阻。與這六個電路元件對應(yīng)的狀態(tài)變量分別為：1 ，2 ，1v ，2v ，Li ，R

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