專利名稱：一種對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于混沌的動(dòng)力學(xué)控制方法領(lǐng)域，具體涉及一種單自由度系統(tǒng)的混沌反控制方法。本發(fā)明也涉及一種單自由度系統(tǒng)的混沌反控制裝置。
背景技術(shù)：
Lorenz是混沌的創(chuàng)立者，他在1972年發(fā)表了一篇標(biāo)題為“蝴蝶在巴西拍打翅膀會引發(fā)德克薩斯州的一場龍卷風(fēng)嗎？”的文章，也就是說任意小的初始擾動(dòng)在長時(shí)間以后，也會使系統(tǒng)徹底偏離原來的演化方向，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)徹底改變。系統(tǒng)的擾動(dòng)參數(shù)可分為系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)變量和外部參數(shù)等等，所有系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都是這個(gè)參數(shù)的函數(shù)，與其它參數(shù)無關(guān)，因而實(shí)現(xiàn)參數(shù)控制就是當(dāng)前研究混沌控制與反控制的有效手段。對于一個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)方程來說，混沌現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于系統(tǒng)中存在非線性項(xiàng)，非線性項(xiàng)表征了系統(tǒng)內(nèi)部“非線性交叉耦合作用”，最終系統(tǒng)在某一個(gè)臨界值的條件下才可能表現(xiàn)出混沌現(xiàn)象?；l2 π /T的信號經(jīng)系統(tǒng)作用后，混沌道路選擇周期分岔進(jìn)入混沌狀態(tài)的特點(diǎn)是周期點(diǎn)由一分為二，二分為四，四分為八，八分為十六等等，在功率譜上系統(tǒng)輸出除了基頻Qtl處有線譜尖峰外，在分頻《^2，ω0/4,3ω0/4,...處也產(chǎn)生線譜，這樣無限地分下去將導(dǎo)致混沌軌道的出現(xiàn)，功率譜上也會出現(xiàn)頻譜展寬的現(xiàn)象。目前對混度的研究很熱，但是單純對單自由度系統(tǒng)分析系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)輸出性能的影響，還未見詳細(xì)的報(bào)道，對系統(tǒng)施加外激勵(lì)使系統(tǒng)處于混度狀態(tài)目前雖有很多學(xué)者研究了，但僅限于研究怎樣控制系統(tǒng)參數(shù)使系統(tǒng)處于混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對施加外激勵(lì)后系統(tǒng)輸出功率譜變化的影響還未見詳細(xì)的報(bào)道，尤其在外激勵(lì)作用下，使系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)時(shí)的混沌程度強(qiáng)弱參數(shù)還未見詳細(xì)的報(bào)告過。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使得單自由度系統(tǒng)處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種單自由度系統(tǒng)的混沌反控制裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法，包括以下步驟步驟Α、在無外激勵(lì)時(shí)，根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律，選取系統(tǒng)參數(shù)；步驟B、在所述系統(tǒng)參數(shù)固定的情況下，對單自由度系統(tǒng)施加變化的周期性外激勵(lì)；步驟C、確定使單自由度系統(tǒng)處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)與周期性外激勵(lì)的關(guān)系；步驟D、根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨周期性外激勵(lì)變化的規(guī)律，確定周期性外激勵(lì)，使得單自由度混沌系統(tǒng)處于有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。發(fā)明的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法還可以包括
1、在步驟D之后還包括根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出，確定系統(tǒng)所處混沌狀態(tài)的功率譜下降值，實(shí)現(xiàn)對線譜噪聲的降低。2、所述選取系統(tǒng)參數(shù)的方法包括步驟Al、無外激勵(lì)時(shí)單自由度系統(tǒng)表示為
權(quán)利要求
1.一種對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法，其特征是包括以下步驟步驟A、在無外激勵(lì)時(shí)，根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律，選取系統(tǒng)參數(shù)；步驟B、在所述系統(tǒng)參數(shù)固定的情況下，對單自由度系統(tǒng)施加變化的周期性外激勵(lì)； 步驟C、確定使單自由度系統(tǒng)處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)與周期性外激勵(lì)的關(guān)系；步驟D、根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨周期性外激勵(lì)變化的規(guī)律，確定周期性外激勵(lì)，使得單自由度混沌系統(tǒng)處于有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法，其特征是在步驟D 之后還包括根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出，確定系統(tǒng)所處混沌狀態(tài)的功率譜下降值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法，其特征是所述選取系統(tǒng)參數(shù)的方法包括步驟Al、無外激勵(lì)時(shí)單自由度系統(tǒng)表示為V + rx' + i^x + hgkx') =。，其中，χ為系統(tǒng)輸出狀態(tài)變量，χ'為狀態(tài)變量對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，χ"為狀態(tài)變量對時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)，r為阻尼系數(shù)，Qci為系統(tǒng)固有的諧振角頻率，g(x，x')為系統(tǒng)的非線性恢復(fù)力，k3為非線性恢復(fù)力系數(shù)；步驟A2、利用四階龍格-庫塔法做出所述單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨阻尼參數(shù)r和非線性恢復(fù)力系數(shù)&變化的全局分岔圖；步驟A3、選取單自由度系統(tǒng)處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的阻尼參數(shù)r和非線性恢復(fù)力系數(shù)k3
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法，其特征是所述周期性外激勵(lì)為+仍)，i代表施加外激勵(lì)的個(gè)數(shù)，i = l,2,3..., Ai, Qi和分別為第i個(gè)外激勵(lì)的幅值，角頻率和初始相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法，其特征是所述確定使單自由度系統(tǒng)處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)與周期性外激勵(lì)的關(guān)系的方法為步驟Cl、將施加周期性外激勵(lì)時(shí)單自由度系統(tǒng)表示為χ" + rx' + ω χ +U3X3=Yj A1 cos(Q^ + ^)，其中 r 是系統(tǒng)的阻尼參數(shù)；步驟C2、利用Melnikov函數(shù)確定阻尼參數(shù)r與外激勵(lì)幅值和頻率的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法，其特征是所施加的周期性外激勵(lì)為正弦外激勵(lì)WcoKirt + ^，確定周期性外激勵(lì)的方法為步驟D1、利用四階龍格-庫塔法做出單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨外周期性外激勵(lì)的幅值A(chǔ)和角頻率ω變化的全局分岔圖；步驟D2、選取單自由度系統(tǒng)處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的周期性外激勵(lì)的幅值A(chǔ)和角頻率ω ο
7.—種單自由度系統(tǒng)的混沌反控制裝置，包括初始模塊、非線性模塊、控制模塊和反饋模塊，其特征是所述初始模塊用于向非線性模塊輸入系統(tǒng)參數(shù)，并且用于根據(jù)反饋模塊的反饋結(jié)果，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)；所述控制模塊用于向非線性模塊輸入周期性外激勵(lì)，并且用于根據(jù)反饋模塊的反饋結(jié)果，調(diào)整周期性外激勵(lì)；所述反饋模塊用于根據(jù)非線性模塊的輸出端信號判斷非線性模塊是否處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)不處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通知初始模塊和/或控制模塊將參數(shù)調(diào)整至要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制裝置，其特征是還包括顯示模塊，用于顯示系統(tǒng)輸出的全局分岔圖和/或功率線譜，記錄符合條件的控制參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制裝置，其特征是所述初始模塊輸入和/或調(diào)整的系統(tǒng)參數(shù)為阻尼參數(shù)和非線性恢復(fù)力系數(shù)；所述控制模塊輸入和 /或調(diào)整的周期性外激勵(lì)為周期性外激勵(lì)的幅值和角頻率。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種對單自由度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混沌反控制的方法及裝置。在無外激勵(lì)時(shí)，根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律，選取系統(tǒng)參數(shù)；在所述系統(tǒng)參數(shù)固定的情況下，對單自由度系統(tǒng)施加變化的周期性外激勵(lì)；確定使單自由度系統(tǒng)處于要求的混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)與周期性外激勵(lì)的關(guān)系；根據(jù)單自由度系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出隨周期性外激勵(lì)變化的規(guī)律，確定周期性外激勵(lì)，使得單自由度混沌系統(tǒng)處于有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本發(fā)明可通過調(diào)節(jié)輸入系統(tǒng)的參數(shù)閾值，產(chǎn)生所需要的混沌狀態(tài)，同時(shí)也可消除系統(tǒng)所處的混沌狀態(tài)，系統(tǒng)靈活可控程度高，方便達(dá)到工程需要。
文檔編號G05B13/04GK102323753SQ20111019234
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者蘭朝鳳, 時(shí)勝國, 楊德森, 洪連進(jìn), 董雷 申請人:哈爾濱工程大學(xué)