【摘 要】
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随着计算机科学领域的飞速进步与微积分理论研究的日渐深入,分数阶微积分理论作为整数阶微积分阶次上的推广在工程与科学领域得到持久地发展。混沌系统拥有极其复杂的非线性特性,近几年,分数阶混沌系统在图像加密、保密通信、物理、数学、生物工程等应用范围中体现了巨大价值。在控制领域内,分数阶混沌系统同步控制方法有很多种,并得到一定进展。有限时间闭环控制系统和非有限时间闭环控制系统相对比,具备更优良的鲁棒、抗扰动
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随着计算机科学领域的飞速进步与微积分理论研究的日渐深入,分数阶微积分理论作为整数阶微积分阶次上的推广在工程与科学领域得到持久地发展。混沌系统拥有极其复杂的非线性特性,近几年,分数阶混沌系统在图像加密、保密通信、物理、数学、生物工程等应用范围中体现了巨大价值。在控制领域内,分数阶混沌系统同步控制方法有很多种,并得到一定进展。有限时间闭环控制系统和非有限时间闭环控制系统相对比,具备更优良的鲁棒、抗扰动性能,可以达到更为精准、灵活的控制,其主要原因是有限时间控制器中带有分数幂项。现阶段,研究的大多为整数阶系统的有限时间同步,但就分数阶系统而言,其相关领域的研究相对来讲较少。因此,针对分数阶混沌系统有限时间控制及同步的研究具有一定意义。本文基于分数阶微积分理论、Lyapunov稳定性理论和有限时间控制理论,结合参数辨识和滑模控制方法,分别设计相应不同控制器,对于含系统参数未知、负载扰动乃至不确定的分数阶混沌系统实现有限时间内同步。主要内容如下:首先,通过相图、0-1测试法判断分析所研究系统的混沌行为,设计一种有限时间控制器,实现分数阶Lorenz混沌系统有限时间同步。通过论述分数阶微积分理论的概念与基本原理,考虑分数阶Lorenz混沌系统含未知参数,根据Lyapunov稳定性理论、有限时间控制理论,并结合参数辨识,设计对应新的有限时间控制器和参数校正率,使带有未知参数的分数阶Lorenz混沌系统实现有限时间同步。此外,还辨识了分数阶Lorenz混沌系统的未知参数。通过Matlab模拟仿真,验证其有限时间同步控制方法的有效性。其次,为负载扰动的分数阶混沌系统有限时间同步问题的研究。利用设计的有限时间控制器,使得负载扰动的分数阶混沌系统实现有限时间同步,其误差系统状态变量在有限时间内稳定于零值。运用Matlab数值仿真,将不含扰动与含扰动的分数阶混沌系统有限时间同步问题相比较,验证其设计的有限时间同步方法的有效性。通过调节所设计控制器的关键参数值,也可以缩短其受控误差系统有限时间同步控制的同步时间,并推算出有限时间的估计值。最后,在分数阶混沌系统有限时间同步问题研究中引入滑模控制理论方法,研究一类不确定分数阶混沌系统鲁棒有限时间滑模同步控制。设计一种新分数阶滑模面,基于有限时间稳定性理论与Lyapunov稳定性理论,提出鲁棒有限时间滑模控制器。通过改变控制器中的幂参数值,让控制器分别满足有限时间控制条件和固定时间控制条件,使存在不确定项及随机干扰的分数阶混沌系统实现鲁棒有限/固定时间滑模同步控制。运用Matlab模拟仿真,验证其有限时间同步控制方法的有效性与优异性。
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