[發明專利]一種最簡憶阻系統及其仿真電路

有效

• 申請號: 201710070325.0
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN106709213B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 孫軍偉;方潔;王妍;王英聰;張勛才;王延峰;黃春
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真;栗改

本發明提出了一種最簡憶阻系統及其仿真電路，解決現有憶阻系統公式復雜，變量太多，以致很難制造出真實的憶阻元器件，且無法量產和推廣應用的問題。本發明根據憶阻系統的性質，構建最簡憶阻系統，同時運用Matlab仿真和Multisim仿真證實憶阻系統的性質，最后搭建電路并進行調試驗證性質。本發明使得基于憶阻的電路具有體積小、便于集成、電路結構簡單、功耗低、壽命長等優點。

技術領域

本發明涉及新型電子元器件的技術領域，具體涉及一種最簡憶阻系統及其仿真電路。

背景技術

憶阻器自從惠普實驗室成功研制以來，由于潛在的應用吸引了很多研究者的關注。憶阻器定義為電路電荷變量和磁通量之間的關系。這個定義可以延伸到任何一種雙端憶阻元件，同時可以延伸到很多憶阻動力系統，甚至能延伸到憶容器和憶感器動力系統。憶阻系統區別于其他動力系統的三個重要的特征為：(i)憶阻系統的磁滯回線是一條通過原點的李薩如曲線；(ii)如果輸入周期信號的頻率增大，則磁滯回線收縮；(iii)如果頻率趨于無窮大時，那么憶阻系統的磁滯回線將趨于直線。更多關于憶阻系統的新功能和新概念在不同的領域被發現和構建，然而大多數研究者關注憶阻系統的性質，很少研究者關注憶阻系統的簡化，這些憶阻系統太復雜很難制造出真實的元器件。因而，為了憶阻系統的量產及推廣應用，憶阻系統的簡化有一定的研究意義。

發明內容

本發明提出一種最簡憶阻系統及其仿真電路，解決了現有憶阻系統公式復雜，變量太多，以致很難制造出真實的憶阻元器件，且無法量產和推廣應用的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種最簡憶阻系統，其建模方法是：

步驟一：考慮u(t)是動力學系統的輸入信號，y(t)是動力學系統的輸出信號，狀態變量x是n維的向量，則：

其中，f(x,u,t)和g(x,u,t)是含有狀態變量x和u的兩個廣義函數，t表示時間；

步驟二：將步驟一中的廣義函數f(x,u,t)記為u(t)、廣義函數g(x,u,t)記為x(t)，則最簡憶阻系統為：

y(t)＝x(t)u(t),x(t)＝u(t)

通過Matlab仿真驗證最簡憶阻系統的性質的方法為：

(1)、輸入信號u(t)為正弦信號：u(t)＝Asin(ωt)，其中，A為輸入信號的幅值，ω為輸入信號的角頻率；

(2)、由輸入信號u(t)和最簡憶阻系統，得：其中，狀態變量x的初始狀態：

(3)、由狀態變量x、輸入信號u(t)和最簡憶阻系統，輸出信號為：則輸出信號y(t)包含兩部分、且與狀態變量x的初始狀態、輸入信號的幅值和頻率有關；

(4)、利用Matlab分別繪制初始狀態x₀、角頻率ω或幅值A變化時，輸入信號u(t)與輸出信號y(t)的關系曲線，所有的磁滯回線都收縮于原點，且隨著輸入信號u(t)的角頻率ω從臨界頻率的增加，磁滯回線連續收縮，輸入信號u(t)的角頻率ω趨于無窮大，磁滯回線趨于一條直線；

(5)計算輸入信號u(t)與輸出信號y(t)關系曲線的面積，磁滯回線的面積和狀態變量x的初始值有關，且隨著輸入信號的幅值A的增加，磁滯回線的面積單調增加，隨著輸入信號的角頻率ω增加，磁滯回線的面積單調減少。

所述初始狀態x₀、角頻率ω或幅值A變化包括：當初始狀態x₀和角頻率ω固定時，幅值A變化；當初始狀態x₀和幅值A固定時，角頻率ω變化；當幅值A和角頻率ω固定時，初始狀態x₀變化三種情況。

當積分器輸出狀態變量x(t)和輸出信號y(t)分別為：