[发明专利]一种基于Chua电路的异构磁控忆阻器模型的电路设计方法

说明书

一种基于Chua电路的异构磁控忆阻器模型的电路设计方法，(1)构建两个具有光滑三次非线性特性的异构磁控忆阻器模型；(2)分析(1)异构忆阻Chua系统混沌特性，验证其是否具有忆阻器本质特征；(3)结合(1)两个忆阻器模型，在经典三阶Chua电路上构建一个五阶异构磁控忆阻电路模型；(4)采用Multisim软件对(3)进行电路仿真，并与(2)数值计算进行比较，验证所设计的异构磁控忆阻器模型的正确性及忆阻可靠性。本发明通过数值仿真和电路验证，忆阻模型均具有斜“8”字形的类紧磁滞回线的伏安特性曲线，同时验证了新构建的双异构忆阻Chua电路能够产生混沌行为，具有复杂的非线性动力学特性。

技术领域

本发明属于非线性动力学中的系统理论模型和模拟电路领域，涉及到混沌理论、忆阻器及电路设计与仿真实现。

背景技术

美国华裔科学家加州大学伯克利分校的蔡少棠(Chua)教授于1971年根据电压V与电流i、磁通量与电流i、电荷量q与电压V之间的关系，推测出一个可以用来表示磁通量和电荷量q之间关系的元件的存在，称作忆阻器，至此电路理论中四个基本电路变量间的关系终于达到完整。2008年，HP实验室的Stanley Williams等在《Nature》上报导了一种新型的具有忆阻特性的纳米级固态元件，从而进一步验证了Chua于37年前预测的忆阻器的存在性。由于忆阻器特殊的记忆和非线性特性，为电路的设计和应用带来了更广泛的发展空间，其中包括忆阻器电路建模、SPICE宏建模、伏安特性分析及其等效电路的实现等。

忆阻器是一个非线性的无源二端口元件，在非线性电路中存在广泛的应用。韩国Kim教授提出了由四个相同忆阻元件构成的忆阻桥电路，能够完成神经细胞的突触运算和实现加权及权值编程；西南大学的王丽丹和段书凯等在HP TiO2忆阻器模型的基础上构造了一个忆阻混沌电路，生成相应的混沌吸引子；Ahamed和Lakshmanan对忆阻MLC电路进行研究，实验观察到了非光滑分叉、瞬态超混沌和超混沌脉动等复杂现象；常州大学的包伯成等利用三次非线性忆阻器模型，实现了磁控忆阻器的等效电路，并对电路的相关特性进行了实验分析。北京邮电大学的宋德华和吕梦菲等基于有边界的HP TiO2忆阻非线性模型，对忆阻与电容、电感的串、并联进行了研究，分析了电路所具有的特性和激励频率与电容、电感参数对电路的影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于Chua电路的异构磁控忆阻器模型的电路设计方法，在标准的Chua电路上构建两个异构磁控忆阻器模型，并用通用电子元件设计电子线路，同时对该模型的动力学特性进行了理论仿真和实验分析，验证异构磁控忆阻Chua电路混沌行为的多样性和可实现性。

本发明所述的一种基于Chua电路的异构磁控忆阻器模型的电路设计方法，包括以下步骤：

(S01)：构建两个具有光滑三次非线性特性的异构磁控忆阻器模型；

其中：分别为两个忆阻器磁通量，q₁,q₂分别为累计通过两个忆阻器的电荷量，a,b,c,d,e为参数。

(S02)：分析(S01)异构忆阻Chua系统混沌特性，验证其是否具有忆阻器本质特征；

(S03)：结合(S01)两个忆阻器模型，在经典三阶Chua电路上构建一个五阶异构磁控忆阻电路模型。

(S04)：对(S02)数值计算和(S03)电路仿真进行比较，验证所设计的异构磁控忆阻器模型的正确性及忆阻可靠性。

更进一步地，本发明所述的详细操作步骤如下：

步骤1：构建两个具有光滑三次非线性特性的异构磁控忆阻器模型。

1)构建磁控忆阻器1，具有光滑的三次单调上升的非线性特性曲线，即：