分数阶混沌系统的滑模同步控制研究及其应用

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自分数阶微积分的概念提出以来,其理论体系经历了300多年的完善和发展并且被广泛应用于相关的工程领域。而混沌作为非线性动力学系统一种独有的运动形式,在天文学、数学、生物科学、地质学以及经济学等领域内同样得到了广泛的关注和研究。作为二者相结合的分数阶混沌系统是整数阶混沌系统在任意阶次上的推广,其不仅有传统整数阶混沌系统的特性还具有历史记忆性等特殊的性质,除此之外其系统的特性还与阶次密切相关,因此分数阶混沌系统有着更为复杂的动力学特性,更具有研究和应用的价值。而近几年来计算机相关科学技术的飞速发展使得与其相交叉的分数阶混沌系统理论受到了更多学者的关注,与此同时分数阶混沌系统同步控制相关的研究成果也越来越多,但作为新的研究热点,其理论体系和其在相关领域内的应用技术还有待更加深入的研究。因此,本论文将在之前学者相关研究成果的基础上,进一步深入的研究分数阶混沌系统的滑模同步控制以及其在保密通信领域的应用问题。本文具体内容简要叙述如下:首先,以滑模变结构控制法为核心控制方法提出了两个用于解决分数阶混沌系统同步控制问题的方案。一个方案针对一类带有扰动和未知不确定性的分数阶混沌系统设计了自适应滑模同步控制器,解决了该系统的同步控制问题。另一个方案针对一类带有不确定性的分数阶混沌系统设计了自适应模糊滑模同步控制器,解决了该系统的同步控制问题。并通过数值仿真用多个例子验证了所提出的两个同步控制方案的可行性和有效性。其次,基于反演法对一类带有不确定性和外部扰动的分数阶混沌系统的结构特点进行分析,在递推过程中对Lyapunov子函数和虚拟输入进行设计,并在反演终端加入滑模控制,完成了能使一类带有不确定性和外部扰动的分数阶混沌系统渐近同步的反演滑模同步控制器的设计。数值仿真验证了所提同步控制方案的可行性和有效性。最后,将所提出的自适应滑模同步策略与混沌掩盖法相结合,给出了一种新的分数阶混沌保密通信方案,该方案可以实现信息的有效传输,并分别以正弦波和脉冲信号为传输信号通过仿真验证了所提方案的可行性和有效性。
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