基于LabVIEW的混沌信号采集器和混沌信号发生器设计.pdfVIP

基于LabVIEW 的混沌信号采集器和混沌信号发生器设计 汪宝华 刘文捷 （复旦大学物理系 上海 200433） 摘要：利用美国NI 公司的虚拟仪器软件LabVIEW，设计了混沌信号采集程序和混沌信 号发生器。将采集程序应用于蔡氏混沌电路，取代传统示波器，实现数据存储和多种相图展 示与分析的功能；混沌信号发生器基于Lorenz 混沌方程数值求解，实现Lorenz 混沌相图展 示、数据存储，频谱分析、Lyapunov 指数计算和驱动数据采集卡输出信号等多种功能。 关键词：虚拟仪器 LabVIEW 混沌 蔡氏电路 洛伦兹混沌 Chaotic signal acquisition system and generator based on LabVIEW Wang Baohua, Liu Wenjie (Fudan University，Shanghai，200433) Abstract : A chaotic signal acquisition system and chaotic signal generator is designed based on LabVIEW. The acquisition system is tested on chua’s circuit. It can replace the oscilloscopes. The chaotic signal generator is based on Lorenz equation. It has functions such as phase diagram display, data analysis and saving, solving Laypunov index and signal output. Key Words: Virtual Instruments, LabVIEW, Chaos Chua’s Circuit, Lorentz chaos 1、引言 混沌是非线性系统的一种非周期性运动方式，在自认界和社会生活中广泛存在。混沌现 [1] 象的早期研究可以追溯到1963年美国气象学家Lorenz对两无限平面间的大气湍流的模拟 。 对混沌现象的研究离不开混沌信号的生成和收集，而采用计算机采集和模拟是一种简便易行 的方法，软件LabVIEW完全可以实现这些功能，它是美国NI公司 （National Instrument Company）研制的一种编程语言。在科学研究和工程领域应用广泛。目前基于LabVIEW的混沌 [2] 信号采集程序并不多见 ，基于LabVIEW的混沌信号发生器已有实现，但大多只能实现相图 [3][4] 展示的简单功能 。本文介绍了基于LabVIEW的混沌信号采集和混沌信号模拟一体化程序， 同时程序中提供了数据分析与保存、多种相图展示、Lyapunov特征指数定量分析以及混沌信 号通过数据卡输出到外部等功能。 2、混沌信号采集 1) 电路原理 蔡氏电路（Chuas circuit）由华裔物理学家蔡 绍棠（Leon O. Chua）教授于1983年提出并实现。电 路图如Fig1所示。其中Nr为非线性负阻，本实验中Nr 由两个封装在一起的运算放大器（双运算放大器集成电 Fig 1 蔡氏电路图 路FL353N）和6个定值电阻（R =3.3kΩ、R =R =22kΩ、 1 2 3 R =2.2kΩ、R =R =220Ω，精度1%）构成，输入电源电 4 5 6 压±15V，如图Fig2所示。 电路方程为 Fig 2 非线性负阻Nr 电路图  dU1 C G(U U ) g (U ) 