[发明专利]整数阶分数阶多功能混沌实验仪

说明书

技术领域

本发明属于在物理、数学研究教学中演示和测试各种混沌实验的仪器，具体涉及了一种整数阶分数阶多功能混沌试验仪。

背景技术

混沌是自然界中普遍存在的一个现象，是非线性动力学领域一个研究的热点，自上世纪70代开始，特别是90年代以来，研究获得了前所未有的成果。然而，混沌的应用研究远远滞后于理论研究的水平。目前，混沌、超混沌等的实验测试都是通过电路来实现，可是在实验室、研究机构还没有一个功能全面的混沌实验仪器。在我国实验室中使用的混沌实验仪器，主要有上海大学研究的非线性混沌实验仪，该实验仪器采用一块双运放构成负电阻电路，和其他阻容元件构成的非线性电路实现蔡氏电路的混沌演示功能，但是对于其他系统，如lorenz系统、liu系统、lü系统等却无法进行实验演示，至于其他高维及分数阶系统的演示和测试，更加无法实现。其他的混沌实验主要是采用分立元件搭建，费时费力，通用性能差，比如做好的电路板，只能做某一个系统的混沌实验，当系统的参数发生变化，又不得不重新设计电路，另一种是采用电路仿真软件进行仿真，尽管现在的电路仿真软件做得比较好，但是和实际元件构成的电路相比较还是有不小的差距。所以，能够综合目前常见的混沌系统并能经过小的改变元参数，就可以适应新系统的混沌实验仪还没有。因此，市场上急需一种结构简单、性能可靠、又可以实现对目前的各种混沌系统进行演示和测试的多功能混沌试验仪。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单合理、稳定性好、可靠性高、实用性强、可以用于大学物理实验室的教学，也可以作为研究机关的常用的科研设备，完全满足了当前混沌现象研究需要的整数阶分数阶多功能混沌试验仪。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种整数阶分数阶多功能混沌实验仪，是根据不同的混沌系统参数，设定电路元件的连接关系和元件参数，产生的混沌信号经混沌实验仪处理后输出到双踪示波器显示的混沌实验仪，该混沌实验仪包括壳体和安装在壳体里的内置电路板；其中，所述的内置电路板上设有电源电路和用于产生混沌信号的电路，用于产生混沌信号的电路包括结构相同的Ⅰ部分电路和Ⅱ部分电路，所述Ⅰ部分电路和Ⅱ部分电路都是由通道A、通道B、通道C、通道D四个电路组成，每个通道电路均包括信号输入电路、加法器电路、积分电路和混沌信号输出电路；其中通道B、C、D的电路中还设有乘法器；所述加法器电路分别与乘法器、信号输入电路、积分电路相连接，积分电路的输出端与混沌信号输出电路的输入端相连接，信号输入电路的输入端通过连接线与混沌系统相连接，混沌信号输出电路的输出端通过连接线与双踪示波器相连接；所述乘法器、加法器电路、积分电路、混沌信号输出电路分别与电源电路相连接。

所述的加法器电路、积分电路、混沌信号输出电路均设有集成运算放大器。集成运算放大器相应的阻容元件构成了上述电路；其中集成运算放大器采用LM741CN，乘法器采用AD633，主要完成不同的混沌系统的乘法或平方的运算。通过改变输入电路的电阻值以及输入电路的连接方式，可以实现所有混沌、超混沌系统的实验测试。

所述的积分电路设有切换开关JP和插件模块接口。电路Ⅰ和电路Ⅱ两部分均能单独实现三维混沌和四维超混沌的实验，而通过积分电路的切换开关和插件模块接口，还可以实现整数阶和分数阶混沌/超混沌的切换，进行整数阶和分数阶混沌/超混沌系统的实验。插件模块接口即为电路图中积分电路部分的接头。

所述的插件模块接口为分数阶模块插座，插接分数阶模块电路；所述的分数阶模块电路包括0.1阶电路、0.2阶电路、0.3阶电路、0.4阶电路、0.5阶电路、0.6阶电路、0.7阶电路、0.8阶电路和0.9阶电路。分数阶模块电路由若干组电阻、电容串并联连接构成。分数阶模块电路，不同的分数阶混沌系统，产生混沌的阶数不同，为了能够涵盖所有的阶数，我们设计了从0.1阶到0.9阶的所有模块，模块电路结构、元件参数随阶数的不同而不同，本试验仪8个通道共可组合连接72个模块，具有丰富的插件资源，完全满足了实际科研的需要。

所述的信号输入电路设有参数调节电路接口和信号输入切换接口。参数调节电路接口可连接精密微调电阻，这样通过调节精密微调电阻，可以实现各项参数改变，而通过信号输入切换接口的选择来改变输入信号，从而实现不同的混沌系统的组成项的不同。

所述的信号输入电路的输入端和混沌信号输出电路的输出端的接口均为单孔铜插座。