多种多翼吸引子共存的新型三维分数阶混沌系统

自然界的物理现象大多以分数阶的形式存在,整数阶微分方程正好是分数阶微分方程的特例.与整数阶模型相比,分数阶模型更接近真实的世界,具有更诱人的发展前景.为使分数阶混沌系统中共存的多翼混沌吸引子类型更加丰富,提出了一个新型三维分数阶混沌系统,此系统最大的特点是具有多种多翼混沌吸引子共存,即双翼、三翼和四翼混沌吸引子共存.通过相图、Lyapunov指数谱、分岔图等数值仿真,分析了系统的动力学特性,给出了其存在混沌吸引子的必要条件,即q>0.822 4.固定参数,阶数q=0.98时,系统有双翼、双翼、四翼等混沌吸引子共存;q=0.83时,系统有双翼、三翼、四翼等混沌吸引子共存,表明了系统具有丰富的混沌特性.对系统进行了Multisim模拟电路仿真,仿真结果与数值分析相符,进一步验证了其混沌行为.采用分数阶Lyapunov稳定性理论以及定理1,设计了系统的自适应同步控制器,仿真表明响应系统与驱动系统在0.2 s内达到同步,在0.2 s内完成对未知参数的识别,因此,所设计的控制器是有效的.     

一个多翼混沌系统的分析和同步

对于一般Lorenz混沌系统族的吸引子只能产生两翼,讨论一个四维混沌系统,随着一个参数的变化,该系统能产生一翼、二翼、三翼及四翼的混沌吸引子,分别设计了线性和非线性的控制器,实现了系统的全局同步,数值仿真验证了理论的可行性.     

基于改进Lorenz系统的多翼混沌吸引子及其电路设计

在以Lorenz系统为基础的一个新混沌系统上添加驱动信号,提出一个新的多翼对称非自治混沌系统.在某一固定频率下,该系统出现了20翼的混沌吸引子.从仿真结果可以看出,此种改造方法不仅保留了原系统的混沌特性,而且增加了吸引子的拓扑结构复杂性.最后,设计了系统的模拟电路,从物理上验证新系统的混沌特性和数值仿真的一致性.     

多涡卷蔡氏混沌系统及其数字化设计

提出了一种多涡卷蔡氏混沌系统的数字化设计方法,根据蔡氏系统方程,用参数可调的双曲正切函数产生出多涡卷混沌吸引子,给出了系统数值仿真的混沌吸引子相图,分析了系统在平衡点处的动力学特性.利用Euler算法将连续多涡卷蔡氏混沌系统离散化,给出了在CCS(Code Composer Stud io)集成开发环境中以数字化设计方法产生出多涡卷混沌吸引子的软件仿真结果.     

一类超混沌系统电路实现及其动力学分析

针对如何生成超混沌信号问题,通过在一个3维混沌Lü系统的电路中简单地加载一个积分电路,实现了一类超混沌系统电路.电路仿真获得了这类系统的超混沌吸引子及混沌、周期和准周期吸引子.并对实验电路所对应的四维连续自治耗散系统方程进行了分析和数值仿真,论证了这些系统电路的超混沌现象及其动力学特性.提出的超混沌系统电路实现简单,具有工程应用价值.     

一种离散混沌模型的控制讨论

本文方法的基本出发点是混沌吸引子的几何结构和混沌动力学对初值具有高度的敏感性,通过适当的调整动力学的可控参数,可将不稳定的轨道稳定下来.得到相应的吸引子.     

一个新的四维混沌系统及其电路实现

为了产生复杂的混沌吸引子,提出了一个新的四维自治混沌系统,实现了真正的四翼混沌吸引子,通过仿真给出了该系统的时域图和功率谱图,同时设计了该系统的实现电路.试验结果与仿真结论完全一致.电路结构简单,实现容易.对保密通信和信号加密等基于混沌的实际应用有重要意义.     

基于Colpitts振荡器模型的网格涡卷混沌系统

为了在3阶Colpitts振荡器模型框架下获得网格涡卷混沌吸引子,基于混沌吸引子形成机理,提出了通过引入2个单位锯齿波函数改造模型方程生成网格涡卷混沌系统的方法,使改造后的3维系统形成网格分布的指数2平衡点,从而获得了(2M+1)×(2N+1)网格涡卷混沌吸引子.采用常规的动力学分析方法,研究了该系统的动力学特性,并作离散化处理后基于微控制器进行了数字电路实现和相应的实验验证,实验输出与数值仿真结果一致,由此说明了在Colpitts振荡器模型框架下生成网格涡卷混沌吸引子的可行性和实现性.     

基于阈值可调切换系统的多翅膀混沌吸引子设计及电路仿真

本文提出了一种通过调节一类状态依赖切换系统的阈值来生成多翅膀混沌吸引子的设计方案.首先,设计了两个类Lorenz子系统;然后,基于这两个子系统构造了一个状态依赖于阈值的切换策略,从而构造了一类状态依赖于阈值的切换系统;最后,通过调整切换系统的阈值来改变鞍焦平衡点的个数与分布,使得该切换系统能够产生4-6-8翅膀的混沌吸引子.此外,根据切换系统的状态方程设计了该系统的模拟电路,电路仿真结果与数值仿真结果一致.实验结果证实:该设计方案可以在不增加系统维数或无需设计复杂非线性函数的情况下生成多翅膀混沌吸引子.     

一个具有四翼吸引子的超混沌系统与电路实现

在1个四维超混沌Lü系统的基础上,对原系统实施坐标变换并增加系统的非线性函数,构造了1个具有四翼吸引子的超混沌系统。对系统的一些基本特性,如耗散性、平衡点、稳定性进行了理论分析和数值仿真。通过Lyapunov指数谱和分岔图,分析了系统的混沌状态。设计了1个实现四翼超混沌系统的实际电路,实验结果与仿真结果完全一致。     

一个新的具有超级多稳态的五维忆阻超混沌系统

为了描述更加复杂的非线性动力学特性并且得到更适合工程应用的混沌信号,使用一个磁控忆阻器去替换改进的四维Lü混沌系统中的耦合参数,得到了一个新的五维忆阻超混沌系统。采用相图、分岔图、Lyapunov指数谱等常规的非线性分析手段研究新系统丰富的动力学特性。在新系统的基础上,通过引入一个绝对值函数使系统达到新的极性平衡,构建了一个新的条件对称的忆阻超混沌系统。结果表明：新的忆阻系统可以表现出依赖于忆阻器初始状态的超级多稳态特性、持续的混沌或超混沌动力学以及偏移增量控制行为;特别地,当改变系统参数并取适当的初始状态时,可以观察到独特的共存超级多稳态现象;新的条件对称忆阻系统可产生无限多对具有相反极性且吸引子结构相似的共存吸引子。利用Multisim进行电路仿真,验证了系统的存在性和可实现性,从而使超混沌系统能更好地应用在保密通信等实际工程领域。     

四螺旋鲁棒混沌吸引子

为了改善Lü系统的混沌特性,通过在混沌Lü系统上添加一维线性状态反馈控制器,本文构建了一个新的四维连续自治混沌系统,得到了奇异的四螺旋鲁棒混沌吸引子．利用相轨图、Lyapunov指数谱、分岔图和庞加莱映射等数值方法,验证了新系统在较宽的控制参数范围内是混沌的,其最大Lyapunov指数为正值且几乎恒等不变,系统具有很好的鲁棒性．随控制参数变化,系统能够从四螺旋混沌吸引子演变成双螺旋混沌吸引子．通过在混沌Lü系统电路上外加一个简单的线性积分电路实现了新混沌系统的实验电路,实验仿真与数值方法所得结果有着很好的一致性．     

基于混沌理论的机器嗅觉研究

针对人工嗅觉仿真系统,研究动物嗅觉系统所拥有的高灵敏度和抗强干扰的能力.根据混沌理论,分析了混沌嗅觉系统实现的可能,在此基础上,提出了混沌传感器电路并分析了其测量原理,设计了混沌系统的符号动力学空间,将原混沌空间转换为距离空间,实现了参数空间、轨道空间以及距离空间的映射转换.研究表明,基于混沌理论的机器嗅觉系统具有混沌系统所固有的高灵敏度,同时克服了混沌轨道非一致性、非平衡性以及不稳定性带来的影响,可实现高精确度测量.     

混沌系统周期轨道的统计特性研究

根据混沌吸引子的细胞模型理论,从混沌系统周期轨道的相空间上考虑,提出了一种对周期轨道进行分类统计的算法,并用此算法对Rossler方程和Chua's电路进行了周期轨道统计特性的仿真研究,验证了该算法的合理性、可行性.     

基于分岔参数调制的混沌数字通信系统

提出一种基于分岔参数调制的混沌数字通信系统。在发端,用二进制数字信息对混沌吸引子进行分岔参数调制,使之输出具有不同分岔参数的双涡卷和单涡卷混沌信号,分别代表数字1和数字0。在收端,按相关接收原理解调出原信号,根据驱动-响应法实现收发混沌的同步,对同步的原理进行了数学分析,在此基础上设计硬件实验电路,进行电路仿真和硬件实验,给出了实验结果。     

Dynamics Analysis of Fractional-Order Memristive Time-Delay Chaotic System and Circuit Implementation

基于分数阶忆阻器的时延混沌系统动力学分析和电路仿真

丁大为,刘慧,翁业翠,姚晓磊,王年

(安徽大学 电子信息工程学院,合肥 230601)

中文说明：为研究系统的非线性动力学,提出一个从相对应的整数阶演变而来的分数阶忆阻器的时延混沌系统。分析了分数阶忆阻器的频率和电特性。研究了实现分数阶忆阻器的单元电路。首先,根据李亚普诺夫间接法,对分数阶忆阻器的时延混沌系统的稳定性进行分析,结果表明：当忆阻系统的分数阶参数达到临界值时,系统失去稳定性,并发生分岔。然后,根据改变系统参数,得到不同系统参数的分岔图表明分数阶忆阻系统发生分岔和混沌行为。为证明分数阶忆阻混沌系统存在混沌行为,给出了系统的时域图、相位图和最大的李亚普诺夫指数图。本文还研究了共存分叉和共存吸引子的非线性现象。该现象表明该振荡器的状态对其初始值非常敏感,本文称之为共存振荡。此外,使用改进的Adams-Bashforth-Moulton方法研究数值模拟。最后,对该时滞混沌电路进行电路仿真,与理论分析和数值模拟的结果一致。

关键词：分数阶;时延;共存吸引子;共存分岔;电路仿真

     

构造新结晶体群的平面对称动力系统

将标准平面结晶体P1迭代公式中的自变量x,y用x^3＋c1,y^3＋c2替换,构造可视化平面动力系统．将原有的自变量的线性关系替换为自变量的非线性关系,提出了一种新的自变量的映射方法．并且运用蒙特卡罗搜索法寻找参数,运用李雅普诺夫指数来确定该动力系统的特性,绘制出该动力学系统的混沌吸引子和充满Julia集的图案。