记忆元件电路网络及其在微网系统中的应用

摘要

为解决环境污染和能源危机的问题，微网系统以其成本低、可靠性高等优势应运而生。记忆元件具有用于记忆设备、信号振荡器、逻辑算法电路、可编程模拟电路以及动态神经元的仿真等方面的应用价值。本文基于记忆元件设计电路网络，并将电路网络应用于微网系统的直流母线电压控制中。 首先，本文对记忆元件电路网络的研究背景及意义进行了总结，并对微网系统的研究背景和关键技术的研究现状做了阐述。 其次，根据忆阻器(Memristor，MR)的工作原理，设计了一种耦合忆容模拟器(Memcapacitors，MCs)，并分析了耦合MCs的工作原理和特性。通过搭建仿真和硬件实验平台对单个忆容模拟器(Memcapacitor，MC)和耦合 MCs的理论分析进行验证，实验结果表明单个MC的紧滞环(Pinched Hysteresis Loop，PHL)曲线随着外加频率的增加而在第一三象限的闭合面积减小，且耦合MCs中两个MC仍具有忆容特性。 第三，从耦合 MCs的忆容特性出发，设计了耦合忆容模拟器的同异极串并联电路，并设计基于上述电路的弛张振荡器(Relaxation Oscillator，RO)。通过搭建仿真和硬件实验平台证实耦合作用能够有效地控制 RO的输出电压的频率和占空比。 第四，设计了两种三端口忆阻模拟器(Three-terminal Memristor Emulator，3T-MR)，并设计采用基于加法电路的3T-MR替代PI调节电路中的传统电阻，此种电路能够有效地控制比例系数。同时，设计了一种基于MCs的PI调节电路，此电路是用耦合MCs替代传统电容而设计的，可有效地控制积分系数。 最后，建立了微网系统仿真模型，包括光伏发电模块、蓄电池模块等，并将基于3T-MR的PI调节电路和基于MCs的PI调节电路应用于微网系统的直流母线电压控制中。

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