计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (5): 589-597.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8476
收稿日期:
2021-11-17
出版日期:
2022-09-25
发布日期:
2023-01-07
作者简介:
唐利红(1988-),女,硕士,讲师,研究方向为非线性系统与电路,E-mail: tangli20202020@163.com
基金资助:
Lihong TANG1(), Zongmei HE1, Yanli YAO2
Received:
2021-11-17
Online:
2022-09-25
Published:
2023-01-07
摘要:
使用磁控忆阻器描述神经元的膜电位与磁通的耦合, 提出一个磁感应HR神经元模型, 通过分岔图、李雅普诺夫指数谱、时序图以及相位图等动力学分析方法揭示它的复杂动力学行为。研究表明: 这种电磁感应HR神经元模型没有任何平衡点, 但可以产生无限多个形状相同但位置不同的隐藏混沌吸引子, 具有隐藏的超级多稳定性特征。此外, 设计了电磁感应HR神经元的模拟等效电路, PSIM电路仿真验证了数值仿真的正确性。
唐利红, 贺宗梅, 姚延立. 具有隐藏超级多稳定性的磁感应HR神经元及其电路实现[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 589-597.
Lihong TANG, Zongmei HE, Yanli YAO. Magnetic Induction HR Neuron with Hidden Extreme Multistability and Its Circuit Implementation[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(5): 589-597.
图3 磁感应强度参数k1动力学状态分布(a)分岔图; (b) 李雅普诺夫指数谱
Fig.3 Dynamical distribution related to magnetic induction intensity k1(a) Bifrucation; (b) Lyapunov exponents
图4 不同磁感应强度k1所对应的的吸引子相图(a) 周期1吸引子k1=-3.5; (b) 周期2吸引子k1=-3; (c) 混沌吸引子k1=-2.4; (d) 准周期吸引子k1=-1.8
Fig.4 Phase plots of attractors corresponding to different magnetic induction intensity k1(a) Period-1 attractor at k1=-3.5; (b) Period-2 attractor at k1=-3; (c) Chaotic attractor at k1=-2.4; (d) Quasi-period attractor at k1=-1.8
图7 与初值相关的周期吸引子,从左至右,φ(0) = -18π,-16π,-14π,-12π,-10π,-8π,-6π,-4π,-2π,0
Fig.7 Periodic attractors related to initial value, from left to right, φ(0) = -18π, -16π, -14π, -12π, -10π, -8π, -6π, -4π, -2π, 0
图8 磁感应HR神经元电路(a) 余弦忆阻器模拟等效电路; (b) 磁感应HR神经元模拟等效电路
Fig.8 Magnetic induction HR neuron circuit (a) Analog equivalent circuit of cosin memristor; (b) Analog equivalent circuit of magnetic induction HR neuron
图10 磁感应HR神经元电路产生的混沌吸引子RB= 4 kΩ (k1= -2.5) (a) vx- vy相平面; (b) vx- vφ相平面
Fig.10 Chaotic attractors generated by magnetic induction HR neuron circuit with RB=4 kΩ (k1= -2.5) (a) vx- vy phase plane; (b) vx- vφ phase plane
图11 磁感应HR神经元电路在不同磁感应强度所产生的吸引子相图(a) 周期吸引子RB=2.86 kΩ (k1=-3.5); (b) 周期吸引子RB=3.4 kΩ (k1=-3); (c) 混沌吸引子RB=4 kΩ (k1=-2.4); (d) 瞬态混沌吸引子RB=5.55 kΩ (k1=-1.8)
Fig.11 Phase plot of attractors generated by magnetic induction HR neuron circuit under different magnetic induction intensities (a) Period attractor with RB=2.86 kΩ (k1=-3.5); (b) Period attractor with RB=3.4 kΩ (k1=-3); (c) Chaotic attractor with RB=4 kΩ (k1=-2.4); (d) Transient chaotic attractor with RB=5.55 kΩ (k1=-1.8)
图12 磁感应HR神经元在不同初始电压下产生的混沌吸引子,从左至右, vz = -26π,-24π,-22π,-20π,-18π,-16π,-14π,-12π,-10π,-8π
Fig.12 Chaotic attractors generated by magnetic induction HR neuron circuit under different initial voltages, from left to right, vz = -26π, -24π, -22π, -20π, -18π, -16π, -14π, -12π, -10π, -8π
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