混沌与分数阶混沌系统同步控制研究及其电路仿真
分数阶超混沌Lorenz系统及同步研究

超 混 沌 L r z系统 , oe n 并进 行 了数 值仿 真 。 结果 表 明 : 系统 存 在 超 混 沌 的 最低 阶 数 为 3 8 该 . 8阶 。利 用 一 步耦 合 法 给 出 了分 数 阶 超 混 沌 系统 的 同步 , 利 用 数 值模 拟验 证 其 准确 性 。 并
关键词: 分数阶; 超混沌; rn o L ez系统 ; 同步
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模 拟
首先 考虑 如下 初值 问题 :
系统设 计过程 和参数 自适应 律 。近 年 来 , 分数 阶混 沌系统 引起人 们广 泛的兴趣 和深人 的研 究 J 。本
文将 分 数 阶微 积分 理 论 引入 到 超 混 沌 L rn o ez系统
中, 立 了在 C p t 建 a uo意义 下 的 R e a nLovl i n —i ie分 m u l
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分数阶混沌稳定性理论及同步方法研究的开题报告

分数阶混沌稳定性理论及同步方法研究的开题报告一、选题背景和研究意义分数阶混沌系统是指系统中的动力学方程中带有分数阶导数,分数阶混沌现象在信息处理、通信、控制等领域有诸多应用。
目前,对于线性系统,已有较为全面的理论研究;然而,对于分数阶非线性系统,研究较少,且目前关于分数阶混沌的稳定性、同步控制等方面的研究仍存在许多问题待解决。
因此,本文将围绕分数阶混沌系统的稳定性和同步控制等问题进行深入研究。
二、研究内容和研究方法本文旨在研究分数阶混沌系统的稳定性和同步控制方法,具体内容如下:1.研究分数阶混沌系统稳定性的理论框架,建立一种基于拉普拉斯变换和Lyapunov理论的稳定性分析方法。
2.研究分数阶混沌系统的同步控制问题,提出一种基于反馈控制和自适应控制的控制方法,实现两个分数阶混沌系统的同步控制。
3.针对分数阶混沌系统的同步控制问题,提出一种基于神经网络控制的新型同步方法,改善分数阶混沌同步的效果。
本文将采用数学建模和仿真实验相结合的方式,搭建分数阶混沌系统的模型,并通过MATLAB仿真进行验证,在此基础上,提出上述控制方法,并进行仿真实验。
三、预期研究结果和创新点本研究的预期结果和创新点如下:1.提出一种新的基于拉普拉斯变换和Lyapunov理论的分数阶混沌系统的稳定性分析方法,该方法可有效评估分数阶混沌系统的稳定性。
2.提出一种基于反馈控制和自适应控制的同步控制方法,实现分数阶混沌系统的同步控制。
3.提出一种新型的基于神经网络控制的同步方法,改善分数阶混沌同步的效果。
本研究的创新点主要在于:(1)提出了一种新的分数阶混沌系统的稳定性分析方法,可有效评估分数阶混沌系统的稳定性;(2)提出了一种基于反馈控制和自适应控制的分数阶混沌同步方法,实现了两个分数阶混沌系统的同步控制;(3)提出了一种基于神经网络控制的新型同步方法,改善了分数阶混沌同步的效果。
四、拟定论文的主要结构本文拟分为五个部分:引言、分数阶混沌系统理论、分数阶混沌系统同步控制、控制方法的仿真实验和结论。
分数阶超混沌系统同步控制及电路实现

ïd
w1
ïï
=-k
y1 +u4 .
î d
tq
(
4)
定义同步误差为e1 =x1 -x,
e2 =y2 -y1 ,
e3 =z2 -z1 ,
e4 =z1 -z,则式(
4)减去式(
1),误差系统为
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e1 +y1e3 +e2z+k1e1 ,
2019GGX104092);山 东
省重大科技创新工程项目(
2019JZZY010111)
作者简介:雷腾飞(
1988- ),男,副教授,博士,硕士生导师,主要从事忆阻计算与忆阻映射研究 .
53
徐州工程学院学报(自然科学版) 2020 年第 1 期
9]采用经典的预估矫正法(
ABM)对分数阶混沌系
统进行了数值仿真;文献[
10]采用 Adomi
an 分解法对简化分数阶 Lo
r
enz混沌系统进行数值仿真;文献[
11]
采用改进的 Adomi
an 对简化分数 阶 Lo
r
enz 进 行 了 混 沌 特 性 分 析 .在 同 步 控 制 研 究 方 面,如 自 适 应 同 步 控
[]
统 [5]、分数阶 Lo
r
enz系统 6 等 .
目前,在分数阶混沌系统的分析及控制,特别在同步控制理论方面取得 了 一 定 的 成 果 .在 分 数 阶 混 沌 系
分数阶混沌系统的追踪同步与电路实现

基础. 另外 , 基于 Mu iml hs 0电路软件 , i 设计分数阶超混沌 系统 的电路 图以及反馈控 制器 的电路模块 , 进行 电路模 拟, 从而证 实
了理论分析和数值仿真的有效性.
[ 关键 词] 分数阶系统, 混沌系统, 电路实验图, 追踪控制
[ 图分 类 号 ]0 1 [ 献 标 志 码 ]A [ 中 45 文 文章 编 号 ]6 219 (0 1 0 - 1-6 17 —2 2 2 1 )20 30 0
号 的 追 踪 同 步 , 以 追 踪 三 角 波 信 号 、 意 不 动 点 以 及 整 数 阶超 混 沌 Qj 统 等 为 例 , 分 数 阶 混 沌 信 号 控 制 到 期 望 的 周 期 轨 道 并 任 系 将 或 平 衡 点 , 及 实 现 分 数 阶 混 沌 系 统 与 整 数 阶混 沌 系 统 的异 结 构 追 踪 同 步 , 为混 沌 系统 在保 密 通信 等 方 面 的 应用 提 供 了 技 术 以 这
nncat i as ees uodl ae , ria l f e on adQ hoi ss m a hsn a ea pe.T e o—hoi s nl.H r i sia w vs abt ryi dpit n i at yt r coe s xm l c g n ri x c c e e s h
sg e o ma e f l s t so efa t n l r e y t m a k c n r l l k n s o i n l ,i cu i g c a t in l n in d t k l t e ft r ci a d r s u a h o o s e t t c o to l i d fsg as n l dn h oi sg asa d or a c
新型分数阶超混沌系统的构建与电路研究

新型分数阶超混沌系统的构建与电路研究混沌现象的研究是非线性科学中的重要课题之一。
混沌作为一种复杂的非线性运动行为,在生物学、物理学、化学、工程学和信息学等领域都得到了广泛的研究。
混沌运动是一种确定性的非线性运动,它的运动轨迹非常复杂但又不完全随机,在许多情况下都可以观察到混沌运动的存在。
混沌信息具有遍历性、非周期、对初值极端敏感以及似噪声的特性,因此特别适合于保密通信和图像加密与隐藏等应用领域。
混沌学是一门新型的非线性科学,它的研究热潮始于二十世纪七十年代,但是其渊源可以追溯到十九世纪三十年代。
最近几十年来,在国内外众多学者的不懈努力下,混沌学与相对论、量子力学一起成为了20世纪物理学的三次重大革命。
它的创立,在确定论和概率论这两大科学体系之间架起了桥梁。
今天,混沌理论与计算机科学理论相结合,使人们对一些久悬未解的基本难题的研究取得了突破性进展,在研究客观世界的复杂性等方面发挥了巨大作用,从而成为世人瞩目的学术研究热点。
本项目是新型分数阶超混沌系统的构建与电路研究,利用典型的非线性环节,构建新型的分数阶混沌系统,分析混沌运动的动力学行为,实现混沌同步控制及其保密通信研究。
通过搭建相关的硬件电路进行不断地调试,观察示波器中的波形,进而验证设计方案的可行性。
下面主要利用Mulisim软件进行多维混沌电路的仿真分析,Multisim 是一个完整的设计工具系统(前期版本ElectronicsWork Bench 简称EWBMultisim)。
Multisim 用软件的方法虚拟电子与电工元器件以及电子与电工仪器和仪表,通过软件将元器件和仪器集合为一体。
它是电子电路计算机仿真设计与分析的基础,且为用户提供了一个庞大的元器件数据库。
利用其库中元器件对设计的电路进行仿真,手段切合实际,仿真结果与理论计算非常接近。
Multisim 具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析、稳态分析、时域分析、频域分析、噪声分析、失真分析、离散傅立叶分析等各种分析方法。
分数阶Lorenz超混沌系统及其电路仿真

0 引
言
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一 一 一
分 数 阶 倒 数 与 分 数 阶 积 分 的 最 基 本 特 征 是 记 忆 效 应 , 得 系统 的 历 史 信 息 对 其 现 在 和 未 来 都 产 生 影 响 , 使 因 而 可 提 高 控 制 精 度 , 扩 展 了 整 数 阶 微 分 方 程 的 能 它 力 , 整 数 阶 微 分 方 程 的 推 广 。 分 数 阶 微 分 方 程 不 仅 为 是
阶 混 沌 系 统 更 具 有 实 际 价 值 。 自 从 2 世 纪 6 年 代 O O L rn oe z发 现 了 第 一 个 混 沌 的物 理 模 型 , 为 了 后 人 研 究 混 成 沌 的 出 发 点 和 基 石 ] 本 文 通 过 对 分 数 阶 L rn 。 o ez超 混 沌
( Hu a n n Un v r iy o c e c nd Te h o o i e st fS in e a c n l gy。S ho l f I f r to n e t i a gi e rn c o n o ma i n a d El c rc lEn n e i g.Xin t n 41 2 1 o a ga 1 0 )
析 了 在 不 同 参 数 条 件 下 的 吸 引 子 相 图 。设 计 了硬 件 电路 并 运 用 E WB 软 件 对 该 电路 进 行 仿 真 , 电路 仿 真 说 明 分 数 阶
电 路 是 可 以实 现 的 。 关 键 词 :分 数 阶 ; 混 沌 ; WB 超 E 中 图 分 类 号 :T 2 N9 文献 标 识 码 :A
根 据平衡 点所 对 应 的 稳 定性 分 析 了 系统 ( ) 平 衡 点 , 1的 使 系 统 () 左边 等于零 , 1的 即
不同维不同阶的分数阶混沌系统同步及仿真
Sv h 0 z t0 a d S m ulto o a to a —Or r Cha tc nc r nia in n i a in fFr ci n l de o i
S se wih Di e e tDi n in n fe e tOd r y t m t f r n me so sa d Di r n e s f
摘要 : 分数阶混沌系统同步在安全保密通信等领域有着重要的应用价值和研 究意义 。对不 同维不 同阶的分数 阶混 沌系统之 间的广义 同步 , 根据主动控制和分数 阶系统稳定性理论设计控制器实现同步。先将 两个分数 阶混沌系统分解为线 性和非线 性部分之 和, 用主动控制构造同步误差方 程, 然后利用分数 阶线性时不变系统稳 定性理论设计控制器 , 实现不 同维不 同阶分 数 阶混沌 系统之 间的广义同步 , 再用分数 阶微分 的 C p t auo定义和分 数阶微分 方程 的预测校 正数值解法进行数 值仿真 , 实现 三维 C e hn系统和 四维超 Lrn oez系统 间的广义 同步 。仿真结果表明了提出方法 的有效性 。 关键 词: 分数 阶混沌系统 ; 广义同步 ; 不同维不 同阶
收稿 日期 :0 1 0 — 8 修 回 日期 :0 1 0 ~ 1 2 1—6 1 2 1 — 7 2
—
之 间 的 广 义 投 影 同步 尚未 见 报 道 。
1 96 一
本 文 讨 论 分 数 阶 混 沌 系 统 用 不 同 阶 不 同 维 系 统 来 广 义
同步 , 利用分数 阶 混沌 线性 系 统稳 定 性理 论 和主 动控 制 原 理 , 过在控制量 中引入分 数 阶微分项 , 出不 同阶数不 同 通 给 维数 的分数 阶系统广义 同步的方法 , 值仿真 实例实现 了不 数
分数阶时滞忆阻混沌电路的动力学分析及电路仿真
2]区间变化,见图 4。从分岔图可以很明显地看出
和 C1 = 1.232μFC 2 = 1.835μFC 3 = 1.10μF 。 运 算
时,出现 Hopf 分叉,最后随着 a 的增加变为混沌状
供 ±15 的 电 压 和 R = 11.24kΩ ,整 体 电 路 图 如 图 6
系统(2)的轨道从周期状态开始,然后当经过阈值
数阶忆阻器 ,将其替换图 1 中的电容得到分数阶磁
控忆阻器,数学表达式为
ì dx q 2
ï
= 1 q x1
dt
R 0C 0
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(1)
í
æ1
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ï
1
ï f ( x1 x 2 ) = ç R - R + R [ x 2] ÷ x1
2
è 1
ø
î
其中 x1、x2 和 (
f x1,x2)分别是忆阻器的输入、内部状
态。各状态的相位图和时域图如图 3 所示。当
(a)a = 1.62
放 大 器 和 乘 法 器 采 用 AD711KN 和 AD633JN ,提
(c)所示。
(b)a = 1.68
(d)a = 1.62
(e)a = 1.73
图5
相位图与时域图
(c) a = 1.73
统进入混沌状态,如图 5(b)和(e)所示。当 a = 1.73
时,系统展现出双涡旋的混沌吸引子,如图 5(c)和
(f)所示。
出一个引理来讨论式(3)的根的分布。
引理 1 对于式(3),以下结果成立:
1)如 果 ψ k > 0(k = 1234) 且 A 3 + A 4 ¹ 0 ,则
方程(3)在时滞 τ ³ 0 时没有实部为零的根。
分数阶Lorenz混沌系统的同步控制
关键词 : 分数 阶; 混沌 系统 ; 控制器 ; 非线性 ; 线性
中 图分 类号 : T P 3 9 1 . 9 文 献标 识 码 : B
Sy n c hr O n i z a t i O n Co nt r o l o f Fr a c t i o n a l—O r d e r
N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 4 4, C h i n a )
ABS TRACT: T h e s y n c h r o n i z a t i o n o f f r a c t i o n a l—o r d e r L o r e n z c h a o t i c h e d i n t h i s p a p e r .Th e a d —
d r e s s e d p r o b l e m i s t r a n s f o me r d i n t o s t a b i l i t y a n ly a s i s o f t h e e r r o r s y s t e m. B a s e d o n L y a p u n o v s t a b i l i t y t h e o r y,t h r e e k i n d s o f s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l s c h e me s a r e p r e s e n t e d f o r t h e f r a c t i o n a l —o r d e r L o r e n z s y s t e m ,wh i c h a r e t h r e e n o n — l i n e a r s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l l e r , a s i n g l e n o n l i n e a r s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l l e r ,a n d a s i n g l e l i n e a r s y n c h r o n i z a t i o n
分数阶Rucklidge混沌系统的同步研究
第 3期
陈保颖等 : 分数 阶 R cl g 混沌系统 的同步研究 uki e d
\ 5y
1 1 线性 反馈 实现 分 数 阶 R c l g . u ki e系统 的混 沌 d
同步
:
一
,
e : l ) e = l , 么误 差 系统为 : 2 Y 一,3 — 那 ,
一
的特 点 , 有 较 高 的 应 用 价 值 . 且 , 据 文 献 具 而 根
[8 提 出的 .函数准则 , 以保 证 同步是 全局渐 近 1] , 可
稳定 的.
1 理 论 分 析
分数 阶导数 的概念 有 多种定 义 ¨ , 里 我们 ,]这
采用 C p t 微 分定 义 : auo D ()= m o () (/ 0 : j -x t O> ) () 1
电解液极 化 、 电缆 的 ) 道边界 层效应 、 色 噪声 ( 管 有
其 中 m 为第一 个不 小于 的整数 , m为 的 m 阶 ‘’ 导数 , ( >0 为 阶 R e a n—Lo v l ) i n m iuie积分 算 l
子
和电磁波 等 . 而且 分 数 阶在 图象 与 信 号处 理 领
采用 自适应 同步方 法. 两种方 案都具 有 易 于实现 这
2 1- - 000 2 3 7收到第 l , 1 - - 稿 2 0 5 7收到修改稿 0 0 2
}广 东 工业 大 学 校 青 年 基 金 ( 70 1 024 )
面 我 们 将 利 用 该 引理 设 计 控 制 器 以实 现 分 数 阶
研 究 了分数 阶混沌 系 统 的 同步 问题 . 献 [6 1 ] 文 1 ,7 则分别 讨论 了分数 阶统 一混沌 系统 和分数 阶 L n系
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混沌与分数阶混沌系统同步控制研究及其电路仿真文章来源:伟智论文服务中心 [打印]【摘要】混沌作为一种复杂的非线性运动行为,在物理学、化学、信息技术以及工程学等领域得到了广泛的研究。
由于混沌对初值的极端敏感性、内在的随机性、连续宽谱等特点,使其特别适用于保密通信、信号处理、图象加密等领域,因此,混沌同步成为混沌应用的关键技术。
在参阅大量文献的基础上,本文利用理论证明,数值模拟以及电路仿真相结合的方法,对混沌系统同步、分数阶超混沌系统同步、以及非自治超混沌系统进行了研究。
本文的主要研究内容如下:1.基于Lyapunov稳定性理论,利用自适应控制方法,以不确定单模激光Lorenz系统作为驱动系统,将不确定单涡旋混沌系统作为响应系统,设计了非线性反馈控制器及参数识别器,使响应系统的所有状态变量严格地按函数比例跟踪驱动系统的混沌轨迹,并辨识出包括非线性项在内的驱动系统和响应系统的不确定参数,利用四阶龙格库塔仿真模拟,结果表明了该方法的有效性。
2.应用驱动-响应方法、反馈线性化方法以及基于Lyapunov方程的Backstepping 控制方法,研究了分数阶超混沌L(u|¨)系统同步问题。
其次,针对上述分数阶混沌系统同步方法中存在的不足,基于分数阶系统的稳定性理论,提出了分数阶超混沌系...更多统的自适应同步方法,用两个控制器与两个驱动变量实现了不确定分数阶超混沌L(u|¨)系统的自适应同步,给出了自适应同步控制器和参数自适应率,辨识出系统的不确定参数。
最后,结合Active控制技术,实现了异结构分数阶超混沌系统的同步。
理论证明、数值模拟以及电路仿真证实了上述同步方法的有效性和可行性。
3.采用调节连续信号频率的方法,将外界控制信号引入到超混沌系统中,设计了一个新四维非自治超混沌系统。
通过精确地调节模拟输入信号的频率,观察和验证新系统的非线性动力学特性,具体为周期轨、二维环面、混沌和超混沌现象。
通过Lyapunov指数图,分岔图来解释系统的动力学特性,并且给出了设计的实验电路及其观测的结果,进一步从物理实现上验证仿真结果的准确性。
最后利用单变量耦合反馈控制方法,通过电路实验实现了非自治超混沌系统的同步。
还原【Abstract】 Chaotic systems are well known for their complex nonlinear systems, and have been intensively studied in various fields such as physics, chemistry, information technology and engineering. In virtue of its characteristics of chaos such as hyper sensitivity to initial conditions, high randomicity and board spectra for its Fourier transform, chaos can be especially applied to secure communications, signal processing and image encryption and so on. Thus chaos synchronization has become the key process in the application of chaos. The research has studied the relative problems of chaos synchronization, synchronization of fractional-order hyper-chaotic systems and analysis of a new four-dimensional non-autonomous hyper-chaotic system, usingthe methods of theoretical derivation, numerical simulation and circuitry experimental verification. The main contributions of this paper are list as follows:1. Based on Lyapunov stability theory, the nonlinear feedback controller and parameter recognizer...更多 were designed with the adaptive control method. The uncertain single-mode laser Lorenz system is taken as the drive system and the uncertain single scroll attractor chaotic system as the response system in the design, which makes all the status variable of the response system to follow the chaotic path of the drive system strictly in function proportion, and recognizes all the uncertain parameters including unknown coefficients of nonlinear terms of the drive and response systems. The result obtained by the four-order Runge-Kutta simulation indicates the effectiveness and feasibility of the method.2. Three different synchronization schemes based on the Pecora-Carroll principle, the linearization by feedback and back-stepping approach based on Lyapunov equation are proposed to realize chaotic synchronization. Some methods such as linearization feedback control method eliminate nonlinear terms of systems when designing controllers, which make the coefficient matrix of the system to be the constant matrix. Although these schemes can control the fractional-order chaotic system to synchronize, it costs too much. And then, based on fractional stability theory, the adaptive control method proposed in this paper can achieve synchronization of fractional-order hyper-chaotic systems only using two controllers, and adaptive controller and updating law of parameter are obtained. Numerical simulations confirm the effectiveness of the proposed synchronization approaches. Especially, the circuit experiment simulations also demonstrate that the experimental results are in agreement with numerical simulations. Moreover, the active control technique is applied to synchronize the different fractional-order hyper-chaotic systems, numerical simulations have performed the effectiveness and feasibility of the presented synchronization techniques.3. A new four-dimensional non-autonomous hyper-chaotic system is presented by adding input sine signal to a hyper-chaotic system. Through adjusting the frequency of the control signal, the chaotic property of the system can be controlled to show some different dynamic behaviors such as periodic, quasi-periodic, chaotic and hyper-chaotic dynamic behaviours. By numerical simulations, the Lyapunov exponent spectrums, bifurcation diagrams and phase diagrams of the non-autonomous system are analyzed. Also, the synchronizing circuits of the non-autonomous hyper-chaotic system are designed via the synchronization control method of single variable couplingfeedback. The electronic circuits are implemented and the experimental results observed by the oscillograph well agreed with the simulation results. 还原【关键词】混沌; 分数阶超混沌系统; 非自治系统; 同步控制; 自适应; 电路仿真【Key words】 chaos; fractional-order hyper-chaotic system;non-autonomous system; synchronization control; adaptive control; circuit simulation。