多翼多涡卷隐藏吸引子混沌系统的研究与设计

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自Lorenz系统被提出以来,科学家们发现混沌系统在保密通信、图像加密甚至人工智能等领域都有着非常广阔的应用前景。随着科技的进步,为了更好地满足工程应用的需要,人为地构建复杂混沌系统成为了目前的研究重点。而多翼多涡卷混沌系统拥有更宽的频谱和更复杂的拓扑结构,受到了研究人员的青睐。目前,通过分段函数扩展系统的不稳定平衡点是构造多翼多涡卷混沌系统的主流方法。近年来,隐藏吸引子混沌作为一类特殊的混沌系统受到了研究人员的广泛研究。这一类混沌吸引子的吸引盆不与任何平衡点邻域相交,无法定位其吸引子位置,因此更具安全性。这一特性使其在通信加密领域具有重要的应用价值,成为了目前热门的研究方向。在此研究背景下,本文对多翼多涡卷隐藏吸引子混沌系统的构造方法进行了研究。具体研究内容如下:(1)提出了一个具有稳定平衡点的多翼隐藏吸引子混沌系统。在具有两个稳定平衡点的两翼混沌系统中引入多级脉冲函数,增加系统的稳定平衡点,由此构建一个新的多翼隐藏吸引子混沌系统。改变多级脉冲函数的级脉冲数,可以得到偶数倍翼的混沌吸引子,同时系统平衡点的位置和数目也随之改变,但平衡点的稳定性却不发生改变。利用相图和时域波形图研究了四翼隐藏吸引子的切换行为。并通过分岔图,李雅普诺夫指数谱,庞加莱图等数值分析方法分析了四翼隐藏混沌吸引子的动力学行为。此外,在NI-Multisim软件中设计并实现了相应的四翼混沌吸引子模拟电路,并通过硬件实现。(2)提出了一个具有三种类型隐藏吸引子的多涡卷混沌系统,该系统分别能产生具有无平衡点、一个稳定平衡点和多个稳定平衡点的隐藏吸引子。将一个限幅的分段线性函数作为系统非线性项,来扩展平衡点,该系统能产生偶数倍涡卷的混沌吸引子,另一方面,仅改变一个系统参数,就可得到以上三种不同类型的隐藏吸引子。利用吸引盆观测到系统吸引域不与平衡点相交,证实了隐藏吸引子的存在,同时也采用了分岔图,李雅普诺夫指数谱和庞加莱图等数值分析方法来分析该多涡卷混沌系统的动力学行为。此外,设计并完成了硬件电路实验,验证了该具有三种类型隐藏吸引子的多涡卷混沌系统的正确性。
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