一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路

技术领域

本发明涉及混沌电路技术领域，特别是涉及一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路。

背景技术

混沌是一种在生物、物理、气象学、海洋学、化学等多学科中普遍存在的复杂动力学行为，在工程中具有广泛的应用；振荡现象是在二阶非线性系统中普遍存在的一种很重要的现象，即当该系统存在一个非平凡的周期解时就会产生连续振荡，而当非线性系统的阶数增加到三阶甚至是更高阶的时候，该系统往往会产生一种更加复杂的混沌振荡现象；混沌具有类随机性、敏感性、正李氏指数等性质，混沌系统中当参数变化时，混沌振荡往往与周期振荡交错出现，有些系统更是出现周期窗，这就使得混沌动力学系统在稳定性检测领域有着广阔的应用前景。

目前绝大多数有关混沌的专利中，大多聚焦于混沌电路在各个领域的应用，而忽略了混沌电路的复杂性以及具体应用场景的应用需求，例如申请号为201821328408.1的一种含常数项简易三维混沌电路，利用电阻和反向积分器实现三维混沌电路，但没有考虑到与下层电路结合的问题，实用性不够；再例如申请号为202210358859.4的一种基于混沌检测的行星齿轮箱早期微弱故障诊断方法，利用AO-VMD算法和双耦合Duffing振子正反向检测方法，AO-VMD基于余弦相似度加权峭度自适应搜寻最佳惩罚因子和模态数等方法，能够准确诊断出行星齿轮箱早期微弱故障，但其电路结构较为复杂，且由于元器件数量过多，误差较大，混沌系统的鲁棒性也随之降低。

其实，充分利用混沌系统中的周期窗可以实现压力稳定性监测，而现有技术中尚未发现相关模型或论文，本专利围绕这一方向提出具体方案。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，包括构成混沌振荡电路的第一支路、第二支路以及第三支路，第一支路和第二支路之间连接有电流反馈型运算放大器U

第一支路包括乘法器U

第二支路包括乘法器U

第三支路包括乘法器U

电流反馈型运算放大器U

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，混沌系统的表达式为

其中，x、y、z分别为三个维度的状态变量；a、b分别为系统参数。

前所述的一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，电路方程为

其中，x、y、z分别为三个维度的状态变量。

前所述的一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，电阻R1、电阻R2以及电阻R

前所述的一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，电阻R

前所述的一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，乘法器U

前所述的一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，电流反馈型运算放大器U

本发明的有益效果是：

(1)本发明中，利用所选混沌系统特殊的周期窗现象(即在混沌大区间中有多个周期小区间的存在)，采用压敏电阻改变电路结构中部分电阻的阻值，从而实现对动力学系统中参数a的调控；并进一步通过实物混沌电路信号所发出相轨的改变，将细微的压力变化转化成明显的、易于观测的混沌现象；基于此原理制造出的检测系统具有高灵敏度且效果现象十分显著，应用于智能制造、防灾减灾等领域的广泛性和可靠性均会有优秀体现；

(2)本发明中，在基于乘法器的简化系统确实能有效减少运放的使用的基础上，电流反馈型运算放大器U

(3)本发明中，电流反馈型运算放大器U

附图说明

图1为本发明实施例中压力稳定性监测电路的相轨图；

图2为本发明实施例中压力稳定性监测电路的典型周期窗相轨图；

图3为本发明实施例中压力稳定性监测电路的原理图；

图4为本发明实施例中压力稳定性监测电路实验仿真中的混沌相轨图；

图5为本发明实施例中压力稳定性监测电路的实验仿真中的周期窗相轨图。

具体实施方式

本实施例提供的一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，使用的混沌系统的表达式如下所示：

其中，x、y、z分别为三个维度的状态变量；a、b分别为系统参数。

如图1所示，当参数a＝0.9，参数b＝1，初值IC＝(0.8,-2,0)，系统实现混沌震荡，该基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路的相轨图如图1所示，此时该混沌系统的李氏指数为(0.1401,0,-0.8573)，其中图1(a)是x-y平面相轨图，图1(b)是y-z平面相轨图，图1(c)是x-z平面相轨图，图1(d)是x-y-z平面相轨图。

当系统处于混沌状态时，该系统保持正李雅普诺夫指数的性质，即一维的李氏指数为正；当b＝1，初始值为(0.8,-2,0)保持不变，参数a在区间[0,1.8]内变化时，该系统的李雅普诺夫指数谱和分岔图如图5所示，从图中可以看出，当a在区间[0.85,0.891]时，系统处于周期状态；当a在区间[0.891,0.95]内变化时，系统处于混沌状态，但混沌区间中包含部分值使得系统处于周期状态；当a在区间[0.95,1]时，系统处于周期状态；即在该系统的混沌区间中，存在多个周期窗状态。

如图2所示，是该基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路的典型周期窗相轨图，其中图2(a)是a＝0.87时的x-y平面相轨图，图2(b)是a＝0.96时的x-y平面相轨图，由相轨和李氏指数可得，该系统在参数a＝0.87或0.96时均处于典型的周期态，且在邻近取值小区间内保有接近混沌的多周期现象。

如图3所示，是该基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路的电路原理图，引入电流反馈型运算放大器U

上述的基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路的电路方程如下所示：

其中，x、y、z分别为三个维度的状态变量。

如图3所示，该混沌系统的简化电路通过乘法器AD633实现乘法项耦合，参数设置为：电阻R

一种基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路，包括第一支路、第二支路以及第三支路，第一支路中，乘法器U

第二支路中，乘法器U

第三支路中，乘法器U

第一支路和第二条路通过电流反馈型运算放大器U

本实施例利用该混沌系统特殊的周期窗现象，采用压敏电阻的特性改变电路结构中压敏电阻R

由于混沌系统的初始值无法在电路中得到体现，且实际应用中需考虑到环境对于压力稳定性监测电路的干扰，所以保留可调节电阻R

如图4所示，是该基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路实验仿真中的混沌相轨图，其中图4(a)是a＝0.9时的x-y平面相轨图，图4(b)是a＝0.9时的x-z平面相轨图，由此可见，上述的基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路可以实现混沌震荡。

如图5所示，是该基于混沌系统周期窗的压力稳定性监测电路的实验仿真中的周期窗相轨图，其中图5(a)是a＝0.87时的x-y平面相轨图，图5(b)是a＝0.96时的x-y平面相轨图，由于实际电路不能表示混沌系统的初始条件，所以实际电路中的相轨和仿真会略有差异，但是由仿真图可见，电路系统依旧保持着周期窗的周期特质。

在实物中，通过压敏电阻R

从而利用所选混沌系统特殊的周期窗现象(即在混沌大区间中有多个周期小区间的存在)，采用压敏电阻改变电路结构中部分电阻的阻值，从而实现对动力学系统中参数a的调控；并进一步通过实物混沌电路信号所发出相轨的改变，将细微的压力变化转化成明显的、易于观测的混沌现象；基于此原理制造出的检测系统具有高灵敏度且效果现象十分显著，应用于智能制造、防灾减灾等领域的广泛性和可靠性均会有优秀体现。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。