含有荷控忆阻器和磁控忆阻器的混沌电路设计与应用

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忆阻器由于自身所具备的记忆性与非线性的特点,被广泛应用于混沌、存储器、神经网络等电路与系统的实现中。但是近年来的文献研究表明,许多的研究成果都倾向于研究忆阻器本身,而对忆阻混沌系统的研究相对较少。因此,针对该问题本论文通过将忆阻器与Lü混沌系统结合,建立并拓展了忆阻混沌系统类型。随着混沌控制理论的不断发展,混沌控制问题成为了非线性科学研究的热点之一,因此利用现代控制理论中的控制方法对混沌系统进行控制,能够为解决实际生活中各种系统被混沌现象所困扰的问题提供参考价值。其中交替控制是一种简单且成本较低的控制方式,并且能够简化系统的复杂性。将交替控制应用于混沌控制与同步研究中具有十分重要的现实意义。本文利用一个磁控忆阻器和一个荷控忆阻器设计了一个五维忆阻混沌电路,基于交替控制方法对该系统的控制问题进行了研究,最后将该系统应用于语音加密。主要研究工作如下:(1)在三维混沌系统的基础上将两种忆阻器的数学模型作为反馈项加在设计出新的五维忆阻混沌系统模型,将此忆阻混沌系统作为本文的研究对象,按照刻画混沌运动特征的方法,从相轨图、功率谱、李雅普诺夫指数谱和分岔图的角度研究了系统的动力学特性,分析了不同参数对系统动力学行为的影响。结果表明,所设计的忆阻混沌系统在合适的参数范围内,系统会出现混沌现象,并且随着参数的改变,系统会展现出丰富的混沌行为。最后SPICE仿真显示出与数值仿真良好的一致性。提出的新的忆阻混沌系统数学模型为忆阻电路系统的建模提供了新的思路和方案。(2)将所设计的忆阻混沌系统应用于交替控制下的混沌控制中。利用交替控制方法,通过数值推导和仿真验证的方式实现了对系统的稳定性控制,然后设计了带时滞控制器以及基于事件触发下的控制器,并通过数值模拟分析研究了两种控制器对新型混沌系统的混沌控制问题,验证了所设计控制器的有效性。利用交替控制以及推广后的交替控制方法对所设计的忆阻混沌系统进行控制,为混沌控制理论领域提供了一些新的想法和思路。(3)以新构造的五维忆阻混沌系统为研究对象,首先通过为主从系统分别加入状态观测器实现主从系统重构,且在控制器作用下实现了主从系统同步,经过数值仿真实验,验证了此方法的有效性;然后采用该同步方法设计保密通信方案,通过该方案并进行仿真验证,实现了所设计忆阻混沌系统在保密通信中的应用。通过理论证明和数值模拟,所设计的忆阻混沌电路可以应用到实际中去,为混沌保密通信方案提供了新的参考价值,具有非常广阔的前景。
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