几类特殊复超混沌系统及其同步控制

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混沌理论是非线性领域的研究热点,在通信、航天、生物、军事等领域有着广泛的应用。近几年,混沌系统在复数域的研究引起了很多学者的关注。相比于实混沌系统,状态变量处在复数域的复混沌系统,将具有更加复杂的系统特性和动力学行为。对于复超混沌系统来说,其具有更高的维度和更多的可控参数,应用在通信加密等领域,能够大大增强通信的安全性。因此,本文构建了几类新的复超混沌系统,对其系统特性和吸引子进行了分析,提出了参数吸引子和混沌族等概念,并实现了这几类新复超混沌系统的同步控制。本文的主要内容和创新点如下:(1)第一类新复超混沌系统的构建及其特性分析基于复Lorenz混沌系统,构建了第一类新复超混沌系统,确定了该系统的参数,并对其进行了系统特性分析。首先,在复Lorenz混沌系统的第一维引入非线性项和反馈项,构建出更为复杂的系统方程,之后进一步提高维度,得到新复超混沌系统。接着,分离新系统的实部和虚部,转化为等价的6维实混沌系统,计算了该系统的Lyapunov指数,分析了该系统的对称性、耗散性、Poincaré截面图等特性,研究了参数变化对该系统的影响,观察了该新复超混沌系统的吸引子相图,并对其进行了“0-1”测试。然后,将该新复超混沌系统推广到了分数阶和混合阶,研究了该系统在分数阶和混合阶下的系统特性,并讨论了阶次对该系统的影响。最后,对该新复超混沌系统进行了力学分析。(2)第二类新复超混沌系统的构建及特殊吸引子的提出基于复Chen混沌系统,构建了第二类新复超混沌系统,计算了该系统的Lyapunov指数,对其进行了系统特性分析,进行了“0-1”测试。观察了该新复超混沌系统的吸引子相图,发现具有一个奇特的混沌吸引子,称其为类蝴蝶吸引子。系统地研究了参数变化对混沌吸引子的影响,发现在不同参数取值下,系统会呈现不同的吸引子形态,称其为参数吸引子现象。对该系统进行了共存性分析,发现该系统不存在共存吸引子。将该新复超混沌系统推广到了分数阶和混合阶,讨论了分数阶下阶次和参数的影响,讨论了混合阶下的混合度问题,发现分数阶和混合阶新复超混沌系统也具有参数吸引子现象。对该系统进行了力学分析。总结了这两类新复超混沌系统,并对其推广,提出了混沌族的概念。(3)两类新复超混沌系统的Simulink实现在Simulink中对两类新复超混沌系统进行实际电路仿真,得到与Matlab仿真相同的吸引子相图,证明了这两类复超混沌系统利用实际电路实现的可行性。(4)两类新复超混沌系统的同步针对第一类新复超混沌系统,将其作为驱动系统和响应系统,设计完全同步控制器,并使用Simulink进行实际电路仿真,证明了实际电路实现同步控制的可行性。针对第二类新复超混沌系统,设计了跟踪控制器,能够跟踪常数、正弦函数以及复Chen混沌系统,能够在较短的时间内跟踪上期望目标。综上所述,本文构建了两类新复超混沌系统,发现了“类蝴蝶吸引子”,提出了“参数吸引子”,给出了混沌族的定义。提出使用Simulink仿真实现复超混沌系统,提出使用Simulink仿真实现复超混沌系统的完全同步,实现了第二类新复超混沌系统的跟踪控制。
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