[发明专利]一种电压控制型忆容器的Simulink建模方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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

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。

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C_M(x,v_C,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C_M(x,v_C,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C_M(x,v_C,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v_C(t)和忆容器的忆容值C_M(x,v_C,t)进行乘法运算，用以得到忆容器的等效电荷量。

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。