基于非线性控制的种群动力学模型的稳定性与永久持续生存

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自然环境和资源是人类社会存在和发展的必要基础,为了保证社会的可持续发展就必须协调好人类发展和自然环境之间的矛盾.由于人类的过度开发,许多物种的种群数量过低,已经威胁到其正常的再生过程,而有的物种则业已灭绝.生物多样性严重丧失的现实状况说明,对生态系统施加行之有效的控制以维持其生态平衡是必不可少的.目前,种群动力学系统控制问题的研究已经取得了一些成果,主要集中在种群动力学系统的最优控制上.该文采用控制理论中的反步设计法、静态状态反馈控制、自适应控制、近似线性化方法和精确线性化方法,研究了几类种群动力学模型的稳定性与永久持续生存问题.为种群动力学和控制理论的结合提供了一些新的方法.主要工作有以下几个方面:1.根据现实世界的一些生物现象和有些企业之间竞争产品的市场份额的关系,建立了n维相互竞争的Volterra模型.利用Backstepping反步设计方法研究了该模型的全局稳定化问题,得到了使闭环系统在正平衡点处全局渐近稳定的控制律.2.利用控制理论中的两种不同的控制手段——静态状态反馈控制和自适应反馈控制对大容量污染环境中的n维食物链模型进行了研究.一方面,通过状态反馈控制,得到了使闭环系统全局一致有界和永久持续生存的控制律:另一方面,通过自适应反馈控制,得到了使系统在正平衡点处全局渐近稳定的自适应控制律.研究的结果为研究种群动力学模型的稳定性与永久持续生存问题提供了新方法.3.结合控制理论中的线性化方法,研究了一类具有HollingⅡ类功能性反应的捕食与被捕食模型.分别利用近似线性化方法和精确线性化方法,获得了使闭环系统的正平衡点渐近稳定的反馈控制律.这部分研究是控制论运用于生物系统的有效尝试.
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