电流分数阶积分控制式忆阶元制造技术

本发明专利技术公开一种电流分数阶积分控制式忆阶元，包括引脚a、引脚b、压控变阶分抗UF、电流控制电压源IU和电压分数阶积分器A。压控变阶分抗UF包括电压控制端uc和变阶分抗

Fractional Integral Control Memory Element of Current

The invention discloses a current fractional order integral control memory element, which comprises pin a, pin b, voltage controlled variable order reactance UF, current controlled voltage source IU and voltage fractional order integrator A. Voltage-controlled variable-order reactance UF includes voltage control terminal UC and variable-order reactance.

【技术实现步骤摘要】
电流分数阶积分控制式忆阶元
本专利技术专利涉及电路元件基础理论，具体涉及电流分数阶积分控制式忆阶元。
技术介绍
电子元件是构成电路与系统的最基本单元。1745年荷兰莱顿大学P.穆森布罗克专利技术的莱顿瓶是最原始的电容(capacitor)，1826年德国欧姆发现欧姆定律提出电阻(resistor)的概念，1831年英国法拉第制成铁芯线圈制作出电感(inductor)。电阻、电容和电感是全世界公认的三种基本无源电路元件，已在电路与系统中得到最广泛的应用。分数阶微积分(fractionalcalculus)是运算阶次为非整数的一种微积分，已成为数学分析的一个重要分支。由于分数阶微积分的长时记忆性、非定域性和弱奇异性，近年来，已成为科学和工程
中使用的一种新数学手段。分数阶微积分在物理、化学、生物、控制、信号处理、图像处理、神经网络、电路与系统等领域得到了有效的应用，并已取得许多有益的结果。依据分数阶微积分理论，电容的运算阶为-1，电阻的运算阶为0，电感的运算阶为+1。运算特性介于电阻和电容之间的元件为容性分抗元(capacitivefractor)，运算特性介于电阻和电感之间的元件称为感性分抗元(inductivefractor)，分抗元(fractor)的分抗量简称为分抗(fractance)。电流、电压、电荷和磁通是电路理论的四个基本变量，它们之间共有六种关系：1.电流和电荷的关系由电流定义式建立；2.电压和磁通的关系由法拉第电磁感应定律建立；3.电压和电流之间的关系由电阻建立；4.电压和电荷的关系由电容建立；5.电流和电荷的关系由电感建立。电荷和磁通的关系由什么元件或定律来建立？很长时间以来，一直没有引起人们的关注和重视。根据电路基本变量组合完备性原理，1971年美籍华裔科学家蔡少棠先生从理论预测出忆阻(memristor)的存在，蔡先生认为忆阻是建立电荷和磁通关系的电路元件，从而称忆阻为第四种基本电路元件，并得到学界的广泛认可。蔡先生还依据电路变量与电路元件的公理完备性(axiomaticcompleteness)、逻辑相容性(logicalconsistency)和形式对称性(formalsymmetry)等，提出公理化的电路元件体系——蔡氏公理化元件系(Chua’saxiomaticelementsystem)，进而得电路元件的到蔡氏周期表(Chua’speriodictable)。2008年，《Nature》报道了美国科学家Williams领导的团队在纳米尺度下制造出的忆阻物理实体，震惊国际电工电子领域，掀起忆阻的研究热潮。忆阻在计算机科学、神经网络、生物工程、通信工程和非线性电路等领域有着广泛的应用前景。同年，忆容(memcapacitor)和忆感(meminductor)也被提出，并得到人们的关注和研究。在记忆元件(memoryelements)中，忆阻量、忆容量或忆感量随电荷或磁通而变化。忆阻(memristor)的忆阻量(memristance)记忆电荷量或磁通量、忆容(memcapacitor)的忆容量(memcapacitance)记忆电荷量或磁通量、忆感(meminductor)的忆感量(meminductance)记忆电荷量或磁通量。然而，忆阻器作为第四种基本电路元件的物理身份仍存在质疑。2008年，Mathur撰文在《Nature》指出，实际的忆阻是从伏安关系获得的，线性磁电耦合效应的材料可以建立电荷和磁通的关系，满足第四种基本电路元件的定义。2015年，中国科学院物理研究所孙阳、尚大山、柴一晟等依据磁电耦合效应物理实现满足原始磁通和电荷关系的电耦元(transtor)及相应的非线性记忆元件——忆耦元(memtranstor)，他们认为电偶元才是真正的第四种基本电路元件。电耦元(transtor)和忆耦元(memtranstor)在开发新一代信息功能器件方面具有巨大的潜力。关于第四种基本元件的确定，学界虽然广泛认可忆阻，但还是存在质疑，但不影响忆阻和电偶有关理论与应用研究。受蔡氏周期表启发，依据分数阶微积分理论，分数阶忆阻(fractional-ordermemristor)的概念应运而生，并发展出两种类型：第一种分数阶忆阻(fractionalmemristor)的单位和电阻一致，忆阻量(memristance)记忆电压或电流的分数阶积分量；第二种分数阶忆阻的单位和分抗元一致，可称为忆分抗(memoryfractor)，忆分抗的忆分抗量(memoryfractance)记忆电荷量或磁通量。我们认为还应存在第三种分数阶忆阻，其单位和分抗元一致，忆分抗量记忆电压或电流的分数阶积分值。四川大学蒲亦非教授等人在2016年提出一种分忆抗的概念，并创造新单词“fracmemristor”作为英文名，还于2017年尝试用标度分形格结构方式实现，蒲亦非教授等人提出的分忆抗属于上述第二种。至此，记忆元件的(忆)电阻量、(忆)电容量、(忆)电感量或(忆)分抗量作为记忆变量，受到电荷量、磁通量、电流分数阶积分量或电压分数阶积分量的控制，进而得到的忆阻、忆容、忆感、忆分抗和分数阶忆阻均得到人们的研究，并取得丰富的理论和实验成果。然后，从分数阶微积分理论视角，记忆元件的运算阶为记忆变量时，受电荷量、磁通量、电流分数阶积分量或电压分数阶积分量的控制，得到的忆阶元(memory-orderelement)将会呈现出什么理论与实践意义？这是值得深入研究和挖掘的问题，也将启发人们从全新角度研究和丰富蔡氏周期表。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供电流分数阶积分控制式忆阶元，作为一种新元件，解决现有电路元件无法实现电流分数阶积分控制运算阶的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种电流分数阶积分控制式忆阶元，包括引脚a、引脚b、压控变阶分抗UF、电流控制电压源IU和电压分数阶积分器A，所述压控变阶分抗UF包括电压控制端uc和变阶分抗所述压控变阶分抗UF内变阶分抗的运算阶受电压控制端uc的电压值控制，所述压控变阶分抗内电压控制端uc的输入阻抗为无穷大，所述电流控制电压源IU包括电流控制端i和电压源输出端ui，所述电流控制电压源的电流控制端i的输入阻抗为零，所述电流控制电压源的电压源输出端ui的输出阻抗为零，所述电流控制电压源IU内电压源输出端ui的电压值受电流控制端i的电流值控制，所述电压分数阶积分器A包括电压输入端ui和电压输出端uc，所述电压分数阶积分器的输入端ui的输入阻抗为无穷大，所述电压分数阶积分器的电压输出端uc的输出阻抗为零，所述引脚a、压控变阶分抗UF内变阶分抗电流控制电压源IU内电流控制端以及引脚b为串联关系，所述电流控制电压源IU的电压源输出端与电压分数阶积分器的电压输入端相连，所述电压分数阶积分器电压输出端与压控变阶分抗的电压控制端相连；所述变阶分抗的阻抗函数变阶分抗的运算阶μM与电压控制端uc的电压值有关，F(μ)称为变阶分抗的特征量，s是拉普拉斯变量；所述电流控制电压源IU内电压输出端的输出电压ui＝Kj×i，Kj为电流控制电压源IU的控制系数；从时刻0至t，所述电压分数阶积分器A内电压输出端的电压值Ki为电压分数阶积分器A的比例系数，运算阶-1＜μ＜0，为积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流分数阶积分控制式忆阶元，其特征在于，包括引脚a、引脚b、压控变阶分抗UF、电流控制电压源IU和电压分数阶积分器A，所述压控变阶分抗UF包括电压控制端uc和变阶分抗

【技术特征摘要】
1.一种电流分数阶积分控制式忆阶元，其特征在于，包括引脚a、引脚b、压控变阶分抗UF、电流控制电压源IU和电压分数阶积分器A，所述压控变阶分抗UF包括电压控制端uc和变阶分抗所述压控变阶分抗UF内变阶分抗的运算阶受电压控制端uc的电压值控制，所述压控变阶分抗内电压控制端uc的输入阻抗为无穷大，所述电流控制电压源IU包括电流控制端i和电压源输出端ui，所述电流控制电压源的电流控制端i的输入阻抗为零，所述电流控制电压源的电压源输出端ui的输出阻抗为零，所述电流控制电压源IU内电压源输出端ui的电压值受电流控制端i的电流值控制，所述电压分数阶积分器A包括电压输入端ui和电压输出端uc，所述电压分数阶积分器的输入端ui的输入阻抗为无穷大，所述电压分数阶积分器的电压输出端uc的输出阻抗为零，所述引脚a、压控变阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：余波，
申请(专利权)人：成都师范学院，
类型：发明
国别省市：四川,51