热力系统的分数阶特性及其动态矩阵控制

在热力系统的控制设计或面向控制的特性分析时,目前广泛使用的是整数阶微分方程或者整数阶传递函数。研究表明:大量的热力系统采用分数阶描述比整数阶描述更精确,但是分数阶控制系统研究中存在着控制器参数整定困难等问题。本文基于动态矩阵控制是一种采用系统阶跃响应系数的非参数模型控制算法的特点,将其应用于分数阶系统的控制。因此只需获得系统的阶跃响应模型,从而避免了对于分数阶系统获取分数阶参数模型的困难以及获取整数阶参数模型的必然性模型失配问题,而且动态矩阵控制器参数整定相对简单,鲁棒性强。仿真结果证实该算法对分数阶系统的控制是可行且有效的。     

基于分数阶傅里叶变换的超短脉冲线性啁啾分析

为了利用分数阶傅里叶变换有效地检测出信号的啁啾系数,由分数阶傅里叶变换的原理出发,从理论上推导了变换阶次与超短脉冲啁啾系数的关系。以高斯型线性啁啾脉冲为例,利用自编程序进行了数值模拟。根据分数傅里叶变换在特定阶次上呈现能量高度聚集性的特点,画出变换阶次与变换结果的关系图,找到对应的最佳阶次,求出啁啾系数。结果表明,模拟结果和理论结果得到了很好的吻合。这为以后分析啁啾参量提供了参考。     

分数阶混沌系统的自适应预测同步

结合自适应控制和预测反馈控制,提出了一种新的实现分数阶混沌系统同步的自适应预测控制方法.利用分数阶Lyapunov稳定性理论,导出了分数阶混沌系统同步的一些新的充分条件.与已有的结果相比,该方法无需反馈增益的先验知识,且收敛速度快和在实验中很容易实现.最后数值实验进一步验证了所提同步方法的有效性.     

原子力显微镜的分数阶PID控制设计

原子力显微镜(AFM)是测量材料物体表面形貌的重要工具.为了实现AFM的高速扫描成像,设计一种基于分数阶前馈-反馈PID控制算法的AFM扫描成像控制器.将分数阶迭代学习控制(FOILC)用于前馈回路,在跟踪过程中对当前周期的误差信息进行学习,实现输出沿迭代轴的快速收敛;在反馈回路中采用分数阶比例积分(FOPI)控制增加...     

基于多分数阶混沌系统的彩色图像加密算法

为了实现对彩色图像信息的有效保护,提出一种像素置乱及密文交错扩散技术相结合的加密算法。首先对3个分数阶混沌系统产生的混沌序列进行优化改进,得到两组不同的性能优良的混沌密钥序列,并将RGB彩色图像转换为由基色分量组成的灰度图像;然后,利用一组改进的混沌密钥序列对该灰度图像的像素位置进行置乱;最后,利用另一组改进的混沌密钥序列对置乱图像进行2轮基色分量之间的密文交错扩散操作,得到加密图像。仿真实验表明,该算法具有足够大的密钥空间,高度的密钥敏感性,较好的像素分布特性,且在抵抗唯密文攻击、差分攻击、选择明文攻击及统计攻击方面都具有良好的性能,可以广泛地应用于多媒体数据的保密通信中。     

自适应分数阶变分去泊松噪声新模型

目的 针对传统总变分方法在去除泊松噪声时容易出现“阶梯效应”和图像边缘模糊的问题,提出了一种基于分数阶变分的自适应去泊松噪声新模型。方法 首先新模型在分析了泊松噪声分布特点的基础上导出了非凸自适应正则项,它能够根据图像不同区域的特点自适应地调节正则项系数,以达到保持图像边缘的目的。然后,新模型利用分数阶离散微分向量能够结合更多图像信息的特点,将正则项中的一阶离散微分向量替换为分数阶离散微分向量,以此来达到抑制“阶梯效应”的目的。对于新模型的求解,结合交替迭代法和加权原始-对偶法提出了一种高效的数值解法。结果 新模型明显优于传统总变分去泊松噪声模型,在有效抑制“阶梯效应”的同时图像边缘也得到了较好地保护,以经典的Peppers图片为例,新模型相比于传统模型,峰值信噪比（PSNR）由28.98 dB提高到了30.24 dB,图像结构相似度（SSIM）由0.77提高到了0.87。另外,所提的数值解法具有收敛速度快、复杂度低的特点,收敛时间从偏微分方程、Chambolle投影等传统数值解法的0.5 s与0.1 s缩短至0.056 s。结论 实验结果表明,所提模型与数值解法的可行性,模型与数值解法在主要客观评价指标和图像视觉效果方面均优于传统的变分去泊松噪声模型,且模型与数值解法具有较好的普适性。但是模型中分数阶的阶次选取有待进一步优化。     

基于分数阶网络和强化学习的图像实例分割模型

针对目前的分数阶非线性模型图像特征提取能力不足导致分割精度较低的问题,提出一种基于分数阶网络和强化学习(RL)的图像实例分割模型,用来分割出图像中目标实例的高质量轮廓曲线.该模型共包含两层模块:1)第一层为二维分数阶非线性网络,主要采用混沌同步方法来获取图像中像素点的基础特征,并通过根据像素点间的相似性进行耦合连接的方...     

永磁同步发电机自适应分数阶PID控制设计

设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。首先,将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态以及随机风速聚合成一个扰动,并通过高增益状态-扰动观测器(High-Gain State and Perturbation Observer, HGSPO)对其在线估计。随后,采用分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制对该扰动估计进行完全补偿,以实现不同工况下全局一致的鲁棒控制性能。AFOPID控制较传统PID控制而言具有更出色的MPPT性能,且其无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现。通过阶跃风速和随机风速两个算例,对AFOPID的控制性能与PID控制、FOPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control, FLC)进行了对比。仿真结果验证了AFOPID控制的有效性和鲁棒性。     

混沌保密通信技术发展研究

文中总结了混沌保密通信技术在近年来的发展,重点介绍了超混沌在保密通信领域中的应用,对超混沌在四种混沌保密通信中的应用进行了分别论证,阐述了超混沌应用在保密通信中的优势,研究分析了混沌保密通信的核心技术发展现状,并展望了混沌保密通信的发展趋势,同时指出了混沌、超混沌以及分数阶混沌在混沌保密通信中的不足。     

分数阶Victor-Carmen混沌系统的自适应滑模控制

根据分数阶微积分的相关理论利用自适应滑模控制方法研究分数阶Victor-Carmen混沌系统的滑模同步控制问题,设计分数阶滑模函数并给出控制器的构造,利用Lyapunov稳定性理论给出严格的数学证明,得到系统取得滑模同步的两个充分性条件。研究结果表明:选取适当的控制律以及滑模面下,分数阶Victor-Carmen系统取得混沌同步。数值算例表明该方法有效。