• 蔡氏電路

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    蔡氏電路

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    蔡氏電路(也稱為 Chua 電路)是一種表現出經典混沌行為的簡單電子電路。 這大致意味著它是一個非周期性振蕩器; 它產生一個振蕩波形,與普通電子振蕩器不同,該波形從不重復。 它是1983年由當時在日本稻田大學訪問的Leon O. Chua發明的。 電路構建的簡易性使其成為現實世界中無處不在的混沌系統示例,導致一些人宣稱它是混沌的范例。

    混亂的標準

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    由標準元件(電阻器電容器電感器)制成的自主電路必須滿足三個標準才能表現出混沌行為。 它必須包含:

    • 一個或多個非線性元素,
    • 一個或多個本地有源電阻器,
    • 三個或更多儲能元件。

    蔡氏電路是滿足這些標準的最簡單的電子電路。 如上圖所示,儲能元件是兩個電容器(標記為 C1 和 C2)和一個電感器(標記為 L;下圖中的 L1)。 本地有源電阻器是一種具有負電阻且有源(它可以放大)的設備,提供產生振蕩電流的功率。 局部有源電阻和非線性結合在器件 NR 中,稱為蔡氏二極管。 該設備不在商業上出售,但通過有源電路以各種方式實現。 電路圖顯示了一種常見的實現方式。 非線性電阻由兩個線性電阻和兩個二極管實現。 最右邊是由三個線性電阻和一個運算放大器組成的負阻抗轉換器,它實現了局部有源電阻(負電阻)。

    動態

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    使用基爾霍夫電路定律分析電路,蔡氏電路的動力學可以通過變量 x(t)、y(t) 和 z(t) 中的三個非線性常微分方程組精確建模, 分別表示電容C1和C2兩端的電壓和電感L1中的電流。

    函數 f(x) 描述了非線性電阻器的電氣響應,其形狀取決于其組件的特定配置。 參數 α 和 β 由電路元件的特定值決定。

    1997 年,蔡氏電氣發表了混沌行為(更準確地說是正拓撲熵)的計算機輔助證明。一種自激混沌吸引子,因其在 (x,y,z) 中的形狀而被稱為雙卷軸 空間,首先在包含非線性元件的電路中觀察到,使得 f(x) 是 3 段分段線性函數。

    電路的簡單實驗實現,加上簡單而準確的理論模型的存在,使得蔡氏電路成為研究混沌理論的許多基礎和應用問題的有用系統。 正因為如此,它一直是許多研究的對象,并在文獻中被廣泛引用。

    此外,蔡氏電路可以通過使用多層 CNN(蜂窩非線性網絡)輕松實現。 CNN 由 Leon Chua 于 1988 年發明。

    Chua二極管也可以用憶阻器代替; Muthuswamy 在 2009 年展示了一個用憶阻器實現 Chua 混沌電路的實驗裝置; 在這個實驗中,憶阻器實際上是用有源元件實現的。

    蔡氏電路

    自激和隱藏的 Chua 吸引子

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    Chua 電路的經典實現是在零初始數據時開啟的,因此推測只有在不穩定的零平衡情況下才有可能出現混沌行為。 在這種情況下,數學模型中的混沌吸引子可以通過標準計算程序相對容易地在數值上獲得,其中在瞬態過程之后,軌跡從不穩定零平衡的小鄰域中的不穩定流形點開始,到達并計算自 - 激發吸引子。 迄今為止,蔡氏系統中大量的各種類型的自激混沌吸引子已經被發現。 然而,在2009年,N. Kuznetsov發現了隱藏的蔡氏吸引子與穩定的零平衡并存,此后隱藏吸引子誕生的各種場景被描述。

    實驗確認

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    1985 年,加州大學電子研究實驗室報告了蔡氏電路對混沌的首次實驗證實。

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    1. 蔡氏電路
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    3. 動態
    4. 自激和隱藏的 Chua 吸引子
    5. 實驗確認

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