具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路

摘要

本发明公开了属于非线性电路领域的一种具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路。该神经网络电路包括整合电路、时滞模块、激励模块和加法电路组成，能够产生在脉冲信号干扰下的混沌信号；其中，整合电路由U1运算放大器、U2运算放大器、U5运算放大器、U6运算放大器、U3运算放大器和U9运算放大器构成；时滞模块包括第一时滞模块HB1和第二时滞模块HB5；激励模块包括第一激励模块HB2、第二激励模块HB3、第三激励模块HB4和第四激励模块HB6；加法电路包括第一加法电路HB119和第二加法电路HB120；本发明与以往技术相比，其改进之处在于可以通过调整脉冲电压值，来表现不同干扰下的时滞超混沌神经网络相图。

说明书

技术领域

本发明属于非线性电路领域，特别一种具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络 电路。

背景技术

神经网络是一种复杂的动态系统，选择合适的参数，系统可以表现出混沌特 性。神经网络电路属于非线性电路的一个重要组成部分，混沌神经网络电路由于 具有较强的隐蔽性，所以可以在保密通信，图像处理等方面有着巨大的使用价值。 现有阶段的神经网络电路考虑的是正常工作状态，而实际电路中，大多具有很多 的干扰。因此，具有脉冲效应的超混沌神经网络可以更好的反映实际电路中的脉 冲干扰，在保密通信中具有更好的适应性。

发明内容

本发明的目的是提出了一种具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路，其特 征在于，该神经网络电路包括整合电路、时滞模块、激励模块和加法电路组成， 能够产生在脉冲信号干扰下的混沌信号；其中，整合电路由运算放大器U1运算 放大器、U2运算放大器、U5运算放大器、U6运算放大器、U3运算放大器和 U9运算放大器构成；时滞模块包括第一时滞模块HB1和第二时滞模块HB5；激 励模块包括第一激励模块HB2、第二激励模块HB3、第三激励模块HB4和第四 激励模块HB6；加法电路包括第一加法电路HB119和第二加法电路HB120；

所述该神经网络电路具体组成是U3运算放大器输出端X2与脉冲信号电压 V1接入第二加法电路HB120的两个输入端，第二加法电路HB120输出端分别接 入第一激励模块HB2、第一时滞模块HB1的输入端和R17电阻的一端相连；第 一激励模块HB2输出端与R3电阻的一端相连，R3电阻的另一端接入U1运算放 大器的反相输入端，U1运算放大器的反相输入端和输出端之间接入R4电阻； U1运算放大器的同相输入端接地，U1运算放大器的输出端与R5电阻一端相接， R5电阻另一端分别与U9运算放大器的反相输入端、电容C1的一端、R1电阻的 一端、R8电阻的一端相接；C1电容的另一端与U9运算放大器输出端连接；U9 运算放大器输出端X1与脉冲信号电压V1接入第一加法电路HB119的两个输入 端，U9运算放大器的同相输入端接地；R8电阻另一端与U2运算放大器的输出 端相接，U2运算放大器的反相输入端和输出端之间接入R7电阻，U2运算放大 器的同相输入端接地；R1电阻的另一端与第一加法电路HB119输出端、第三激 励模块HB4和第二时滞模块HB5的输入端连接；U2运算放大器的反相输入端串 联R6电阻、第二激励模块HB3、第一时滞模块HB1和第二加法电路HB120输 出端；第三激励模块HB4的输出端连接R13电阻的一端，R13电阻的另一 端连接R14电阻的一端和U5运算放大器的反相输入端，U5运算放大器的反相 输入端和输出端之间接入R14电阻，U5运算放大器的同相输入端接地；U9运 算放大器输出端X1与脉冲信号电压V1接入第一加法电路HB119的两个输入端， 第一加法电路HB119输出端接入第三激励模块HB4和第二时滞模块HB5的输入 端，U5运算放大器的输出端与电阻R15一端相接，R15另一端与U3运算放大 器的反相输入端、R9电阻一端、C2电容一端和R18电阻一端相接；U3运算放 大器反相输入端和输出端之间接入电容C2，U3运算放大器的同相输入端接地； U3运算放大器输出端X2与脉冲信号电压V1接入第二加法电路HB120的两个输 入端，第二加法电路HB120输出端与R9电阻另一端相接；第二时滞模块HB5 的输出端与第四激励模块HB6输入端连接，第四激励模块HB6输出端与R16电 阻一端相接，电阻R16另一端接入U6运算放大器的反相输入端，U6运算放大 器的反相输入端和输出端之间接入R17电阻，U6运算放大器的同相输入端接地， U6运算放大器的输出端与电阻R18一端相接，R18另一端与U3运算放大器的反 相输入端相接。

所述时滞模块特征是两个时滞模块结构相同；其模块的输入端xt与R161电 阻和R158电阻的一端相接，R161电阻的另一端接入U50运算放大器的同相输入 端，R158电阻的另一端接入U50运算放大器的反相输入端，U50运算放大器的 同相输入端和地之间接入C34电容，U50运算放大器的反相输入端和输出端接入 R2电阻，U50运算放大器的输出端xt-1接入激励模块的输入端。

所述激励模块特征是四个激励模块结构相同：每个激励模块包括3个上线模 块和3个下线模块；第一个上线模块HB7输入端的down端口接入直流电压0V， up端口接入直流电压3.14V，第一个下线模块HB8输入端的down端口接入直流 电压3.14V，up端口接入直流电压6.28V，第二上线模块HB9输入端的down端 口接入直流电压6.28V，up端口接入直流电压9.52V，第二下线模块HB10输入 端的down端口接入直流电压-3.14V，up端口接入直流电压0V，第三上线模块 HB11输入端的down端口接入直流电压-6.28V，up端口接入直流电压-3.14V，第 三下线模块HB12输入端的down端口接入直流电压-9.52V，up端口接入直流电 压-6.28V；每个激励模块输入端接入所有上线模块和下线模块输入端的input端口 x，所有上线模块和下线模块输出端的output端口分别与阻值相等的R20电阻、 R19电阻、R23电阻、R22电阻、R25电阻和R55电阻的一端相接，这些电阻的 另一端分别接入U7A运算放大器的反相输入端，U7A运算放大器的同相输入端 接地，U7A运算放大器的反相输入端和输出端之间接入R21电阻，U7A运算放 大器的输出端接入所述激励模块的输出端fx。

所述加法电路特征是：两个加法电路结构相同；加法电路的IO1输入端与 R809电阻一端相接，R809电阻的另一端与U461运算放大器的反相输入端相接； 加法电路的IO2输入端与R810电阻一端相接，R810电阻的另一端与U461运算 放大器的反相输入端相接，U461运算放大器的同相输入端接地，反相输入端和 输出端之间接入R811电阻；U461运算放大器输出端和R813电阻一端相接，R813 电阻另一端接U462运算放大器的反相输入端，U462运算放大器的同相输入端接 地，反相输入端和输出端之间接入R815电阻，U462运算放大器输出端为加法电 路的103输出端。

所述整合电路所加的脉冲信号电压是可调电压。

所述上线模块特征是：各个上线模块的结构相同，每个上线模块的input端 口接入U14A运算放大器的同相输入端，上线模块down端口接入U14A运算放 大器的反相输入端，U14A运算放大器的输出端与R135电阻一端相接，R135电 阻的另一端接入第一继电器K1的线圈正极，第一继电器K1的线圈负极接地； 第一稳压二极管D7正极接地，负极接第一继电器K1的线圈正极，第一继电器 K1电极的一端接入直流电压-0.5V，另一端接入R138电阻一端，R138电阻另一 端分别与U12A运算放大器的反相输入端、R137电阻一端和R139电阻一端；R139 电阻连接U12A运算放大器的反相输入端和同相输入端之间，U12A运算放大器 的同相输入端接地；上线模块的input端口接入U15A运算放大器的反相输入端， 上线模块的up端口接入U15A运算放大器的同相输入端，U15A运算放大器的输 出端与R136电阻一端相接，R136电阻的另一端接入第二继电器K2的线圈正极， 其线圈负极接地，第八稳压二极管D8正极接地，负极接第一继电器K1的线圈 正极，第一继电器K1电极的一端接入直流电压-0.5V，电极的另一端接入R137 电阻，R137另一端接入U12A运算放大器的反相输入端；U12A运算放大器输出 端接入U13A运算放大器的同相输入端；U13A运算放大器的反相输入端接入直 流电压0.8V，U13A的输出端与R140电阻一端相接，R140电阻另一端接入第三 继电器K3的线圈正极，线圈负极接地，第一稳压二极管D1正极接地，负极接 第三继电器K3的线圈正极，第三继电器K3的电极的一端接入U13A运算放大 器的同向输入端，第三继电器K3的电极的另一端接入上线模块的输出端output 端口。

所述下线模块特征是：各个下线模块的结构相同，基本组成与上线模块相同； 每个下线模块的输入端input端口接入U18A运算放大器的同相输入端，每个下 线模块的down端口接入U18A运算放大器的反相输入端，U18A运算放大器的 输出端与R141d电阻一端相接，R141的另一端接入第四继电器K4的线圈正极， 线圈负极接地，第二稳压二极管D2正极接地，负极接第四继电器K4的线圈正 极，第四继电器K4的电极一端接直流电压0.5V，另一端接R144电阻一端，R144 电阻另一端接入U16A运算放大器的反相输入端；上线模块输入端input端口接 入U19A运算放大器的反相输入端，上线模块up端口接入U19A运算放大器的 同相输入端，U19A运算放大器的输出端与R142电阻一端相接，R142电阻的另 一端接第五继电器K5的线圈正极，线圈负极接地，第三稳压二极管D3正极接 地，负极接第五继电器K5的线圈正极，第五继电器K5电极一端接直流电压0.5V， 电极的另一端接入R143电阻，R143电阻另一端接入U16A运算放大器的反相输 入端；U16A运算放大器的同相输入端接地，U16A运算放大器同相输入端与输 出端之间接入R145电阻，U16A运算放大器输出端接U17A运算放大器的反相输 入端，U17A运算放大器的同相输入端接直流电压-0.8V，U17A运算放大器的输 出端与R146电阻一端相接，R146电阻的另一端接第六继电器K6的线圈正极， 线圈负极接地，第四稳压二极管D4正极接地，负极接第六继电器K6的线圈正 极，第六继电器K6电极一端接U17A运算放大器的同向输入端，第六继电器K6 电极另一端接入下线模块的输出端output端口。

本发明的有益效果是：可以输出X1-X2的混沌相图，可以在示波器上显示这 种混沌信号；可以调整脉冲信号电压V1的值来模拟实际情况下的各种干扰，实 现不同扰动下的混沌相图。

附图说明

图1为具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路原理图中的整合电路结构图

图2为具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路原理图中的时滞电路

图3为具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路原理图中的激励电路

图4为具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路原理图中的上线电路

图5为具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路原理图中的下线电路

图6为具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路原理图中的加法电路

图7具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路输出混沌相图X1-X2

具体实施方式

本发明提出一种具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路；下面结合附图予 以说明。

如图1所示为具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路原理图。该神经网络 电路包括整合电路、时滞模块、激励模块和加法电路组成，能够产生在脉冲信号 干扰下的混沌信号(如图7所示的具有脉冲效应的时滞超混沌神经网络电路输出 混沌相图X1-X2)；其中，整合电路由运算放大器U1运算放大器、U2运算放大 器、U5运算放大器、U6运算放大器、U3运算放大器和U9运算放大器构成；

所述该神经网络电路具体组成是U3运算放大器输出端X2与脉冲信号电压 V1接入第二加法电路HB120的两个输入端，第二加法电路HB120输出端分别接 入第一激励模块HB2、第一时滞模块HB1的输入端和R17电阻的一端相连；第 一激励模块HB2输出端与R3电阻的一端相连，R3电阻的另一端接入U1运算放 大器的反相输入端，U1运算放大器的反相输入端和输出端之间接入R4电阻； U1运算放大器的同相输入端接地，U1运算放大器的输出端与R5电阻一端相接， R5电阻另一端分别与U9运算放大器的反相输入端、电容C1的一端、R1电阻的 一端、R8电阻的一端相接；C1电容的另一端与U9运算放大器输出端连接；U9 运算放大器输出端X1与脉冲信号电压V1接入第一加法电路HB119的两个输入 端，U9运算放大器的同相输入端接地；R8电阻另一端与U2运算放大器的输出 端相接，U2运算放大器的反相输入端和输出端之间接入R7电阻，U2运算放大 器的同相输入端接地；R1电阻的另一端与第一加法电路HB119输出端、第三激 励模块HB4和第二时滞模块HB5的输入端连接；U2运算放大器的反相输入端串 联R6电阻、第二激励模块HB3、第一时滞模块HB1和第二加法电路HB120输 出端；第三激励模块HB4的输出端连接R13电阻的一端，R13电阻的另一 端连接R14电阻的一端和U5运算放大器的反相输入端，U5运算放大器的反相 输入端和输出端之间接入R14电阻，U5运算放大器的同相输入端接地；U9运 算放大器输出端X1与脉冲信号电压V1接入第一加法电路HB119的两个输入端， 第一加法电路HB119输出端接入第三激励模块HB4和第二时滞模块HB5的输入 端，U5运算放大器的输出端与电阻R15一端相接，R15另一端与U3运算放大 器的反相输入端、R9电阻一端、C2电容一端和R18电阻一端相接；U3运算放 大器反相输入端和输出端之间接入电容C2，U3运算放大器的同相输入端接地； U3运算放大器输出端X2与脉冲信号电压V1接入第二加法电路HB120的两个输 入端，第二加法电路HB120输出端与R9电阻另一端相接；第二时滞模块HB5 的输出端与第四激励模块HB6输入端连接，第四激励模块HB6输出端与R16电 阻一端相接，电阻R16另一端接入U6运算放大器的反相输入端，U6运算放大 器的反相输入端和输出端之间接入R17电阻，U6运算放大器的同相输入端接地， U6运算放大器的输出端与电阻R18一端相接，R18另一端与U3运算放大器的反 相输入端相接；所述整合电路所加的脉冲信号电压是可调电压。

所述时滞模块包括第一时滞模块HB1和第二时滞模块HB5(如图2所示)， 两个时滞模块结构相同；其模块的输入端xt与R161电阻和R158电阻的一端相 接，R161电阻的另一端接入U50运算放大器的同相输入端，R158电阻的另一端 接入U50运算放大器的反相输入端，U50运算放大器的同相输入端和地之间接入 C34电容，U50运算放大器的反相输入端和输出端接入R2电阻，U50运算放大 器的输出端xt-1接入激励模块的输入端。

所述激励模块包括第一激励模块HB2、第二激励模块HB3、第三激励模块 HB4和第四激励模块HB6(如图3所示)；激励模块特征是四个激励模块结构相 同：每个激励模块包括3个上线模块和3个下线模块；第一个上线模块HB7输 入端的down端口接入直流电压0V，up端口接入直流电压3.14V，第一个下线模 块HB8输入端的down端口接入直流电压3.14V，up端口接入直流电压6.28V， 第二上线模块HB9输入端的down端口接入直流电压6.28V，up端口接入直流电 压9.52V，第二下线模块HB10输入端的down端口接入直流电压-3.14V，up端 口接入直流电压0V，第三上线模块HB11输入端的down端口接入直流电压 -6.28V，up端口接入直流电压-3.14V，第三下线模块HB12输入端的down端口 接入直流电压-9.52V，up端口接入直流电压-6.28V；每个激励模块输入端接入所有 上线模块和下线模块输入端的input端口x，所有上线模块和下线模块输出端的 output端口分别与阻值相等的R20电阻、R19电阻、R23电阻、R22电阻、R25 电阻和R55电阻的一端相接，这些电阻的另一端分别接入U7A运算放大器的反 相输入端，U7A运算放大器的同相输入端接地，U7A运算放大器的反相输入端 和输出端之间接入R21电阻，U7A运算放大器的输出端接入所述激励模块的输 出端fx。

所述上线模块特征是：各个上线模块的结构相同(如图4所示)，每个上线 模块的input端口接入U14A运算放大器的同相输入端，上线模块down端口接入 U14A运算放大器的反相输入端，U14A运算放大器的输出端与R135电阻一端相 接，R135电阻的另一端接入第一继电器K1的线圈正极，第一继电器K1的线圈 负极接地；第一稳压二极管D7正极接地，负极接第一继电器K1的线圈正极， 第一继电器K1电极的一端接入直流电压-0.5V，另一端接入R138电阻一端，R138 电阻另一端分别与U12A运算放大器的反相输入端、R137电阻一端和R139电阻 一端；R139电阻连接U12A运算放大器的反相输入端和同相输入端之间，U12A 运算放大器的同相输入端接地；上线模块的input端口接入U15A运算放大器的 反相输入端，上线模块的up端口接入U15A运算放大器的同相输入端，U15A运 算放大器的输出端与R136电阻一端相接，R136电阻的另一端接入第二继电器 K2的线圈正极，其线圈负极接地，第八稳压二极管D8正极接地，负极接第一继 电器K1的线圈正极，第一继电器K1电极的一端接入直流电压-0.5V，电极的另 一端接入R137电阻，R137另一端接入U12A运算放大器的反相输入端；U12A 运算放大器输出端接入U13A运算放大器的同相输入端；U13A运算放大器的反 相输入端接入直流电压0.8V，U13A的输出端与R140电阻一端相接，R140电阻 另一端接入第三继电器K3的线圈正极，线圈负极接地，第一稳压二极管D1正 极接地，负极接第三继电器K3的线圈正极，第三继电器K3的电极的一端接入 U13A运算放大器的同向输入端，第三继电器K3的电极的另一端接入上线模块 的输出端output端口。

所述下线模块特征是：各个下线模块的结构相同，基本组成与上线模块相同； (如图5所示)每个下线模块的输入端input端口接入U18A运算放大器的同相 输入端，每个下线模块的down端口接入U18A运算放大器的反相输入端，U18A 运算放大器的输出端与R141d电阻一端相接，R141的另一端接入第四继电器K4 的线圈正极，线圈负极接地，第二稳压二极管D2正极接地，负极接第四继电器 K4的线圈正极，第四继电器K4的电极一端接直流电压0.5V，另一端接R144电 阻一端，R144电阻另一端接入U16A运算放大器的反相输入端；上线模块输入 端input端口接入U19A运算放大器的反相输入端，上线模块up端口接入U19A 运算放大器的同相输入端，U19A运算放大器的输出端与R142电阻一端相接， R142电阻的另一端接第五继电器K5的线圈正极，线圈负极接地，第三稳压二极 管D3正极接地，负极接第五继电器K5的线圈正极，第五继电器K5电极一端接 直流电压0.5V，电极的另一端接入R143电阻，R143电阻另一端接入U16A运算 放大器的反相输入端；U16A运算放大器的同相输入端接地，U16A运算放大器 同相输入端与输出端之间接入R145电阻，U16A运算放大器输出端接U17A运算 放大器的反相输入端，U17A运算放大器的同相输入端接直流电压-0.8V，U17A 运算放大器的输出端与R146电阻一端相接，R146电阻的另一端接第六继电器 K6的线圈正极，线圈负极接地，第四稳压二极管D4正极接地，负极接第六继电 器K6的线圈正极，第六继电器K6电极一端接U17A运算放大器的同向输入端， 第六继电器K6电极另一端接入下线模块的输出端output端口。

所述加法电路包括第一加法电路HB119和第二加法电路HB120；加法电路 特征是两个加法电路结构相同(如图6所示)；加法电路的IO1输入端与R809 电阻一端相接，R809电阻的另一端与U461运算放大器的反相输入端相接；加法 电路的IO2输入端与R810电阻一端相接，R810电阻的另一端与U461运算放大 器的反相输入端相接，U461运算放大器的同相输入端接地，反相输入端和输出 端之间接入R811电阻；U461运算放大器输出端和R813电阻一端相接，R813 电阻另一端接U462运算放大器的反相输入端，U462运算放大器的同相输入端接 地，反相输入端和输出端之间接入R815电阻，U462运算放大器输出端为加法电 路的103输出端。

本发明的实施的元器件参数如下：脉冲电压V1为1ms输出0.01ms的1V的 周期电压，运算放大器型号为LM358，二极管型号为1N4148，继电器型号为 EDR201A05。整合电路：R1＝R3＝R5＝R6＝R8＝R13＝R9＝R15＝R16＝R18＝1.0kΩ， R4＝3.0kΩ，R7＝5.0kΩ，R14＝5.0kΩ，R17＝3.0kΩ，C1＝C2＝1μF；时滞电路： R2＝R158＝1.0kΩ，R161＝0.5kΩ，C34＝1μF；激励电路： R19＝R20＝R21＝R22＝R23＝R25＝R55＝R57＝1kΩ；上线电路： R135＝R136＝R137＝R138＝R139＝R140＝1.0kΩ；下线电路： R141＝R142＝R143＝R144＝R145＝ R146＝1.0kΩ；加法电路：R809＝R810＝R811＝R813＝R815＝1.0kΩ。