搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

磁控二氧化钛忆阻混沌系统及现场可编程逻辑门阵列硬件实现

许雅明 王丽丹 段书凯

磁控二氧化钛忆阻混沌系统及现场可编程逻辑门阵列硬件实现

许雅明, 王丽丹, 段书凯
PDF
导出引用
导出核心图
  • 忆阻器作为混沌系统的非线性部分, 能够提高混沌系统的信号随机性和复杂度, 减小系统的物理尺寸. 本文将磁控二氧化钛忆阻器应用到一个新的三维自治混沌系统中, 通过理论推导和数值仿真, 从平衡点的稳定性、 Lyapunov指数谱、庞加莱截面和功率谱等方面研究了该系统的动力学特性, 并详细讨论了不同参数变化对系统相图和平衡点稳定性的影响. 有趣的是, 在改变参数的情况下, 系统的吸引子会产生翻转、混沌程度加剧和混叠的现象, 说明该忆阻混沌系统具有丰富的动力学行为. 此外, 本文将改进的牛顿迭代法运用于现场可编程逻辑门阵列 技术中, 巧妙设计出一种只迭代3次就能达到所需精度的开方运算器, 从而硬件实现了该忆阻混沌系统. 这突破了以往忆阻器混沌系统只能在计算机模拟平台仿真的瓶颈, 为进一步研究忆阻混沌系统及其在保密通信、信息处理中的应用提供了参考.
      通信作者: 王丽丹, ldwang@swu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61372139, 61571372)、新世纪优秀人才支持计划(批准号: 教技函[2013]47号)和中央高校基本业务费专项资金 (批准号: XDJK2016A001, XDJK2014A009)资助的课题.
    [1]

    Lorenz E N 1963 J. Atmos. Sci. 20 130

    [2]

    Chua L O 1971 IEEE Trans. Circ. Theor. 18 507

    [3]

    Strukov D B, Snider G S, Stewart D R, Williams R S 2008 Nature 453 80

    [4]

    Kavehei O, Iqbal A, Kim Y S, Eshraghian K, Al-Sarawi S F, Abbott D 2010 Proc. R. Soc. A 466 2175

    [5]

    Biolek Z, Biolek D, Biolkov V 2009 Radio. Eng. 18 210

    [6]

    Pershin Y V, Di V M 2008 Phys. Rev. B 78 3309

    [7]

    Jo S H, Kim K H, Lu W 2009 Nano Lett. 9 870

    [8]

    Yang J, Wang L D, Duan S K 2016 Sci. China Inf. Sci. 46 391

    [9]

    Wang L D, Li H F, Duan S K, Huang T W, Wang H M 2015 Neurocomputing 171 23

    [10]

    Wang L D, Duan M T, Duan S K, Hu X F 2014 Sci. China Inf. Sci. 44 920

    [11]

    Hu X F, Chen G R, Duan S K, Feng G 2014 In Memristor Networks (Springer International Publishing) pp351-364

    [12]

    Muthuswamy B, Kokate P P 2009 IETE Tech. Rev. 26 417

    [13]

    Wang L D, Drakakis E, Duan S K, He P F, Liao X F 2012 Int. J. Bifurcat. Chaos 22 1250205

    [14]

    Zhong G Q, Man K F, Chen G R 2002 Int. J. Bifurcat. Chaos 12 2907

    [15]

    Bao B C, Shi G D, Xu J P, Liu Z, Pan S H 2011 Sci. China Tech. Sci. 54 2180

    [16]

    Bao B C, Xu J P, Zhou G H, Ma Z H, Zou L 2011 Chin. Phys. B 20 120502

    [17]

    Min G Q, Wang L D, Duan S K 2015 Acta Phys. Sin. 64 210507 (in Chinese) [闵国旗, 王丽丹, 段书凯 2015 物理学报 64 210507]

    [18]

    Li H F, Wang L D, Duan S K 2014 Int. J. Bifurcat. Chaos 24 7

    [19]

    Wang L D, Duan S K 2012 Abstr. Appl. Anal. 2012 2012

    [20]

    Li C L, Yu S M, Luo X S 2012 Acta Phys. Sin. 61 110502 (in Chinese) [李春来, 禹思敏, 罗晓曙 2012 物理学报 61 110502]

    [21]

    Wang G Y, Qiu S S, Li H W, Li C F, Zheng Y 2006 Chin. Phys. 15 2872

    [22]

    Wang Z L 2008 Comput. Eng. Appl. 44 84 (in Chinese) [王忠林 2008 计算机工程与应用 44 84]

    [23]

    Shao S Y, Min F H, Wu X H, Zhang X G 2014 Acta Phys. Sin. 63 060501 (in Chinese) [邵书义, 闵富红, 吴薛红, 张新国 2014 物理学报 63 060501]

    [24]

    Yu S M 2011 Chaotic Systems and Chaotic Circuits (Xi'an: Xi'an Electronic Sience and Technology University Press) pp126-148 (in Chinese) [禹思敏 2011 混沌系统与混沌电路 (西安: 西安电子科技大学出版社) 第126-148页]

    [25]

    Vaněčk A, Člikovsk S 1996 Control Systems: From Linear Analysis to Synthesis of Chaos (London: Prentice Hall International Ltd.) pp10-121

  • [1]

    Lorenz E N 1963 J. Atmos. Sci. 20 130

    [2]

    Chua L O 1971 IEEE Trans. Circ. Theor. 18 507

    [3]

    Strukov D B, Snider G S, Stewart D R, Williams R S 2008 Nature 453 80

    [4]

    Kavehei O, Iqbal A, Kim Y S, Eshraghian K, Al-Sarawi S F, Abbott D 2010 Proc. R. Soc. A 466 2175

    [5]

    Biolek Z, Biolek D, Biolkov V 2009 Radio. Eng. 18 210

    [6]

    Pershin Y V, Di V M 2008 Phys. Rev. B 78 3309

    [7]

    Jo S H, Kim K H, Lu W 2009 Nano Lett. 9 870

    [8]

    Yang J, Wang L D, Duan S K 2016 Sci. China Inf. Sci. 46 391

    [9]

    Wang L D, Li H F, Duan S K, Huang T W, Wang H M 2015 Neurocomputing 171 23

    [10]

    Wang L D, Duan M T, Duan S K, Hu X F 2014 Sci. China Inf. Sci. 44 920

    [11]

    Hu X F, Chen G R, Duan S K, Feng G 2014 In Memristor Networks (Springer International Publishing) pp351-364

    [12]

    Muthuswamy B, Kokate P P 2009 IETE Tech. Rev. 26 417

    [13]

    Wang L D, Drakakis E, Duan S K, He P F, Liao X F 2012 Int. J. Bifurcat. Chaos 22 1250205

    [14]

    Zhong G Q, Man K F, Chen G R 2002 Int. J. Bifurcat. Chaos 12 2907

    [15]

    Bao B C, Shi G D, Xu J P, Liu Z, Pan S H 2011 Sci. China Tech. Sci. 54 2180

    [16]

    Bao B C, Xu J P, Zhou G H, Ma Z H, Zou L 2011 Chin. Phys. B 20 120502

    [17]

    Min G Q, Wang L D, Duan S K 2015 Acta Phys. Sin. 64 210507 (in Chinese) [闵国旗, 王丽丹, 段书凯 2015 物理学报 64 210507]

    [18]

    Li H F, Wang L D, Duan S K 2014 Int. J. Bifurcat. Chaos 24 7

    [19]

    Wang L D, Duan S K 2012 Abstr. Appl. Anal. 2012 2012

    [20]

    Li C L, Yu S M, Luo X S 2012 Acta Phys. Sin. 61 110502 (in Chinese) [李春来, 禹思敏, 罗晓曙 2012 物理学报 61 110502]

    [21]

    Wang G Y, Qiu S S, Li H W, Li C F, Zheng Y 2006 Chin. Phys. 15 2872

    [22]

    Wang Z L 2008 Comput. Eng. Appl. 44 84 (in Chinese) [王忠林 2008 计算机工程与应用 44 84]

    [23]

    Shao S Y, Min F H, Wu X H, Zhang X G 2014 Acta Phys. Sin. 63 060501 (in Chinese) [邵书义, 闵富红, 吴薛红, 张新国 2014 物理学报 63 060501]

    [24]

    Yu S M 2011 Chaotic Systems and Chaotic Circuits (Xi'an: Xi'an Electronic Sience and Technology University Press) pp126-148 (in Chinese) [禹思敏 2011 混沌系统与混沌电路 (西安: 西安电子科技大学出版社) 第126-148页]

    [25]

    Vaněčk A, Člikovsk S 1996 Control Systems: From Linear Analysis to Synthesis of Chaos (London: Prentice Hall International Ltd.) pp10-121

  • [1] 许碧荣. 一种最简的并行忆阻器混沌系统. 物理学报, 2013, 62(19): 190506. doi: 10.7498/aps.62.190506
    [2] 刘中, 包伯成, 许建平. 忆阻混沌振荡器的动力学分析. 物理学报, 2010, 59(6): 3785-3793. doi: 10.7498/aps.59.3785
    [3] 邵书义, 闵富红, 吴薛红, 张新国. 基于现场可编程逻辑门阵列的新型混沌系统实现. 物理学报, 2014, 63(6): 060501. doi: 10.7498/aps.63.060501
    [4] 吴洁宁, 王丽丹, 段书凯. 基于忆阻器的时滞混沌系统及伪随机序列发生器. 物理学报, 2017, 66(3): 030502. doi: 10.7498/aps.66.030502
    [5] 阮静雅, 孙克辉, 牟俊. 基于忆阻器反馈的Lorenz超混沌系统及其电路实现. 物理学报, 2016, 65(19): 190502. doi: 10.7498/aps.65.190502
    [6] 闫登卫, 王丽丹, 段书凯. 基于忆阻器的多涡卷混沌系统及其脉冲同步控制. 物理学报, 2018, 67(11): 110502. doi: 10.7498/aps.67.20180025
    [7] 李志军, 曾以成, 李志斌. 改进型细胞神经网络实现的忆阻器混沌电路. 物理学报, 2014, 63(1): 010502. doi: 10.7498/aps.63.010502
    [8] 王伟, 曾以成, 孙睿婷. 含三个忆阻器的六阶混沌电路研究. 物理学报, 2017, 66(4): 040502. doi: 10.7498/aps.66.040502
    [9] 徐威, 王钰琪, 李岳峰, 高斐, 张缪城, 连晓娟, 万相, 肖建, 童祎. 新型忆阻器神经形态电路的设计及其在条件反射行为中的应用. 物理学报, 2019, 68(23): 238501. doi: 10.7498/aps.68.20191023
    [10] 包伯成, 胡文, 许建平, 刘中, 邹凌. 忆阻混沌电路的分析与实现. 物理学报, 2011, 60(12): 120502. doi: 10.7498/aps.60.120502
    [11] 林毅, 刘文波, 沈骞. 五阶压控忆阻蔡氏混沌电路的双稳定性. 物理学报, 2018, 67(23): 230502. doi: 10.7498/aps.67.20181283
    [12] 肖利全, 段书凯, 王丽丹. 基于Julia分形的多涡卷忆阻混沌系统. 物理学报, 2018, 67(9): 090502. doi: 10.7498/aps.67.20172761
    [13] 杨芳艳, 冷家丽, 李清都. 基于Chua电路的四维超混沌忆阻电路. 物理学报, 2014, 63(8): 080502. doi: 10.7498/aps.63.080502
    [14] 洪庆辉, 李志军, 曾金芳, 曾以成. 基于电流反馈运算放大器的忆阻混沌电路设计与仿真. 物理学报, 2014, 63(18): 180502. doi: 10.7498/aps.63.180502
    [15] 吕晏旻, 闵富红. 基于现场可编程逻辑门阵列的磁控忆阻电路对称动力学行为分析. 物理学报, 2019, 68(13): 130502. doi: 10.7498/aps.68.20190453
    [16] 李瑞红, 徐 伟, 李 爽. 一类新混沌系统的线性状态反馈控制. 物理学报, 2006, 55(2): 598-604. doi: 10.7498/aps.55.598
    [17] 刘东青, 程海峰, 朱玄, 王楠楠, 张朝阳. 忆阻器及其阻变机理研究进展. 物理学报, 2014, 63(18): 187301. doi: 10.7498/aps.63.187301
    [18] 贾飞蕾, 徐 伟. 一类参数不确定混沌系统的延迟同步. 物理学报, 2007, 56(6): 3101-3106. doi: 10.7498/aps.56.3101
    [19] 田 钢, 栗 苹, 杨世平, 张若洵. 一类参数不确定混沌系统的自适应同步. 物理学报, 2008, 57(4): 2073-2080. doi: 10.7498/aps.57.2073
    [20] 刘崇新, 刘 凌, 苏燕辰. 一个新混沌系统及其电路仿真实验. 物理学报, 2006, 55(8): 3933-3937. doi: 10.7498/aps.55.3933
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  1097
  • PDF下载量:  431
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-17
  • 修回日期:  2016-04-01
  • 刊出日期:  2016-06-05

磁控二氧化钛忆阻混沌系统及现场可编程逻辑门阵列硬件实现

  • 1. 西南大学电子信息工程学院, 重庆 400715
  • 通信作者: 王丽丹, ldwang@swu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61372139, 61571372)、新世纪优秀人才支持计划(批准号: 教技函[2013]47号)和中央高校基本业务费专项资金 (批准号: XDJK2016A001, XDJK2014A009)资助的课题.

摘要: 忆阻器作为混沌系统的非线性部分, 能够提高混沌系统的信号随机性和复杂度, 减小系统的物理尺寸. 本文将磁控二氧化钛忆阻器应用到一个新的三维自治混沌系统中, 通过理论推导和数值仿真, 从平衡点的稳定性、 Lyapunov指数谱、庞加莱截面和功率谱等方面研究了该系统的动力学特性, 并详细讨论了不同参数变化对系统相图和平衡点稳定性的影响. 有趣的是, 在改变参数的情况下, 系统的吸引子会产生翻转、混沌程度加剧和混叠的现象, 说明该忆阻混沌系统具有丰富的动力学行为. 此外, 本文将改进的牛顿迭代法运用于现场可编程逻辑门阵列 技术中, 巧妙设计出一种只迭代3次就能达到所需精度的开方运算器, 从而硬件实现了该忆阻混沌系统. 这突破了以往忆阻器混沌系统只能在计算机模拟平台仿真的瓶颈, 为进一步研究忆阻混沌系统及其在保密通信、信息处理中的应用提供了参考.

English Abstract

参考文献 (25)

目录

    /

    返回文章
    返回