M-SBL方法实现低成本分数阶导数模拟电路设计

本文主要探讨了"低成本精确模拟电路的分数阶导数模型"这一主题，由土耳其的Inonu大学电气和电子工程系以及计算机工程系的学者们合作完成，其中Murat Koseoglu、Furkan Nur Deniza、Baris Baykant Alagoz和Hafiz Ali soy合作研究。他们的工作聚焦于分数阶微积分在工程科学和技术中的应用，特别是在模拟电路设计中的潜在价值。 分数阶微积分作为一种更加精确描述现实世界现象的工具，已经吸引了越来越多的关注，特别是在控制系统、力学、能源、材料科学、电池和电容等领域。尽管分数阶运算提供了更精细的模型，但其实现却相对复杂，特别是与传统的整数阶运算相比。论文的核心挑战在于开发有效的实现方法，尤其是对于分数阶导数的模拟电路设计。 本文提出了一种名为M-SBL（修正稳定边界轨迹法）的拟合法来简化分数阶导数元件的实现。研究人员利用部分分式展开（PFE）技术，将M-SBL方法的四阶近似导数转换成一阶低通滤波器的形式，从而实现了理论上的低复杂度设计。他们进一步通过终值定理论证了这种方法能够确保时间响应的收敛性，使之适用于实际的模拟电路设计。 论文通过Multisim仿真验证了所提出的分数阶导数电路设计，对比了它与基于连续分数展开（CFE）的梯形网络实现的近似微分电路。实验结果显示，M-SBL拟合模型的微分电路对于不同输入波形（如正弦、方波和正弦波）具有良好的逼近性能，达到了高精度，即均方误差（RMSE）仅为0.0241。这表明该方法不仅成本效益高，而且能有效提升模拟电路的精确度。 此外，文章还强调了研究的版权归属，指出该成果已获得Creative Commons BY许可，允许广泛的学术传播和分享。最后，Murat Koseoglu作为通讯作者，提供了他的电子邮件地址供读者交流和联系。 这篇国际期刊33（2022）101069的文章为分数阶导数在模拟电路设计中的实际应用提供了一个创新且实用的解决方案，有助于推动电子工程领域的进步。