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一种电压控制型忆容器的Simulink建模方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-02-05
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-10-09
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-03-01
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-02-05
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810109299.2 申请日 2018-02-05
公开/公告号 CN108509672B 公开/公告日 2022-03-01
授权日 2022-03-01 预估到期日 2038-02-05
申请年 2018年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 G06F30/367G06F30/3323 主分类号 G06F30/367
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 1
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2015.10.01CN 105701306 A,2016.06.22何朋飞等.忆容器的Simulink模型及其主要特性分析《.电子科技大学学报》.2011,(第05期),648-651.;
引用专利 US2015278682A 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 王晓媛、张雪、俞军、闵小涛、王光义 第一发明人 王晓媛
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明公开了一种电压控制型忆容器的Simulink建模方法。本发明中的输入信号源模块经过4个常数模块、2个加法模块、3个减法模块、2个乘法模块、2个绝对值模块、2个增益模块和1个阶跃函数模块,得到系统状态变量x的导数的表达式,系统状态变量x的导数的表达式经过积分模块,得到系统状态变量x;忆容器的忆容值在数值上与系统的状态变量x相等,即得到忆容器的忆容值;输入信号源与忆容器的忆容值经过乘法模块得到忆容器的电荷量。本发明提出了一种实现忆容器特性的Simulink模型,用以模拟忆容器的电荷电压特性,替代实际忆容器进行实验和研究。
  • 摘要附图
    一种电压控制型忆容器的Simulink建模方法
  • 说明书附图:图1
    一种电压控制型忆容器的Simulink建模方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-03-01 授权
2 2018-10-09 实质审查的生效 IPC(主分类): G06F 17/50 专利申请号: 201810109299.2 申请日: 2018.02.05
3 2018-09-07 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种电压控制型忆容器的Simulink建模方法,其特征在于:
建立电压控制型忆容器定义下的忆容器数学模型:
其中qC(t)和vC(t)为忆容器的电荷量和加在其两端的电压,CM(x,vC,t)是忆容器的忆容值,x是系统的无量纲状态变量,CM(x,vC,t)的大小取决于x;定义:
CM(x,vC,t)=x
其中:
C1和C2分别是忆容器的忆容值下限、上限饱和度,VT是阈值电压,α与β是常数,θ表示阶跃函数;
依据上述忆容器数学模型,建立实现忆容器特性的Simulink模型为:
输入信号源模块vC(t)和第一常数模块分别与第一加法模块的输入端相连,输入信号源模块vC(t)、第二常数模块分别与第一减法模块的正号、负号输入端相连,第一加法模块的输出端、第一减法模块的输出端分别与第一绝对值模块、第二绝对值模块的输入端相连,第一绝对值模块的输出端与第二减法模块的正号输入端相连,第二绝对值模块的输出端与第二减法模块的负号输入端相连;第三常数模块与第三减法模块的正号输入端相连,第四常数模块与第四减法模块的负号输入端相连,第三减法模块的输出端与第二增益模块的输入端相连,第二增益模块的输出端和第二减法模块的输出端分别与第一乘法模块的输入端相连;输入信号源模块vC(t)与第一增益模块的输入端相连,第一增益模块的输出端和第一乘法模块的输出端分别与第二加法模块的两个输入端相连;
第五常数模块和第六常数模块分别与第一开关模块的上、下输入端相连,第七常数模块和第八常数模块分别与第二开关模块的上、下输入端相连,第一开关模块与第二开关模块的中间输入端都与积分模块的输出端相连,第一开关模块与第二开关模块的输出端分别与第二乘法模块的两个输入端相连;
第二加法模块的输出端和第二乘法模块的输出端分别与第三乘法模块的输入端相连,第三乘法模块的输出端与积分模块的输入端相连,积分模块的输出端和输入信号源模块vC(t)分别与第四乘法模块的两个输入端相连;
其中阶跃函数θ由所述的第五常数模块、第六常数模块、第七常数模块和第八常数模块、第一开关模块和第二开关模块以及第二乘法模块实现;第一开关模块和第二开关模块的输出是将积分模块输出的系统内部变量x的值与其内部设定的阈值进行比较,且当x大于等于开关1所设定的忆容器的下限饱和度C1时其输出为1,否则为0;而当x大于开关2所设定的忆容器的上限饱和度C2时其输出为0,否则为1;
积分模块对系统状态变量x的导数 进行积分运算,得到系统状态变量x,即得到忆容器的忆容值CM(x,vC,t)。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于建模技术领域,涉及一种电压控制型忆容器Simulink模型的建立,具体涉及一种符合电压控制型忆容器的电荷‑电压紧致滞回关系的Simulink模型建立。

背景技术

[0002] 2008年5月,借助于现代纳米技术的突破性结果,惠普实验室首次成功的实现了忆阻器的物理模型;2008年11月,在忆阻器的基础上,蔡少棠提出了忆容器的概念,即具有记忆特性的电容器;2009年,Ventra等人给出了忆容器的正式定义。这类器件和忆阻器一样不需外部电源就有记忆信息的功能,可应用于非易失性存储、学习、适用和自发性行为的仿真等领域,但与忆阻器相比,在数据读写和存储方面,忆容器丢失的数据更少。但是,到目前为止,对忆容器的研究还相对较少,其主要原因是忆容器的数学模型还不够完善,物理可实现的实际忆容器尚未出现。因此,设计一个忆容器的等效模型来代替实际忆容器进行实验和应用研究具有重要意义。
[0003] 目前,虽然已经报导了少量忆容器的Simulink模型,但是其研究均未能正确体现忆容器的忆容值与其历史状态有关的记忆特性。因此,建立一个通用忆容器定义下,且能够正确表达忆容器对历史状态依赖性的忆容器Simulink模型具有重要意义。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的上述不足,本发明提出了一种通用忆容器定义下的电压控制型忆容器Simulink模型,用以模拟此类忆容器特有的伏库(v‑q)电路特性,可替代实际忆容器进行电路设计和应用研究。
[0005] 本发明解决技术问题所采取的技术方案如下:建立通用电压控制型忆容器定义下的系统状态变量x的导数 的实现方法,依据该定义下的忆容值CM(x,vC,t)(忆容器等效电容值)与其状态变量x之间的关系,建立得到有效的忆容器等效忆容值Simulink模型,以及忆容器等效电荷的实现模块,其中的关键技术是系统状态变量x的导数 的实现过程中,对单位阶跃函数的实现。系统状态变量x的导数 由1个输入信号源模块vC(t)(忆容器两端的等效电压)、4个常数模块、2个加法模块、3个减法模块、2个乘法模块、2个绝对值模块、2个增益模块和1个阶跃函数模块组成,其中,阶跃函数模块由4个常数模块、2个开关模块(开关1和开关2)和1个乘法模块组成。系统状态变量x的导数 依据通用电压控制型忆容器定义,可作为忆容器等效Simulink模块中得到忆容器的忆容值CM(x,vC,t),它在数值上与系统的状态变量x相等。为获得忆容器的等效忆容值,忆容值等效Simulink模块由1个积分模块组成,积分模块是对系统状态变量x的导数 进行积分运算,得到系统状态变量x,即得到忆容器的忆容值CM(x,vC,t)。忆容器等效电荷的实现模块是由1个乘法模块对输入信号源模块vC(t)和忆容器的忆容值CM(x,vC,t)进行乘法运算,用以得到忆容器的等效电荷量。
[0006] 优选的,所述的一种磁通控制型忆容器的Simulink模型,包括1个输入信号源模块、8个常数模块、2个加法模块、3个减法模块、4个乘法模块、2个绝对值模块、2个增益模块、2个开关模块以及1个积分模块。
[0007] 进一步优选的,输入信号源模块vC(t)和常数模块1分别与加法模块1的两个输入端相连,输入信号源模块vC(t)和常数模块2分别与减法模块1的正号和负号输入端相连,加法模块1的输出端和减法模块1的输出端分别与绝对值模块1和绝对值模块2的输入端相连,绝对值模块1的输出端与减法模块2的正号输入端相连,绝对值模块2的输出端与减法模块2的负号输入端相连;常数模块3与减法模块3的正号输入端相连,常数模块4与减法模块的负号输入端相连,减法模块3的输出端与增益模块2的输入端相连,增益模块2的输出端和减法模块2的输出端分别与乘法模块1的两个输入端相连;输入信号源模块vC(t)与增益模块1的输入端相连,增益模块1的输出端和乘法模块1的输出端分别与加法模块2的两个输入端相连。
[0008] 再进一步优选的,常数模块5和常数模块6分别与开关模块1的上、下输入端相连,常数模块7和常数模块8分别与开关模块2的上、下输入端相连,开关模块1与开关模块2的中间输入端都与积分模块的输出端相连,开关模块1与开关模块2的输出端分别与乘法模块2的两个输入端相连。
[0009] 更进一步优选的,加法模块2的输出端和乘法模块2的输出端分别与乘法模块3的两个输入端相连,乘法模块3的输出端与积分模块的输入端相连,积分模块的输出端和输入信号源模块vC(t)分别与乘法模块4的两个输入端相连。
[0010] 本发明设计了一种能够实现通用定义下的电压控制型忆容器伏库特性的Simulink模型,在目前及未来无法获得实际忆容器的情况下,可代替实际忆容器实现与忆容器相关的电路设计、实验以及应用,对忆容器的特性和应用研究具有重要意义。
[0011] 本发明设计的忆容器的Simulink模型,其利用Simulink模型实现忆容器的电荷电压特性,具体实现了电压控制型忆容器的电荷电压特性。本发明利用Simulink中的2个开关模块、4个常数模块和1个乘法模块的组合实现了阶跃函数,开关模块1和开关模块2的输出是将积分模块输出的系统内部变量x的值与其内部设定的阈值进行比较,且当x大于等于开关1所设定的忆容器的下限饱和度C1时其输出为1,否则为0;而当x大于开关2所设定的忆容器的上限饱和度C2时其输出为0,否则为1;开关1和开关2的输出通过乘法模块2可返回到乘法模块3。从而正确地实现了忆容器的等效忆容值与历史状态有关的特性,即表现出忆容器具有的独特记忆特性。

实施方案

[0013] 下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
[0014] 本发明的理论出发点是忆容器电荷电压特性的一般表达式:
[0015]
[0016] 其中qC(t)和vC(t)为忆容器的电荷量和加在其两端的电压,CM(x,vC,t)是忆容器的忆容值,x是系统的无量纲状态变量,CM(x,vC,t)的大小取决于x。定义:
[0017] CM(x,vC,t)=x
[0018] 其中:
[0019]
[0020] C1和C2分别是忆容器的忆容值下限、上限饱和度,VT是阈值电压,α与β是常数,θ表示阶跃函数。
[0021] 如图1所示,实现忆容器特性的Simulink模型,包括1个输入信号源模块、8个常数模块、2个加法模块、3个减法模块、4个乘法模块、2个绝对值模块、2个增益模块、2个开关模块以及1个积分模块。
[0022] 输入信号源模块vC(t)和常数模块1分别与加法模块1的两个输入端相连,输入信号源vC(t)模块和常数模块2分别与减法模块1的正号和负号输入端相连,加法模块1的输出端和减法模块1的输出端分别与绝对值模块1和绝对值模块2的输入端相连,绝对值模块1的输出端与减法模块2的正号输入端相连,绝对值模块2的输出端与减法模块2的负号输入端相连。减法模块2的输出端的电压为u1(t):
[0023] u1(t)=|vC+VT|‑|vC‑VT|
[0024] 常数模块3与减法模块3的正号输入端相连,常数模块4与减法模块的负号输入端相连,减法模块3的输出端与增益模块2的输入端相连;增益模块2的输出端与减法模块2的输出端分别与乘法模块1的两个输入端相连,输入信号源模块vC(t)与增益模块1的输入端相连;乘法模块1的输出端和增益模块1的输出端分别与加法模块2的两个输入端相连。加法模块2的输出端电压u2(t):
[0025] u2(t)=(βvC+0.5(α‑β)u1(t))=(βvC+0.5(α‑β)[|vC+VT|‑|vC‑VT|])[0026] 常数模块5和常数模块6分别与开关模块1的上、下输入端口相连,常数模块7和常数模块8分别与开关模块2的上、下输入端相连,开关模块1与开关模块2的中间输入端都与积分模块的输出端相连,开关模块1与开关模块2的输出端分别与乘法模块2的两个输入端相连。积分模块的输出为系统变量x,乘法模块2的输出为θ(x‑C1)×θ(C2‑x)。
[0027] 加法模块2的输出端和乘法模块2的输出端分别与乘法模块3的两个输入端相连。乘法模块3的输出端与积分模块的输入端相连。乘法模块3的输出端和积分模块的输出端分别为 和x:
[0028]
[0029]
[0030] 另外,积分模块的输出端和输入信号源模块vC(t)分别与乘法模块4的两个输入端相连,乘法模块4的输出端是忆容器的电荷量。乘法模块4的输出端qC(t)等效值如下:
[0031]
[0032] 本领域的普通技术人员应当认识到,以上实施例仅是用来验证本发明,而并非作为对本发明的限定,只要是在本发明的范围内,对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围内。

附图说明

[0012] 图1是本发明的忆容器Simulink模型图。
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