新型混沌与超混沌系统建模与分析研究

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本文重点对混沌生成和超混沌反控制进行了研究。提出了一个新的三维连续自治混沌系统模型,并证明了该系统在典型参数下吸引子的存在性。用超混沌反控制的思想提出了几个四维连续自治超混沌系统模型,这几个超混沌系统都能具有两个较大的正Lyapunov指数和很大的超混沌区域,都可以历经周期状态、拟周期状态、混沌状态和超混沌状态,拥有丰富的动力学行为,并用中心流形理论对其中一个系统的平衡点进行了分叉分析。具体工作包括: 1.提出了一个新三维连续自治混沌系统模型,发现了一个新型的混沌吸引子一共轭Lü吸引子。分析了系统的对称性、稳定性、耗散性和平衡点及其稳定性等基本动力学特性,对系统进行了分岔分析,给出了系统的Lyapunov指数图和分岔图。通过Lyapunov指数发现系统可以处于混沌状态,并通过Matlab仿真用相图展示了混沌吸引子,通过Poincaré截面说明了系统的混沌特性。并用 Shil’nikov定理证明了这个系统在典型参数下存在Smale马蹄混沌,证明了共轭Lü吸引子的存在性。 2.用超混沌反控制思想,在一个三维混沌系统的基础上,引入一个非线性状态反馈控制器把混沌系统控制到超混沌系统,得到了一个四维连续混沌系统。研究了该超混沌系统的基本动力学特性。对该系统进行了分岔分析,通过Lyapunov指数可以看出系统可以拥有两个正的Lyapunov指数、一个零指数和一个负指数,系统可以拥有超混沌状态。Lyapunov指数图反映出系统拥有较大的超混沌区域。系统可以历经周期状念、拟周期状态、混沌状态和超混沌状态,各个状态的吸引子具有多样的形状,通过Matlab仿真展示了系统各状态典型的吸引子,研究了超混沌系统的几个Poincaré截面。 3.针对同一个三维混沌系统,用混沌反控制法又构造了一个超混沌系统。因为引入了更恰当的状态反馈控制器,在系统参数变化范围内,该超混沌系统可以具有两个都大于1的Lyapunov指数。通过数值仿真发现,该系统拥有周期轨、拟周期轨、混沌轨和超混沌轨。 4.对第二个超混沌系统通过参数调整进行了改进,并分析了改进后系统的基本动力学特性。通过Lyapunov指数图发现该系统也拥有超混沌状态,而且拥有两个更大的都大于1的正的Lyapunov指数。又结合分佾图、相图和Poilacaré截面研究了超混沌系统的动力学行为。并运用中心流形理论对该系统的平衡点进行了的分叉分析,通过讨论中心流形上流的方程平衡点的分叉讨论了原系统平衡点的分叉情况,发现该系统具有叉式分又。
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