基于忆阻器的非线性电路系统建模与软件仿真
有源荷控忆阻器在非线性电路中的应用
参考 文献 ［ ５ ］ ． 这 种研 究方 法 的缺点 是 可变 电阻 的
缺点会制约使用这些电阻所做 出的忆阻器 的等效 电路 的性 能 ， 比如 Ｌ Ｄ Ｒ电阻受 环境 影 响大 ， 数 字 电 位器的阻值变化不是连续 的； ②建立仿真模 型． 例 如， 建 立忆 阻器 的 Ｓ Ｐ Ｉ Ｃ Ｅ模 ， 见参考 文献 ［ ６ ］ ． 这
器， 并 在 典 型 的非 线性 实 验 中用 二 端 『 ］ 荷 控 忆 阻
器， 观 察非 线 性 现 象 ． 有 源 二 端 口荷 控 忆 阻 器 在 非 线 性 电路 的应 用研 究 ， 对 于 其 使 用 有 着 重 要 的
意 义．
阻呈 现忆 阻 器 的 电 路 特性 ． 其 中 的一 种 例 子 可 见
法达 到这些 条件 和技 术 的要 求 ， 制 造 起 来 非 常 困 难， 市 场 上也 几 乎不 叮能 买 到 这 种 元器 件 ． 因此 ，
在没 有无 源忆 阻 器 的前 提 下 ， 目前 研 究 忆 阻 器 的 方法 主要有 ： ① 搭建有 源 忆 阻器 ， 即通 过 反馈 控 制 可变 电 阻 （ 如Ｌ Ｄ Ｒ 电阻 、 数 字 电位 器 ） ， 使 可 变 电
用 前景 ， 但是 忆 阻器在 被 提 出后 的 二 十几 年 问 ， 由 于缺乏 实验 的支 撑 ， 相 关 理 论 虽有 发 展却 没 有 引 起 足够 的关 注 ． 直到 ２ ０ ０ ８年 Ｈ Ｐ实 验 室 发 现 了
一
电路 仿真 模 型 ， 但 无 法 等 效 于一 个 独立 的 二 端 口 元件 工作 于 其 他 电路 中 ． 在 上述 ３种 缺 点下 ， 虽 然忆 阻器 有不少 应用 ， 如滤 波 电路 、 存储 器 电路 、 自
真实忆阻器数学建模以及电学仿真
真实忆阻器数学建模以及电学仿真摘要：本文针对传统忆阻器的一些缺点，提出了一种新型的忆阻器数学建模和电学仿真方案。
首先，我们分析了传统忆阻器的工作原理，发现存在储能不够充分、记忆效应不稳定等问题。
然后，我们提出了一种改进的忆阻器模型，该模型基于脉冲电流充电和放电机制，并加入了外部磁场作用的影响。
最后，我们通过MATLAB软件进行了电学仿真实验，结果表明该忆阻器模型能够更好地符合实际电路的性质，并且具有较强的记忆性能和稳定性。
关键词：忆阻器、数学建模、电学仿真、磁场作用、MATLAB软件1. 引言忆阻器是一种具有记忆性的电阻器，它可以保存之前通过它的电流和电压状态，以后再处理同样的输入信号时，会按照之前存储下来的电流和电压状态来响应。
由于忆阻器具有非线性、不可逆和随机性等特性，在信息存储、神经网络、模拟器件等领域具有广泛的应用前景。
然而，传统的忆阻器存在一些缺陷，如储能不够充分、记忆效应不稳定等问题，这对实际应用造成了一定的局限性。
因此，对忆阻器的数学建模和电学仿真研究是十分必要的。
2. 忆阻器的数学建模2.1 传统忆阻器的工作原理传统忆阻器是一种基于相变材料的电子元件，其工作原理是：当忆阻器内通电时，相变材料会发生相变，从高阻态转变为低阻态，这时忆阻器的电阻值会发生变化。
当不通电时，相变材料会回到高阻态，此时忆阻器的电阻值也会发生变化。
因此，忆阻器的电阻值取决于在之前的操作过程中通过它的电流和电压状态。
2.2 改进的忆阻器模型针对传统忆阻器存在的问题，我们提出了一种改进的忆阻器模型，该模型基于脉冲电流充电和放电机制，并加入了外部磁场作用的影响。
模型如下：$${V_b}(t) = R{I_b}(t) + L\frac{{d{I_b}(t)}}{{dt}} +{{\mathcal{M}}}(\frac{{d{I_b}(t)}}{{dt}},t)$$其中，${V_b}(t)$为忆阻器的电压，${I_b}(t)$为忆阻器的电流，$R$为忆阻器的电阻，$L$为忆阻器的电感，${{\mathcal{M}}}(\frac{{d{I_b}(t)}}{{dt}},t)$为外部磁场的作用效果。
基于忆阻器的非线性电路分析及图像加密应用
摘要忆阻器作为一种具有电荷记忆特性的非线性二端口元件，在电路中极易产生混沌振荡信号，它的出现为电工电子、人工智能及非线性系统等领域的发展提供了全新的方向。
其中，基于忆阻器的混沌电路构建及应用，受到研究者的广泛关注，成为非线性领域及电工电子领域的研究热点之一。
本文设计两种忆阻混沌振荡电路，分析电路中特殊的非线性动力学行为，并结合数字电路技术与模拟电路技术实现所构电路。
后利用电路产生的混沌序列实现数字图像加密。
具体研究工作总结如下：（1）构建含单个绝对值忆阻模型的非线性电路，分析系统复杂动力学行为并完成硬件电路实验。
将绝对值型忆阻器引入改进型蔡氏电路，构建新型四维忆阻电路，在其伏安模型的基础上讨论系统动力学特性。
发现所构系统存在，不同于改进型蔡氏电路的特殊对称共存分岔现象及对称域内多稳态现象，为忆阻混沌序列的加密应用打下基础。
最后，采用电路分立元件完成所构电路的硬件实验，证实理论分析的正确性及电路的物理可实现性。
（2）建立异构双忆阻电路的常规模型与降维模型，比较两者动力学特性的异同，并基于降维模型设计数字电路实现方案，物理调控系统多稳态行为。
在单忆阻电路基础上增加一个三次非线性磁控忆阻器，设计含有两个不同忆阻器的双忆阻非线性电路。
随后，分别基于基尔霍夫定律与磁通-电荷分析法，建立系统伏安模型与韦库模型，采用常规非线性动力学分析方法讨论两种模型对应的运动行为，明确系统不同运动状态对应的参数域或初值域。
此外，证明磁通-电荷分析法应用在异构双忆阻混沌电路中的可行性与有效性，为类似的非线性系统分析提供理论参考。
最后，利用数字电路实现技术，基于韦库模型物理实现双忆阻混沌振荡电路，并完成特殊多稳态现象的精准物理控制。
（3）提出一种结合优化置乱算法与扩散算法的掩盖性加密算法，设计新型忆阻混沌数字图像密码系统。
首先，对三个忆阻模型产生的混沌序列进行随机性测试，选定伪随机特性优良的序列作为混沌加密密码。
随后，优化常规行、列置乱算法，得到二维矩阵转为一维向量后的无重复置乱算法。
基于忆阻器的滤波器设计与仿真的开题报告
基于忆阻器的滤波器设计与仿真的开题报告一、选题背景滤波器是电路中常用的设备，常用于信号处理、噪声抑制、频率选择等领域。
近年来，忆阻器因其多项良好的特性被广泛关注，如非线性和可塑性，成为新兴的电阻器，同时也开始应用于滤波器设计中。
忆阻器的阻值可以根据过去的电学信号进行调节和变化，因此可以实现基于电学信号的滤波器设计。
本选题旨在设计并仿真一种基于忆阻器的滤波器，利用其非线性和可塑性特性实现更高效的信号处理。
二、选题意义忆阻器相对于传统电阻器，具有更强的门限电压特性、更小的电压漂移和更高阻值调节范围，这些特性可以用于弥补一些传统电路无法解决或难以解决的问题，从而也为滤波器设计提供了新的思路和方法。
本选题的主要意义在于：1. 探索基于忆阻器的滤波器设计方法，提出一种实现更高效的信号处理方法的新思路；2. 分析和比较基于忆阻器和传统电阻器的滤波器的性能差异，并评估忆阻器的优势；3. 研究忆阻器的特性和工作原理，深入了解其在电路设计中的应用前景。
三、研究内容本选题的主要研究内容包括以下几个方面：1. 忆阻器的原理和特性：研究忆阻器的特性、结构和原理，探究其在电路设计中的应用优势和限制因素；2. 忆阻器滤波器设计模型：基于忆阻器的特性，建立一种滤波器设计模型，以实现更高效的信号处理；3. 忆阻器滤波器的仿真与验证：利用电子设计自动化（EDA）工具对所提出的滤波器进行建模和仿真，并通过实际实验进行性能测试和验证；4. 性能分析与评估：通过对比传统电阻器滤波器和基于忆阻器的滤波器的性能差异，分析忆阻器的优势和局限。
四、研究方法本研究采用以下方法：1. 理论分析：对忆阻器的原理和特性进行理论分析，制定出基于忆阻器的滤波器设计方案；2. 电路仿真：使用EDA工具对所提出的滤波器进行建模和仿真，进行性能测试和优化；3. 实验验证：通过实验验证所建立的电路模型的性能表现和优化效果；4. 性能评估：通过比较基于忆阻器和传统电阻器的滤波器的性能差异，分析忆阻器的优势和局限。
新型忆阻器PSPICE的建模仿真及或门电路应用
基于忆阻器的非线性电路系统建模与软件仿真
中国计量学院本科毕业设计（论文）基于忆阻器的非线性电路系统建模与软件仿真The modeling and simulation software of nonlinear circuit system base onmemristor学生姓名邢聪聪学号 0900102204学生专业自动化班级 09自动化2班二级学院机电工程学院指导教师高坚副教授中国计量学院2013年6月诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立完成的。
据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的材料，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一起工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
若经查实有抄袭行为，本人承担相应的责任，包括取消毕业设计成绩、直接取消毕业资格和学位授予资格的全部责任。
学生签名：日期：分类号：TP214 密级：公开UDC：62 学校代码：10356中国计量学院本科毕业设计（论文）基于忆阻器的非线性电路系统建模与软件仿真The modeling and simulation software of nonlinear circuit system base onmemristor作者邢聪聪学号0900102204申请学位工学学士指导教师高坚副教授学科专业自动化培养单位中国计量学院答辩委员会主席卫东评阅人那文波2013年6月致谢通过这段时间的工作学习，这次毕业设计的任务快要完成了。
本次毕业设计应该说是针对我在大学期间所学的知识的一种综合与实践考核。
对于一个本科生的毕业设计肯定难免会有许多考虑不全的方面，如果没有导师的精心指导和同学们的帮助，独自去完成这个毕业设计是不大可能的。
在这里我首先要感谢的是高坚老师。
高老师平日里虽然很忙，但在每个设计阶段里都对我进行了仔细的指导。
他科学研究的精神很值得我学习，也会对我今后的学习和工作产生非常积极的促进作用。
忆阻电路系统的建模与控制
建立了新的基于忆阻器的电路系统, 得到了相应的动力学方程, 研究了带有不同 参数的基于忆阻器的电路系统的同步问题, 以及基于忆阻器的不同电路系统的同步问 题.
忆阻器最终的用途之一是实现人工智能而广泛应用于人类脑神经网络. 但目前 为止, 基于忆阻器的递归神经网络的电路设计与系统建模, 以及相关系统的时滞依赖 指数无源性和全局指数同步问题都还是公开问题, 值得人们进行深入研究.
随着忆阻系统的智能化, 人们需要对基于忆阻器的智能系统的协调控制进行研 究, 建立相应的协议以解决控制系统或其他应用之间存在的通讯网络时滞和信息丢失 问题. 在实际中, 往往会遇到在极短的传输时间需要传输大量数据的问题, 怎样减少传 感器和控制极点之间的通讯已引起人们极大的兴趣.
由于神经网络中相邻神经元之间的神经突触难以用电路器件构建pershin与ventra等学者研究了基于忆阻器的神经突触的构建并初步在三个神经元之间置入两个该神经突触构成的简单网络中实现了神经网络的建模kyprianidis等利用计算机模拟研究基于忆阻器的混沌电路的动力学行为发现存在吸引子18muthuswamy等提出基于忆阻器的混沌电路研究电路系统的混沌行为19joglekar等提出忆阻器的特性给出忆阻器串联和并联理想忆阻器电容忆阻器电感和忆阻器电容电感电路的特性20batas等介绍了一种使用spice兼容的电路模拟器进行忆阻器固态仿真装置的行为模型21pershin等提出了一种在可编程模拟电路中使用忆阻器的方rak等用集成电路设计了一种新的忆阻器的宏模拟法23petras在给出了基于忆阻器的分数阶蔡氏方程的数值解24xiaobinwang等研究了基于旋转力矩诱导型畴壁移动的自旋电子忆阻器的电性质的热波效应25vujisic等研究了二氧化钛忆阻器针于质子和离子束的效应26frankzhigangwang等讨论了在计算机内存中使用忆阻器中切换的发生伴随着延时这一特点的一种潜在应用27sungmo等以电流控制和电压控制忆阻器的简洁模型为例讨论了一种寻找忆阻器本构关系的简单模型28shadaram等提出一种由一个忆阻器单元实现的非易失存储系统29wang等研究了神经网络系统的迟滞切换30同时cantley等对基于忆阻器的自适应门电路系统进行了研究3134总结已有的研究成果可以看出忆阻器的应用主要体现在以下三个方面1121忆阻器应用于存储在较低偏置电压作用下忆阻器以较小的能量消耗实现快速的切换将会成为下一代存储技术的芯片部件尤其是dram
忆阻器技术与人工神经网络模拟训练一
忆阻器技术与人工神经网络模拟训练一人工神经网络是一种受到生物神经网络启发并模拟其运作方式的计算模型。
在模拟神经网络的训练过程中，忆阻器技术发挥了重要的作用。
本文将介绍忆阻器技术和其在人工神经网络模拟训练中的应用。
忆阻器技术是基于忆阻器元件的电路技术，由Leon Chua于1971年提出。
忆阻器是一种非线性元件，具有记忆、退火和学习能力。
忆阻器技术在人工神经网络中的应用主要体现在其对于突触权重调整和模型训练的帮助上。
突触是神经元间传递信息的连接点，其权重对于信息传递的强弱起着决定性的作用。
忆阻器技术可以通过改变突触的电导来调整其权重。
根据人工神经网络的训练目标，我们可以设计适当的电路来改变忆阻器的阻抗，从而实现突触权重的调整。
在人工神经网络的训练过程中，神经元的激活和突触的权重调整密切相关。
忆阻器技术可以通过模拟突触的活化和突触的长期增强或抑制现象，来模拟生物神经网络中的学习和记忆过程。
通过调整神经元激活阈值和突触电导，我们可以实现对模型的模拟训练。
人工神经网络模拟训练中最常用的算法之一是反向传播算法。
该算法通过迭代的方式来调整神经元之间的连接权重，从而实现对模型的训练和优化。
在反向传播算法中，忆阻器技术可以用来优化神经元的激活函数和突触的权重更新规则。
通过忆阻器技术，我们可以更加高效地训练神经网络模型，提高其学习和记忆能力。
除了忆阻器技术，人工神经网络模拟训练还可以借鉴其他生物现象和数学模型。
例如，脉冲耦合神经网络(Pulse-Coupled Neural Network)模拟了生物神经元脉冲传递的过程，量子神经网络(Quantum Neural Network)模拟了量子力学的特性。
这些模型和技术都可以结合忆阻器技术来实现更加高效和实用的人工神经网络模拟训练。
通过忆阻器技术与人工神经网络模拟训练的结合，我们可以更好地模拟和理解生物神经网络的工作原理。
此外，忆阻器技术还可以帮助人工神经网络实现更加高效和稳定的学习和记忆能力，为模式识别、数据分析和人工智能等领域的发展提供有力的支持。
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中国计量学院本科毕业设计（论文）基于忆阻器的非线性电路系统建模与软件仿真The modeling and simulation software of nonlinear circuit system base onmemristor学生姓名邢聪聪学号 0900102204学生专业自动化班级 09自动化2班二级学院机电工程学院指导教师高坚副教授中国计量学院2013年6月诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立完成的。
据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的材料，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一起工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
若经查实有抄袭行为，本人承担相应的责任，包括取消毕业设计成绩、直接取消毕业资格和学位授予资格的全部责任。
学生签名：日期：分类号：TP214 密级：公开UDC：62 学校代码：10356中国计量学院本科毕业设计（论文）基于忆阻器的非线性电路系统建模与软件仿真The modeling and simulation software of nonlinear circuit system base onmemristor作者邢聪聪学号0900102204申请学位工学学士指导教师高坚副教授学科专业自动化培养单位中国计量学院答辩委员会主席卫东评阅人那文波2013年6月致谢通过这段时间的工作学习，这次毕业设计的任务快要完成了。
本次毕业设计应该说是针对我在大学期间所学的知识的一种综合与实践考核。
对于一个本科生的毕业设计肯定难免会有许多考虑不全的方面，如果没有导师的精心指导和同学们的帮助，独自去完成这个毕业设计是不大可能的。
在这里我首先要感谢的是高坚老师。
高老师平日里虽然很忙，但在每个设计阶段里都对我进行了仔细的指导。
他科学研究的精神很值得我学习，也会对我今后的学习和工作产生非常积极的促进作用。
我还要感谢帮助过我的同学和各位老师。
正是你们给予我的帮助使我才能顺利地完成此次设计任务。
最后，我还要感谢生我养我的父母，正是因为得到了你们给予我的鼓励和生活上的帮助，我才会有今日的收获。
基于忆阻器的非线性电路系统建模与软件仿真摘要:本文主要对忆阻器的基本性质进行学习研究，同时对忆阻器非线性电路系统进行了仿真研究。
综述了忆阻器这一继电容、电感、电阻之后的第四大电路基本元件的发展过程并展望了未来的研究与发展的方向。
介绍了忆阻器的基本原理和基本特性。
用Simulink和Multisim软件进行建模，了解忆阻器在电路中会有哪些特殊的性能。
Simulink和Multisim仿真结果表明忆阻器的记忆特性在实际应用中将产生特殊的效果。
本文主要针对以下几个内容进行了学习和研究：一、熟悉忆阻器的基本原理并通过对N型忆阻器和P型忆阻器的Multisim 电路实现分析其动态特性。
二、分析两个忆阻器的混沌动力学特性。
通过两个忆阻器的混沌电路的机理分析给出微分方程描述。
对动态方程进行Simulink建模和Multisim建模，对仿真结果进行比较和分析。
三、分析忆阻器的五阶混沌电路特性。
通过忆阻器的五阶混沌电路机理分析给出微分方程描述。
对动态方程进行Simulink建模和Multisim建模，对仿真结果进行比较和分析。
关键词:忆阻器；混沌电路；动态特性；Matlab/Simulink；Multisim中图分类号：TP214The modeling and simulation software of nonlinear circuit systembase on memristorAbstract：This paper focuses on the basic nature of the memristor for study and research, While the non-linear circuits memristor system was simulated. Overview memristor which the following capacitors, inductors, resistors, the fourth largest basic circuit elements of the development process and looks to the future direction of research and development.Memristor introduced the basic principles and basic features. With Simulink and Multisim software for modeling, Learn memristor in the circuit which will be a special performance. Simulink and Multisim simulation results show that memristor memory characteristics in practical applications will create special effects. This paper mainly following content has been learning and research: First, Familiar with the basic principles of the memristor and through the N-type and P-type memristor circuit multisim analyze its dynamic characteristics.Second, Analysis of two memristor chaotic dynamics. Through two memristor chaotic circuit analysis gives differential equations describe the mechanism. The dynamic equations modeling and multisim simulink modeling, The simulation results were compared and analyzed.Third, Analysis of fifth-order memristor chaotic circuit characteristics. By memristor chaotic circuit fifth-order differential equations describe the mechanism analysis given. The dynamic equations modeling and multisim simulink modeling, The simulation results were compared and analyzed.Key words：Memristor; Chaotic circuit; Dynamic characteristics; Matlab / Simulink; MultisimClassification：TP214目次摘要: (I)Abstract:......................................................................................................................................... I I 目次.............................................................................................................................. I II 1 引言.. (1)1.1 选题的意义和背景 (1)1.2 国内外发展现状 (2)1.2.1 忆阻器的提出及发展过程 (2)1.2.2 忆阻器主要建模方法及未来发展方向 (3)1.3 研究思路和方案 (4)2 忆阻器的基本原理及其Multisim电路实现 (6)2.1忆阻器的基本原理 (6)2.2 忆阻器的Multisim电路实现 (7)2.2.1 忆阻器的基本模型 (7)2.2.2 P型忆阻器的Multisim等效电路实现和电路特性分析 (8)2.2.3 N型忆阻器的Multisim等效电路实现和电路特性分析 (10)3 两个忆阻器的混沌动力学特性研究 (12)3.1 含忆阻器的混沌电路的产生 (12)3.2 两个忆阻器的混沌动力学特性研究 (14)3.2.1 基本电路和数学模型 (14)3.2.2 两个忆阻器混沌电路的Simulink仿真 (15)3.2.3 两个忆阻器混沌电路的Multisim仿真设计 (16)3.2.4Simlink仿真结果和Multisim仿真结果的对比和分析 (17)4 忆阻器的五阶混沌电路动力学特性研究 (21)4.1 忆阻器的五阶混沌电路基本电路和数学模型 (21)4.2 忆阻器的五阶混沌电路基本电路的Simlink和Multisim仿真实现 (22)4.3 Simlink仿真结果和Multisim仿真结果的对比和分析 (24)4.4 Simlink仿真方法与Multisim仿真方法之间的比较 (28)5 总结与展望 (29)参考文献 (30)附录 (32)学位论文数据集 (34)中国计量学院本科毕业设计（论文）1 引言1.1 选题的意义和背景忆阻器从被定义到现在为止，科学家们做了诸多努力去进行全方面的研究工作，但是直到今天，忆阻器依然只存在于实验室中，并未应用到实际的电路中。
因此，进行忆阻器的性质和忆阻电路方面的学习和研究工作，对以后研究忆阻器是非常有帮助的。
忆阻器的理论研究正在不断深入中，到目前为止，忆阻器的理论研究得到了圆满的实现。
忆阻器是一种非线性元件，有着独特的物理性质，在电路中有着与其他元件不一样的优点。
因此，忆阻器的应用前景非常的乐观。
不仅如此，忆阻器还是一种具有记忆功能的无源电子元件，从设想提出时就作为继电阻，电容，电感之后的第四大电路基本元件。
忆阻器作为电路的第四元件，虽然只在实验室中得到基本的实现，但是依靠纳米工艺，即使是需要严格的实验条件，忆阻器依然能够顺利地研究和进行下去。