部分相互依存网络的同步能力分析与牵制控制

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近二十年来,对复杂动力网络的同步与控制的研究方兴未艾,相应的研究工作取得了长足的进展。关于复杂网络同步,主要基于两个方面进行研究:一是从网络结构出发,判断同步性能,提高同步指标;二是从动力学行为出发研究同步性能,给出同步条件。相互依存网络是由若干不同性质、不同尺度的复杂网络由相互依存关系耦合成的网络,也称为“网络的网络”。本文从以上两个方面分别研究了部分相互依存网络的同步能力和同步控制问题,主要内容和创新点有以下两个方面。  (1)基于主稳定函数法,本文提出了一些关于部分相互依存网络同步能力的理论结果。针对有界和无界同步区域,在正相关、负相关、随机相关三种不同的耦合方式下,本文分别研究了拓扑结构的特征统计量是如何影响以下两类相互依存网络的同步能力的,它们是:由Barabasi-Albert(BA)无标度子网络和Newman-Watts(NW)小世界子网络构成的网络(简称为BA-NW网络)以及由BA无标度子网络和最近邻(NN)子网络构成的网络(简称为BA-NN网络)。研究发现:若只增加网络的规模时,所有网络的同步能力都在降低;若只增加子网间的耦合强度或相互依存的节点个数,两类网络同步能力则不断地提高。总地来说,BA-NW网络的同步能力比BA-NN网络更强,且正相关是最好的耦合方式。相比之下,随机相关是BA-NN网络的最好选择。  (2)在李雅普诺夫稳定性理论的框架下,基于牵制控制技术、自适应控制技术和线性矩阵不等式,本文分别探讨了部分相互依存网络的耦合函数是线性和非线性函数时的自适应牵制异质同步问题。通过对网络中的部分节点施加控制器,本文提出了使得网络中的子网各自同步到各自的孤立节点系统的充分条件。最后的数值模拟验证了所提的理论结果的可行性与有效性。
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