Título
Synthesis of chaotic oscillators by applying behavioral modeling
Autor
JESUS MANUEL MUÑOZ PACHECO
Colaborador
ESTEBAN TLELO CUAUTLE (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
This Thesis introduces a synthesis methodology to design n-scrolls chaotic
systems by means of high-level behavioral modeling, which allows easily exploring a
wide range of parameters for the n-scrolls chaotic systems and, at the same time, to
exploit specific aspects of them leading to efficient evaluation of their performance.
Therefore, the goal of the research here reported, consists in the improvement of the
analog design process for n-scrolls chaotic systems by means of the definition,
development, and demonstration of an automatic synthesis methodology, which helps
to reduce the design complexity for this class of systems and allows to exploit their
possibilities in chaos-based information systems.
The new methodology of circuit synthesis is performed by three hierarchical
levels. First, the chaotic oscillators are numerically simulated at the electronic system
level by applying state variables and piecewise-linear approximation. To speed-up
time simulation, it is implemented a procedure for the automatic control and
determination of step-size in Adams-Moulton algorithms. Second, the excursion
levels of the chaotic signals are scaled to control the breaking points and slopes of the
saturated functions within practical values. Additionally, the frequency scaling of
chaotic attractors is performed. When saturated functions have been computed, they
can be synthesized using high-level Verilog-A models. In this manner, a chaotic
oscillator is synthesized using operational amplifiers to generate n-scrolls chaotic
attractors with multiple orientations. The stability of the synthesized chaotic attractors
is determined by calculating the Lyapunov exponents using an algorithm also
proposed in this Thesis. Finally, the implementation of a CAD-tool framework for the
synthesis methodology is also reported. Numerical results are confirmed by SPICE
simulations and experimental results to show the usefulness of the proposed synthesis
approach.
This Thesis is the result of 3 years of scientific research within the Integrated
Circuit design research group of the Department of Electronics at the National
Institute of Astrophysics, Optics and Electronics in Mexico. Furthermore, the results
of this Thesis have been published in 7 Journals, 2 conference proceedings and 1
local conference.
Esta Tesis introduce una nueva metodología de síntesis enfocada en el diseño de
sistemas caóticos de n-enrollamientos aplicando modelado comportamental, el cual
permite explorar fácilmente un amplio rango de parámetros para los sistemas caóticos
de n-enrollamientos y al mismo tiempo, explotar sus aspectos específicos lo que
conduce a una evaluación eficiente de su rendimiento. Por lo tanto, la meta de la
investigación aquí reportada, consiste en mejorar el proceso de diseño analógico para
sistemas caóticos de n-enrollamientos por medio de la definición, desarrollo y
demostración de una metodología de síntesis automática la cual ayudará a reducir la
complejidad en el diseño para esta clase de sistemas y consecuentemente, permitirá
explorar sus posibilidades en aplicaciones de sistemas de información basados en
caos.
La metodología propuesta de síntesis de circuitos se ejecuta en tres niveles
jerárquicos. Primero, los osciladores caóticos son simulados numéricamente a nivel
de sistema electrónico aplicando las aproximaciones de variables de estado y
funciones lineales a trozos. Para disminuir el tiempo de simulación, se implementa
una técnica la cual permite controlar y determinar de manera automática el tamaño de
paso de integración en los algoritmos Adams-Moulton. Segundo, los niveles de
excursión de las señales caóticas se escalan a niveles prácticos para controlar los
puntos de ruptura y las pendientes de las funciones saturadas. Además, se realiza
también el escalamiento en frecuencia de los atractores caóticos; cuando las funciones
saturas se han calculado, estas pueden ser sintetizadas utilizando modelos Verilog-A.
Consecuentemente, se sintetizan los osciladores caóticos utilizando amplificadores
operacionales, los cuales generan atractores caóticos de n-enrollamientos con
múltiples orientaciones. La estabilidad de los atractores sintetizados se determina por
medio del cálculo de los exponentes de Lyapunov utilizando un algoritmo también
propuesto en este trabajo. Finalmente, la realización de la arquitectura para la
herramienta de Diseño Asistido por Computadora que soporta la estrategia de síntesis
propuesta es descrita. Los resultados numéricos son confirmados por las simulaciones
con SPICE y por realizaciones experimentales, de esta manera se muestra la utilidad
del método de síntesis propuesto.
Editor
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
Fecha de publicación
2009
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Versión de la publicación
Versión aceptada
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Inglés
Audiencia
Estudiantes
Investigadores
Público en general
Sugerencia de citación
Muñoz-Pacheco J.M.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional del INAOE
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