分数阶混沌系统的动态仿真方法研究

分数阶混沌系统是非线性科学的研究热点.由于目前研究分数阶混沌的理论和硬件实验分析方法比较烦琐,提出了分数阶混沌系统的动态仿真方法.通过利用分数阶微分算子及其复域表示方式设计分数阶微分算子仿真模块,根据分数阶系统方程构建分数阶混沌系统仿真模型,可动态地观察系统变量的演化规律,并利用仿真过程的输出数据分析分数阶混沌系统的动力学特性.研究结果表明分数阶混沌系统的动态仿真方法足一种有效的分析方法.     

不同维不同阶的分数阶混沌系统同步及仿真

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Caputo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Chen系统和四维超Lorenz系统间的广义同步.仿真结果表明了提出方法的有效性.     

一类分数阶四维混沌系统及其投影同步

提出了一个新的四维自治类新混沌系统.首先在整数阶下分析了该系统的基本动力学特性.并利用数值仿真、功率谱分析了当参数固定时,分数阶新混沌系统随微分算子阶数变化时的动力学特性.研究表明:当微分算子阶数为0.85时,分数阶新系统随参数变化经短暂混沌和边界转折点分叉而进入混沌.针对一类结构部分未知分数阶混沌系统,基于Cheby...     

分数阶系统时域子空间辨识

研究了分数阶系统的时域辨识问题,给出了一种新的分数阶系统时域子空间辨识算法.当分数阶微分阶次已知时,通过计算输入输出信号的分数阶微分,构造新的输入输出数据方程对系统的参数进行子空间辨识.当分数阶微分阶次未知时,通过代价函数将阶次辨识问题转化为参数寻优问题.采用Poisson滤波器有效避免了在计算分数阶微分时输入输出信号必须高阶可导的问题.通过分析给出了权矩阵的选取方式,提高了时域子空间辨识结果的精度.数值仿真结果表明了该算法的有效性.     

不确定混沌系统用分数阶系统同步与参数辨识

针对不确定整数阶混沌系统的同步和参数辨识问题,提出一种新的策略即用分数阶混沌系统来同步整数阶混沌系统并实现不确定参数的辨识。首先引入预控制量并利用主动控制构造同步误差方程,然后用分数阶混沌系统稳定性理论和自适应控制理论,设计同步控制器及参数的自适应率,最终实现整数阶混沌系统用分数阶混沌系统同步和参数辨识。数值仿真实现参数不确定整数阶Lorenz系统用分数阶Lorenz系统进行同步和参数辨识仿真,结果表明提出方法的有效性。     

一类分数阶非线性混沌系统的同步控制

在分数阶非线性系统同步控制的研究中,针对一类分数阶非线性混沌系统,研究了基于分数阶控制器的同步方法.利用状态反馈方法和分数阶微积分定义,设计了分数阶混沌系统同步控制器.进一步,根据分数阶非线性系统稳定性理论、Mittag-Leffler函数、Laplace变换以及Gronwall不等式,证明了同步控制器的有效性.最后,通过数值仿真,实现了初始值不同的两个分数阶非线性混沌系统同步.误差响应曲线表明研究的分数阶非线性系统同步响应速度快,控制精度高,验证了本文所设计的混沌同步控制方案的可行性.     

分数阶混沌系统的电路仿真与实现

为了研究分数阶混沌系统的特性及其应用,根据分数阶微积分算子的定义,研究了分数阶混沌系统的电路仿真与设计方法.方法通过设计分数阶积分算子的等效电路模块,构建分数阶混沌系统的电路系统,实现了分数阶混沌系统的仿真与特性分析.电路仿真可直观地观察系统变量的演化规律,并利用仿真输出结果分析分数阶混沌系统的动力学特性.在EWB仿真平台上对分数阶非耗散Lorenz混沌系统的仿真及其电路实现研究表明了分数阶混沌系统电路仿真方法的有效性和电路实现的可行性.     

分数阶动力学模型的混沌特性及投影同步控制

在分数阶动力系统稳定性问题的研究中,构造了实现分数阶系统混沌投影同步的非线性控制器,可以快速实现分数阶系统的投影同步控制,并给出了数学证明.以一个新的分数阶动力系统为例,简单分析了该系统的混沌特性,并对其进行投影同步控制.最后结合Adams-Bashforth-Moulton算法进行数值仿真,通过对误差系统的误差进行分析,结果表明,驱动系统和响应系统状态变量误差能在短时间内快速趋于零,表明了理论推导的正确性和所提出方案的有效性.     

分数阶混沌系统的Simulink动态仿真及硬件设计

由于目前分数阶混沌的理论分析和硬件设计都比较烦琐,提出了分数阶混沌系统的Simulink动态仿真方法。以分数阶Jerk系统为例,根据分数阶系统方程搭建分数阶混沌系统仿真模型,可动态地观察系统变量的变化规律。仿真结果表明,分数阶混沌系统的Simulink动态仿真方法是一种切实可行的分析方法。此外,还给出了分数阶混沌系统直接进行硬件设计的方法,这为分数阶混沌系统的数字设计提供了新的思路。     

分数阶Lü系统中的混沌及其控制

研究了分数阶Lu系统的混沌动力学行为、数值模拟证明分数阶Lu系统存在混沌,并且得出分数阶Lu系统能产生混沌吸引子的最低阶数为2.5阶.利用线性反馈控制法研究了分数阶Lu混沌系统的混沌控制问题,得出了受控分数阶Lu混沌系统的混沌轨道达到不稳定平衡点时的条件,数值模拟进一步验证了该方法的有效性.     

分数阶混沌系统数值解析与电路仿真研究*

针对如何分析分数阶混沌系统的问题,基于改进的Adams-Bashforth-Moulton算法,研究了一个新三维分数阶混沌系统的数值解析方法,采用MATLAB软件平台,获得了该系统在不同分数阶时生成的混沌吸引子。基于频域近似法,采用RC串并联电路设计了分数阶单元电路,由一个模拟电路实现了所提出的分数阶混沌系统。电路仿真与数值解析结果一致,表明了所提出的两种分析方法是可行的,并证实了该分数阶混沌系统也有着复杂的非线性物理现象。     

分数阶Rucklidge混沌系统的同步研究

主要讨论了分数阶混沌系统的同步问题.采用线性以及自适应控制两种不同的方案实现了分数阶Rucklidge系统的混沌同步.这两种方案均具有结构简单、易于实现的特点.而且,基于分数阶微分方程稳定性理论,可以保证同步是全局渐近稳定的.最后,数值结果证明了两种方案的可行性.     

Projective synchronization of two different fractional-order chaotic systems via adaptive fuzzy control

In this paper, the projective synchronization problem of two fractional-order different chaotic (or hyperchaotic) systems with both uncertain dynamics and external disturbances is considered. More particularly, a fuzzy adaptive control system is investigated for achieving an appropriate projective synchronization of unknown fractional-order chaotic systems. The adaptive fuzzy logic systems are used to approximate some uncertain nonlinear functions appearing in the system model. These latter are augmented by a robust control term to compensate for the unavoidable fuzzy approximation errors and external disturbances as well as residual error due to the use of the so-called e-modification in the adaptive laws. A Lyapunov approach is adopted for the design of the parameter adaptation laws and the proof of the corresponding stability as well as the asymptotic convergence of the underlying synchronization errors towards zero. The effectiveness of the proposed synchronization system is illustrated through numerical experiment results.     

Synchronization between a fractional-order system and an integer order system

This paper investigates chaotic synchronization between fractional-order chaotic systems and integer-order chaotic systems. Based on the idea of tracking control and the stability theory of the linear fractional-order system, we design the effective controller to realize the synchronization between fractional-order and integer-order chaotic systems. Theory analysis and numerical simulation results show that the method is effective and feasible.     

分数阶Rossler混沌系统的模糊同步控制

采用分数阶T-S模糊模型对分数阶Rossler混沌系统建模．使用并行分布式补偿方法设计模糊状态反馈控制器,使得闭环系统极点位于稳定区域内,从而保证闭环系统满足渐近稳定性条件．利用所设计的模糊状态反馈同步控制器实现了两个具有不同初始条件的分数阶Rossler混沌系统的同步．数值仿真结果表明该方案的有效性．     

Extended Chen: a new class of chaotic fractional-order systems

A new class of chaotic fractional-order systems is introduced and its necessary conditions for chaotic behaviour of this class have been provided. These chaotic systems are constructed based on the extension of fractional-order chaotic Chen system by addition of a general function term, satisfying some necessary conditions. This property makes the chaotic behaviour of the extended system, to large extent, independent of the selected function and so a vast range of chaotic systems can be synthesized. The main application of the proposed chaotic systems may be in secure communication systems. To make the subject clearer and in order for validation of the proposed model, five examples are provided and their results are simulated. The results confirm the theoretic analyses very well.     

基于分数阶积分器的分数阶混沌系统状态观测器同步研究

提出了一种基于分数阶积分器的分数阶混沌系统状态观测器同步算法。通过引入一个新的变量,该变量是将驱动系统的输出信号与传输信道中干扰的和进行分数阶积分处理,然后再作为输入信号加到观测系统中,以便实现分数阶混沌系统的状态观测系统同步。然后利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式证明了该方法的正确性。将该同步方法应用于分数阶Chen混沌系统,得出了同步误差曲线,仿真结果表明了该同步方法的有效性,最终实现了分数阶混沌系统的状态观测器同步。     

Non-standard finite difference schemes for solving fractional-order Rössler chaotic and hyperchaotic systems

In this paper, the non-standard finite difference method (for short NSFD) is implemented to study the dynamic behaviors in the fractional-order Rössler chaotic and hyperchaotic systems. The Grünwald-Letnikov method is used to approximate the fractional derivatives. We found that the lowest value to have chaos in this system is 2.1 and hyperchaos exists in the fractional-order Rössler system of order as low as 3.8. Numerical results show that the NSFD approach is easy to implement and accurate when applied to differential equations of fractional order.