蔡氏电路的仿真与实现开题报告

1. 研究目的与意义

理解并掌握混沌的基本概念，理解并掌握蔡氏电路工作原理，电路结构，通过仿真软件构建蔡氏电路，通过调整电路结构或参数产生多种混沌现象。改变蔡氏电路的拓扑结构或电路参数，可以产生倍周期分叉、单涡卷、周期、双涡卷吸引子、多涡卷吸引子等十分丰富的混沌现象。进行蔡氏电路的仿真摆脱普通电感器由于参数与标称值不的差异产生选择的困难，并解除线性电路实验的设计极易失败的局限性。

.意义：1983年，美籍华裔科学家蔡少棠教授首次提出了著名的蔡氏电路(chuas circuit)，它是历史上第一例用电子电路来证实混沌现象的电路，也是迄今为止在非线性电路中产生复杂动力学行为的最为有效和较为简单的电路之一。蔡氏电路开启了混沌电子学的大门。对电路系统中混沌现象及其产生机理的认识，进一步研究和设计专用混沌集成电路以及在保密通信、数据保密等领域具有广阔的应用前景。因为计算机软件的强大仿真功能，进行计算机上进行模拟仿真，可以省去筛选元件的麻烦，提高实际效能。

2. 国内外研究现状分析

1927年，范德坡（Van Der Pol）无意中听到氖灯中张弛振荡器的一种不规则的噪声，他当时没有认识到这就是混沌现象，反而称之为次要的险象。1978年日本京都大学上田宗亮（YoshisukeUeda）对非线性电感加上正弦电压的电路做仿真实验，发现以杜芬（Duffing）方程描述的非线性电路中有7/3阶超次谐波振荡和随机转变过程。1980年上田和赤松（N.Akamatsu）对负阻元件与电容并联后通过电阻电感加上正弦电压的电路做仿真实验，发现以范德坡方程描述的非线性电路中的奇异吸引子和拟周期振荡。1981年麻省理工学院林塞（P.S. Linsay）对变容二极管通过电阻电感加上正弦电压的电路作实验，证实了费根包姆关于周期倍增导致混沌的预言，并验证了费根包姆数。这是分叉与混沌的第一个实验。虽然人们对非线性电路实验研究了数十年，但这还是首次发现这样的分频和混沌现象。1983年美国加州大学伯克利分校的蔡少棠（L. O. Chua）教授设计了一个能够产生复杂混沌现象的最简单的三阶自治电路──蔡氏电路（Chuascircuit），该电路分别被计算机数值模拟和实际电路中首次观察到的混沌现象所确认，并给出了严格的数学证明。因为蔡氏电路能够展现出最丰富的混沌动力学特性，它成了人们研究混沌机理的范例。随混沌控制方法和同步技术的发展，大大推进了混沌在保密通信、密码学、自动控制、人工智能、信号分析和处理等方面的应用。

随着计算机和计算科学的快速发展,混沌现象及其应用研究已成为自然科学技术和社会科学研究领域的一个热点。蔡氏电路是能产生混沌行为最简单的自治电路,所有从三阶自治常微分方程描述的系统中得到的分岔和混沌现象都能够在蔡氏电路中通过计算机仿真和示波器观察到。经过若干年的研究及目前对它的分析,无论是在理论方面、模拟方面还是实验方面均日臻完善。在理论和实践不断取得进展时,人们也不断开拓新的应用领域,如在通信、生理学、化学反应工程等方面不断产生新的技术构想,并有希望很快成为现实。

3. 研究的基本内容与计划

通过对蔡氏电路的分析与研究,用matlab和pspice软件对其进行了性能仿真,在此基础上完成了实际电路的制作,建立蔡氏电路的结构及数学模型。

计划1、了解、掌握蔡氏电路的电路结构、数学模型。

2、对蔡氏电路的模型和参数值进行简要分析，在matlab或pspice软件中队蔡氏电路进行仿真。

4. 研究创新点

1.蔡氏电路是非线性电路中产生复杂动力学行为的最为有效和较为简单的电路之一。

2.蔡氏电路在保密通讯、数据保密等领域有广阔应用前景。

3.可以了解简单的混沌现象。