基本信息
- 项目名称：
- 面向工程的混沌系统的建模、分析与控制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 项目针对工程中实际问题建立非线性数学模型，并对其进行详尽的非非线性动力学分析，给出系统稳定区域的参数范围。而且，也从理论的角度中提出了新的、有特征的混沌系统，用模拟电路验证其存在性，并进行了有效的控制，还将控制方法应用到机械系统和水轮机调节系统以及能源系统等非线性数学模型中。进一步的，提出了适合于一类参数不确定的混沌系统的滑模变结构控制方法。
- 详细介绍：
- 项目对工程实际问题的非线性数学模型进行复杂动力学分析，给出系统稳定的参数范围，并对处于混沌态的系统提出有效的控制方法，控制系统达到稳态。 我们不仅从理论的角度提出了新的、有特征的混沌系统，用模拟电路验证其存在性，并对其进行了有效的控制，同时将控制方法应用到机械系统、水轮机调节系统和能源系统等工程中。最后，提出了适合于一类参数不确定的混沌系统的滑模变结构控制方法。 1．发现了新的混沌系统，并用模拟电路实现，为其在保密通信领域的应用奠定基础； 2．对工程实践中的复杂系统进行了建模和分析，并有效的控制处于混沌态的系统达到稳态； 3．提出了一种新的适合于一类混沌系统的滑模变结构控制法。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 对工程实际问题的非线性数学模型进行复杂动力学分析，给出系统稳定的参数范围，并对处于混沌态的系统提出有效的控制方法，控制系统达到稳态。
科学性、先进性及独特之处
- 从理论的角度提出了新的、有特征的混沌系统，用模拟电路验证其存在性，并对其进行了有效的控制，同时将控制方法应用到机械系统、水轮机调节系统和能源系统等工程中。最后，提出了适合于一类参数不确定的混沌系统的滑模变结构控制方法。
应用价值和现实意义
- 1．发现了新的混沌系统，并用模拟电路实现，为其在保密通信领域的应用奠定基础； 2．对工程实践中的复杂系统进行了建模和分析，并有效的控制处于混沌态的系统达到稳态； 3．提出了一种新的适合于一类混沌系统的滑模变结构控制法。
学术论文摘要
- 对复杂系统如机械系统、水轮机调节系统等进行建模，进而通过相轨迹图、Lyapunov指数图、Poincare映射图等复杂动力学特征进行分析，并提出或改进自适应控制、线性反馈控制、滑模变结构控制等对处于混沌态的系统进行控制，都能很好的控制系统达到稳态，为工程中的混沌系统控制提供理论支持。最后，提出一类参数不确定的分数阶混沌系统的滑模变结构控制，该控制方法具有很好的鲁棒性，且控制的过渡过程较好。
获奖情况
- 1. 陈海涛, 陈帝伊, 申滔, 马孝义. 只含一个非线性项的超混沌系统及其电路实现[J]. 微型机与应用, 2010, 14: 85-88. 2. Chen Hai-Tao, Chen Di-Yi, Ma Xiao-Yi. The recursive inversion of nonlinear control of a four-dimensional hyperchaotic system[J]. 2010 IEEE International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems, ICISS2010, Guilin China October 22-24, 2010. 3. Chen Di-Yi, Liu Yu-Xiao, Ma Xiao-Yi, Zhang Run-Fan. Control of a class of fractional-order chaotic systems via sliding mode [J]. Nonlinear Dynamics, 2011, DOI: 10.1007/s11071-011-0002-x (SCI源刊) 4. Chen Di-Yi, Zhao Wei-Li, Ma Xiao-Yi, Zhang Run-Fan. No chattering sliding mode control chaos in Hindmarsh-Rose neurons with uncertain parameter [J]. Computers and Mathematics with Applications,2011 DOI: 10.1016/j.camwa.2011.04.010 (SCI源刊) 5. 陈帝伊, 陈海涛, 马孝义, 龙燕. 只含一个非线性项的超混沌系统及其控制比较[J]. 计算机应用, 2010, 30(8): 2045-2048. 6. 陈帝伊, 石琳, 马孝义, 陈海涛. 一类离心轮系统的混沌数学模型及其线性反馈控制[J]. 中国机械工程, 2010, 21(24): 2932-2935. 7. 陈帝伊, 杨朋召, 马孝义. 水轮机调节系统的混沌现象分析及控制[J]. 中国电机工程学报, (EI源刊，录用)
鉴定结果
- 项目发表了7篇文章，其中两篇SCI、两篇EI、三篇中文核心。
参考文献
- 1. 刘崇新, 翟笃庆，董子晗等. 含有单相铁芯变压器的铁磁混沌电路的分析及控制[J]. 物理学报, 2010(6):3733-3739. 2. 刘迪, 徐伟, 郭培荣等. 标量控制下的二次自治混沌系统不确定参数估计和自适应反同步[J]. 物理学报, 2010(9): 5934-5939. 3. 孙云平，李俊民，李靖.一类非线性参数化系统自适应重复学习[J]控制控制理论与应用，2009,26(2):228-232. 4. 冯孝周, 吴建华. 一类带B-D反应项的捕食模型平衡态的分歧解[J]. 工程数学学报, 2008, 25(4):665-671.
同类课题研究水平概述
- 二十世纪八十年代至今，混沌科学迅速发展并与其它科学相互渗透，相互融合，形成了一些新兴交叉学科和技术。混沌现象已经广泛应用于医学，生物学，电力系统，机械工程，气象学，信息科学，水轮机系统、经济学以及社会学等领域。 到目前为止。国内外的科学工作者基于不同的策略提出了大量的混沌控制方法。在关新平等人所著的混沌控制及其在保密通信中的应用中，我们学习到混沌控制方面已经达到了先进的水平其中包括早期的OGY控制法和现阶段大量应用时滞反馈控制法、自适应控制法、滑模变控制法以及模糊控制法。其中自适应控制法可以对未知参数的混沌系统进行控制。滑模变结构法控制混沌系统时表现出了良好的鲁棒性。模糊控制法具有很强的处理不确定、非线性和干扰能力。中国科学技术大学的罗晓曙在其博士学位论文提出了采用系统变量的随机比例脉冲控制混沌和超混沌的方法。该控制方法不仅能实现对混沌系统的有效控制，而且也能实现对超混沌系统的稳定控制，仅只需对系统的一个状态变量实施系统变量的随机比例脉冲控制就可以获得稳定的周期轨道，使得该法的控制代价较小，同时该法具有较强的抗噪声能力。西安交通大学的刘崇新将一个含有单相铁芯变压器的三阶非自治铁磁混沌电路作为一个四阶自治改进系统进行了理论研究和计算机仿真分析，并提出了一种新的混沌控制方法。西北工业大学的徐伟以二次自治混沌系统为例，研究了利用简单标量控制器使从任意初始条件出发的二次自治混沌系统实现反同步，并准确估计出不确定参数的值。 Hassan Salarieh在Control of stochastic chaos using sliding mode method中利用滑模变结构法控制了具有参数不定且加有Guess白噪声的混沌系统，证明了滑模变结构法对有噪声的混沌系统具有很强的鲁棒性。Shih-Lin Lin 的文章A new method for chaos control in communication systems应用了Independent Component Analysis（ICA）的方法。这个方法可以解决噪声问题。同时ICA可以准确地计算出的相位和幅度，确保混沌系统的控制。 综上所述，对工程中的混沌系统的建模、复杂动力学分析及其控制成为国内外学术界和工程界的研究热点。
