分数阶混沌系统的主动滑模同步

结合主动控制和滑模控制原理,提出了一个同步分数阶混沌系统的主动滑模控制方法.该方法首先用分数阶积分对所有维状态分量设计一个滑模面,分数阶混沌系统在该滑模面上稳定.然后采用极点配置的方法获得主动滑模控制器中的增益矩阵.应用Lyapunov稳定性理论、分数阶系统稳定理论对所提的控制器的存在性和稳定性分别进行了分析.对分数阶Lorenz系统进行数值仿真,仿真结果验证了该方法的有效性.     

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...     

分数阶混沌系统的延迟同步

基于分数阶线性系统的稳定性理论，结合反馈控制和主动控制方法，提出了实现分数阶混沌系统的延迟同步的一种新方法．该方案通过设计合适的控制器将分数阶混沌系统的延迟同步问题转化为分数阶线性误差系统在原点的渐近稳定性问题．分数阶Chen系统的数值模拟结果验证了该方案的有效性．     

两个分数阶混沌系统的广义投影同步及电路实现

研究了分数阶混沌系统的广义投影同步及电路实现。基于非线性观测器,提出了用于实现分数阶混沌系统的广义投影同步的一般方法。并建立了相关的数学模型,证明结果的有效性。运用了Matlab进行数字仿真进一步表明该方法的可行性。最后,利用Multisim设计模拟电路,其结果与Matlab的仿真结果吻合,为分数阶混沌系统同步今后的实际运用打下基础。     

分数阶混沌系统同结构与异结构广义同步

基于分数阶拉普拉斯交换理论,提出设计合适的新型非线性反馈控制器,分别实现分数阶混沌系统的同结构广义同步和异结构广义同步.以分数阶Liu混沌系统和分数阶Lü混沌系统为例进行数值仿真,仿真结果表明了该方法的有效性.该方法灵活且适用范围广,具有潜在的应用前景.     

分数阶异结构超混沌系统完全同步与反相同步控制

以分数阶Lü混沌系统和分数阶Chen超混沌系统为例,研究了维数不同、分数阶次不相等的异结构的混沌系统和超混沌系统的完全同步和反相同步.首先,基于分数阶系统稳定性理论和非线性动力学理论,构造出相应的非线性控制器,实现了两个维数不同,分数阶次不相等异结构混沌系统与超混沌系统的完全同步和反相同步;其次,基于分数阶稳定性理论,对上述两类同步给出了严格的数学证明;最后,借助于预估-校正算法,利用数值模拟验证了所提方法的有效性.     

广义分数阶混沌系统的动力学行为

利用最近提出的广义分数阶微积分算子,研究了一类新的带Caputo型导数的广义分数阶混沌系统.讨论了混沌性质对导数阶数与系统参数的依赖性,利用有限差分法对广义分数阶混沌系统进行数值模拟,结果显示广义分数阶系统不仅蕴含经典混沌系统的结果,还展现出其他的动力学行为.由于广义分数阶混沌系统统一了多个不同的系统,未来该领域有望获得更进一步的研究.     

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.     

分数阶细胞神经网络自适应同步控制设计及电路仿真

构建一个新的分数阶细胞神经网络系统,设计驱动系统非线性参数已知而响应系统非线性参数值未知的驱动–响应系统,运用自适应同步控制器及参数自适应调整律实现该驱动–响应系统同步.数值仿真和动力学分析结果表明新的分数阶细胞神经网络系统具有混沌特性.结合分数阶电路理论设计出新的分数阶细胞神经网络系统同步控制的电路原理图.本方案实际可实现4096种多元组合电路,为简洁起见,选取分数阶qi(i=1,2,3)相同值(即q1=q2=q3=0.95)的组合电路进行电路仿真.仿真结果表明,多元电路仿真和数值仿真实验结果具有很高的吻合度.从而证实了该自适应同步控制方法在物理上的可实现性,在工程领域中具有现实的应用价值.     

HPC optimal parallel communication algorithm for the simulation of fractional-order systems

A parallel numerical simulation algorithm is presented for fractional-order systems involving Caputo-type derivatives, based on the Adams–Bashforth–Moulton predictor–corrector scheme. The parallel algorithm is implemented using several different approaches: a pure MPI version, a combination of MPI with OpenMP optimization and a memory saving speedup approach. All tests run on a BlueGene/P cluster, and comparative improvement results for the running time are provided. As an applied experiment, the solutions of a fractional-order version of a system describing a forced series LCR circuit are numerically computed, depicting cascades of period-doubling bifurcations which lead to the onset of chaotic behavior.

     

有源磁控忆阻超混沌电路实现及图像加密

在一个广义三阶Rucklidge系统的基础上提出基于二次非线性有源磁控忆阻器的四阶超混沌电路系统。对该系统的动力学行为进行理论分析和数值仿真,系统相图、Lyapunov指数谱、分岔图和共存吸引子均表明该系统具有丰富的动力学行为和新的拓扑结构。并利用Multisim电路仿真软件和FPGA数字硬件电路设计实现了该系统的电路,实验结果与数值仿真结果一致。最后将置乱-扩散算法与DNA加密相结合设计了一种图像加密算法,利用新系统混沌序列对图像进行加密,并对加密后的图像进行了加密直方图、相邻像素相关性、敏感性、鲁棒性和信息熵等分析。结果表明,新系统对混沌密钥及明文都非常敏感,密钥空间较大,提出的混沌系统应用于图像加密具有较高的安全性能。     

分数阶超混沌Lorenz系统的数值求解及其动力学特性分析

采用预估-校正算法和Adomian分解算法求解分数阶超混沌Lorenz系统,并对比研究两种算法结果。从得到的吸引子和频谱结果来看,两种算法得到的结果比较一致,都可用于分数阶混沌系统数值求解。分析了系统的动力学特性和C0复杂度,实验结果表明分数阶Lorenz系统具有丰富的动力学特性,采用Adomian算法能够得到更小的系统产生混沌最小阶数,当参数变化时,系统的混沌范围更广。最后基于C0复杂度设计了一种有效的系统参数选取算法。为分数阶混沌系统应用提供了理论与实验基础。     

Fractional-Order Control for a Novel Chaotic System Without Equilibrium

The control problem is discussed for a chaotic system without equilibrium in this paper. On the basis of the linear mathematical model of the two-wheeled self-balancing robot, a novel chaotic system which has no equilibrium is proposed. The basic dynamical properties of this new system are studied via Lyapunov exponents and Poincaré map. To further demonstrate the physical realizability of the presented novel chaotic system, a chaotic circuit is designed. By using fractional-order operators, a controller is designed based on the state-feedback method. According to the Gronwall inequality, Laplace transform and Mittag-Leffler function, a new control scheme is explored for the whole closed-loop system. Under the developed control scheme, the state variables of the closed-loop system are controlled to stabilize them to zero. Finally, the numerical simulation results of the chaotic system with equilibrium and without equilibrium illustrate the effectiveness of the proposed control scheme.      

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。     

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。     

Multi-switching adaptive synchronization of two fractional-order chaotic systems with different structure and different order

In this work, we combine the active and adaptive control theories, and propose a novel synchronization scheme for a class of fractional-order chaotic systems with different structure and different order. Based on the new version of fractional-order Lyapunov stability theory, we design the adaptive controllers and updating laws of different switching. We use the fractional-order Lorenz chaotic system and the fractional-order Chen chaotic system as examples to analyze the multi-switching synchronization process for fractional-order chaotic systems with different structures and different orders. Finally, numerical simulations are also given to illustrate the effectiveness and validation of the proposed method, and the model uncertainties and external disturbances are added to the considered systems to verify the robustness of the proposed controllers.     

基于分数阶陈氏混沌系统的图像加密算法

由于分数阶混沌动力学系统比整数阶系统具有更复杂的动力学特性,且能为图像加密方案提供更多的自由度,基于分数阶陈氏混沌系统,提出了一种图像加密方法。在发送端,驱动系统产生混沌信号,利用混沌信号扰乱明文图像的像素位置,将扰乱后的图像掩盖在混沌信号中,得到传输的密文图像。在接收端,通过同步系统去掩盖,进行像素位置扰乱的逆操作,恢复明文图像。最后对提出的加密算法进行了安全性分析。实验结果表明,该加密算法安全性高,具有良好的研究价值和应用前景     

Stability and non-standard finite difference method of the generalized Chua’s circuit

In this paper, we develop a framework to obtain approximate numerical solutions of the fractional-order Chua’s circuit with Memristor using a non-standard finite difference method. Chaotic response is obtained with fractional-order elements as well as integer-order elements. Stability analysis and the condition of oscillation for the integer-order system are discussed. In addition, the stability analyses for different fractional-order cases are investigated showing a great sensitivity to small order changes indicating the poles’ locations inside the physical s-plane. The Grünwald-Letnikov method is used to approximate the fractional derivatives. Numerical results are presented graphically and reveal that the non-standard finite difference scheme is an effective and convenient method to solve fractional-order chaotic systems, and to validate their stability.     

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.