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生物动力系统是典型的非线性复杂系统,对于其动态特性及控制问题的研究已取得了一些成果,但还有许多问题尚未解决。本文针对一些种群模型、传染病模型和广义生物经济模型,利用正常系统混沌及混沌控制理论、微分代数系统(或称广义系统)分岔理论及非线性广义系统控制理论,研究它们的混沌、分岔、脉冲现象,以及相应的混沌稳定控制、混沌跟踪控制、状态反馈脉冲控制、最优脉冲控制和模糊H<,∞>控制问题。主要工作包括以下几个方面:
(1)针对一类一维离散种群系统,利用Lyapunov指数方法,简单直观地验证混沌现象的存在性。讨论一类二维离散种群系统存在transcritical分岔,flip分岔和Hopf分岔,以及Marotto定义下的混沌现象的情况。然后,分别对这两类系统采用外部控制输入,利用混沌控制中OGY方法的基本思想,设计控制器,调节平衡点和周期轨道的稳定性,进而制定出合理的开发策略,消除混沌现象。
(2)利用反馈线性化方法设计反馈控制器,将一类具有混沌现象的种群增长模型中的混沌轨道稳定到理想的目标轨道。并且提出一种针对混沌微分代数系统的直线稳定化方法,将其应用于一类广义生物经济系统中,取得了理想的控制效果。
(3)针对一类受季节因素影响的SIR传染病模型和一类种群增长率受季节因素影响的广义生物经济模型,分别采用正常系统轨迹跟踪控制方法和微分代数系统理论,设计状态反馈控制器,使系统输出跟踪某一理想状态。研究结果为传染病的消除、生物经济系统的稳定提供了新方法。
(4)研究两类利用微分代数方程描述的生物经济系统,在经济利润为零时存在一些重要的动态特性,包括分岔、脉冲行为等,并利用广义系统控制方法,分别设计状态反馈控制器及最优状态反馈控制器,消除脉冲行为,确保系统稳定运行。实现了微分代数系统分岔、脉冲理论和广义系统最优控制理论在生物经济领域中的初步应用。
(5)将生物经济系统与T-S模糊广义系统控制相结合,利用T-S模糊广义系统控制方法,设计状态反馈控制器,保证系统二次稳定,以及考虑干扰因素影响时的H<,∞>状态反馈控制器,在保证投入较少的控制能量情况下,外界环境的干扰对系统的状态、输出的影响降低到最小程度,并使得生物经济系统正常运行。