计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (1): 109-117.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8338
收稿日期:
2021-02-02
出版日期:
2022-01-25
发布日期:
2022-09-03
通讯作者:
孙亮
作者简介:
罗佳(1985-), 女, 讲师, 主要研究方向为机械控制, 非线性电路设计
基金资助:
Jia LUO1, Liang SUN1,*(), Yinhu QIAO2
Received:
2021-02-02
Online:
2022-01-25
Published:
2022-09-03
Contact:
Liang SUN
摘要:
提出一种新型忆阻器模型, 利用标准非线性理论分析三个忆阻特性, 并设计模拟电路。基于忆阻突触, 构建一个忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络模型。采用分岔图、李雅普诺夫指数谱、时序图等方法, 揭示与忆阻突触密切相关的特殊动力学行为。数值仿真表明: 在忆阻突触权重的影响下, 它能够产生多种对称簇发放电模式和复杂的混沌行为。实现了该忆阻环形神经网络的模拟等效电路, 并由PSIM电路仿真验证MATLAB数值仿真的正确性。
罗佳, 孙亮, 乔印虎. 忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络动力学分析及其电路实现[J]. 计算物理, 2022, 39(1): 109-117.
Jia LUO, Liang SUN, Yinhu QIAO. Dynamical Analysis and Circuit Implementation of a Memristor Synapse-coupled Ring Hopfield Neural Network[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(1): 109-117.
图1 输入信号幅度/频率相关的v-i曲线(a) F=0.2, 不同幅度下的紧磁滞回线;(b) A=2, 不同频率下的紧磁滞回线
Fig.1 v-i curves at different input signal amplitude/frequency (a) pinched hysteresis loops at different amplitudes (F=0.2); (b) pinched hysteresis loops at different frequencies (A=2)
图3 局部有源忆阻器电路PSIM仿真结果(a) f=2 kHz, 不同电压幅度下的紧磁滞回线; (b) H=2 V, 不同电压频率下的紧磁滞回线
Fig.3 PSIM simulation results of a locally active memristor circuit (a) pinched hysteresis loops at different voltage amplitudes (f=2 kHz); (b) pinched hysteresis loops at different voltage frequencies (H=2 V)
图6 忆阻突触权重参数α取不同值时系统动力学的时序图和相位图(a) 周期簇发放电(α=1);(b) 混沌簇发放电(α=10);(c)混沌放电(α=18);(d) 周期吸引子(α=1);(e) 混沌吸引子(α=10);(f) 混沌吸引子(α=18);(g) 周期簇发放电(α=30);(h) 周期簇发放电(α=40);(i) 周期尖峰放电(α=48);(j)周期吸引子(α=30);(k)周期吸引子(α=40);(l)周期吸引子(α=48)
Fig.6 Time sequences and phase plots in dynamical system under different memristive synaptic weight parameter α (a) periodic bursting firing (α=1); (b) chaotic bursting firing (α=10); (c) chaos firing (α=18); (d) period attractor (α=1); (e) chaos attractor (α=10); (f) chaos attractor (α=18); (g) periodic bursting firing (α=30); (h) periodic bursting firing (α=40); (i) periodic spiking firing (α=48); (j) period attractor (α=30); (k) period attractor (α=40); (l) period attractor (α=48)
图7 不同初始条件下的共存簇发行为(a) 对称周期簇发放电(α=1);(b) 对称混沌簇发放电(α=10);(c) 对称周期尖峰放电(α=48)
Fig.7 Coexisting bursting behaviors under different initial conditions (a) symmetrical periodic bursting firing (α=1); (b) symmetrical chaotic bursting firing (α=10); (c) symmetrical periodic spiking firing (α=48)
图8 关于忆阻突触权重参数β动力学状态分布(a) 分岔图; (b) 李雅普诺夫指数谱
Fig.8 Dynamical states related to memristive synaptic weight parameter β (a) bifurcation diagram; (b) Lyapunov exponents
图9 忆阻突触权重参数β取不同值时系统所产生的吸引子相图(a) 混沌吸引子(β=0.3); (b) 对称准周期吸引子(β=0.5); (c) 对称周期吸引子(β=0.6)
Fig.9 Phase plots of attractor in system with different memristive synaptic weight parameter β (a) chaos attractor (β=0.3); (b) symmetrical quasi-period attractor (β=0.5); (c) symmetrical period attractor (β=0.6)
图11 忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络电路仿真结果(a) 周期簇发放电RL1=50 kΩ (α=1); (b) 对称混沌簇发放电RL1=5 kΩ (α=10); (c) 混沌放电RL1=2.8 kΩ (α=18); (d) 对称周期簇发放电RL1=1.25 kΩ (α=40)
Fig.11 Simulation results of memristor synapse-coupled loop Hopfield neural network circuit (a) periodic bursting firng with RL1=50 kΩ (α=1); (b) symmetrical chaotic bursting firing with RL1=5 kΩ (α=10); (c) chaos firing with RL1=2.8 kΩ (α=18); (d) symmetrical periodic bursting firing with RL1=1.25 kΩ (α=40)
图12 忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络电路仿真结果(a) 混沌吸引子RL2=166.67 kΩ (β=0.3); (b) 对称准周期吸引子RL2=100 kΩ (β=0.5); (c) 对称周期吸引子RL2=83.33 kΩ (β=0.6)
Fig.12 Simulation results of memristor synapse-coupled loop Hopfield neural network circuit (a) chaos attractor with RL2=166.67 kΩ (β=0.3); (b) symmetrical quasi-period attractor with RL2=100 kΩ (β=0.5); (c) symmetrical period attractor with RL2=83.33 kΩ (β=0.6)
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