专利名称：一种对单自由度系统实现混沌反控制的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种基于混沌的动力学控制方法领域，具体涉及一种单自由度系统的混沌反控制方法。本发明也涉及一种单自由度系统的混沌反控制装置。
背景技术：
Lorenz是混沌的创立者，他在1972年发表了一篇标题为“蝴蝶在巴西拍打翅膀会引发德克萨斯州的一场龙卷风吗？”的文章，也就是说任意小的初始扰动在长时间以后，也会使系统彻底偏离原来的演化方向，最终导致系统的结构彻底改变。系统的扰动参数可分为系统参数，系统变量和外部参数等等，所有系统的运动状态都是这个参数的函数，与其它参数无关，因而实现参数控制就是当前研究混沌控制与反控制的有效手段。对于一个非线性动力学方程来说，混沌现象的出现是由于系统中存在非线性项，非线性项表征了系统内部“非线性交叉耦合作用”，最终系统在某一个临界值的条件下才可能表现出混沌现象。基频2 π /T的信号经系统作用后，混沌道路选择周期分岔进入混沌状态的特点是周期点由一分为二，二分为四，四分为八，八分为十六等等，在功率谱上系统输出除了基频Qtl处有线谱尖峰外，在分频《^2，ω0/4,3ω0/4,...处也产生线谱，这样无限地分下去将导致混沌轨道的出现，功率谱上也会出现频谱展宽的现象。目前对混度的研究很热，但是单纯对单自由度系统分析系统参数对系统输出性能的影响，还未见详细的报道，对系统施加外激励使系统处于混度状态目前虽有很多学者研究了，但仅限于研究怎样控制系统参数使系统处于混沌运动状态，对施加外激励后系统输出功率谱变化的影响还未见详细的报道，尤其在外激励作用下，使系统处于混沌状态时的混沌程度强弱参数还未见详细的报告过。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使得单自由度系统处于要求的混沌运动状态的对单自由度系统实现混沌反控制的方法。本发明的目的还在于提供一种单自由度系统的混沌反控制装置。本发明的目的是这样实现的本发明的对单自由度系统实现混沌反控制的方法，包括以下步骤步骤Α、在无外激励时，根据单自由度系统的系统输出随系统参数变化的规律，选取系统参数；步骤B、在所述系统参数固定的情况下，对单自由度系统施加变化的周期性外激励；步骤C、确定使单自由度系统处于要求的混沌运动状态的系统参数与周期性外激励的关系；步骤D、根据单自由度系统的系统输出随周期性外激励变化的规律，确定周期性外激励，使得单自由度混沌系统处于有规律的运动状态。发明的对单自由度系统实现混沌反控制的方法还可以包括
1、在步骤D之后还包括根据单自由度系统的系统输出，确定系统所处混沌状态的功率谱下降值，实现对线谱噪声的降低。2、所述选取系统参数的方法包括步骤Al、无外激励时单自由度系统表示为
权利要求
1.一种对单自由度系统实现混沌反控制的方法，其特征是包括以下步骤步骤A、在无外激励时，根据单自由度系统的系统输出随系统参数变化的规律，选取系统参数；步骤B、在所述系统参数固定的情况下，对单自由度系统施加变化的周期性外激励； 步骤C、确定使单自由度系统处于要求的混沌运动状态的系统参数与周期性外激励的关系；步骤D、根据单自由度系统的系统输出随周期性外激励变化的规律，确定周期性外激励，使得单自由度混沌系统处于有规律的运动状态。
2.根据权利要求1所述的对单自由度系统实现混沌反控制的方法，其特征是在步骤D 之后还包括根据单自由度系统的系统输出，确定系统所处混沌状态的功率谱下降值。
3.根据权利要求1或2所述的对单自由度系统实现混沌反控制的方法，其特征是所述选取系统参数的方法包括步骤Al、无外激励时单自由度系统表示为V + rx' + i^x + hgkx') =。，其中，χ为系统输出状态变量，χ'为状态变量对时间的一阶导数，χ"为状态变量对时间的二阶导数，r为阻尼系数，Qci为系统固有的谐振角频率，g(x，x')为系统的非线性恢复力，k3为非线性恢复力系数；步骤A2、利用四阶龙格-库塔法做出所述单自由度系统的系统输出随阻尼参数r和非线性恢复力系数&变化的全局分岔图；步骤A3、选取单自由度系统处于要求的混沌运动状态的阻尼参数r和非线性恢复力系数k3
4.根据权利要求3所述的对单自由度系统实现混沌反控制的方法，其特征是所述周期性外激励为+仍)，i代表施加外激励的个数，i = l,2,3..., Ai, Qi和分别为第i个外激励的幅值，角频率和初始相位。
5.根据权利要求4所述的对单自由度系统实现混沌反控制的方法，其特征是所述确定使单自由度系统处于要求的混沌运动状态的系统参数与周期性外激励的关系的方法为步骤Cl、将施加周期性外激励时单自由度系统表示为χ" + rx' + ω χ +U3X3=Yj A1 cos(Q^ + ^)，其中 r 是系统的阻尼参数；步骤C2、利用Melnikov函数确定阻尼参数r与外激励幅值和频率的关系。
6.根据权利要求5所述的对单自由度系统实现混沌反控制的方法，其特征是所施加的周期性外激励为正弦外激励WcoKirt + ^，确定周期性外激励的方法为步骤D1、利用四阶龙格-库塔法做出单自由度系统的系统输出随外周期性外激励的幅值A和角频率ω变化的全局分岔图；步骤D2、选取单自由度系统处于要求的混沌运动状态的周期性外激励的幅值A和角频率ω ο
7.—种单自由度系统的混沌反控制装置，包括初始模块、非线性模块、控制模块和反馈模块，其特征是所述初始模块用于向非线性模块输入系统参数，并且用于根据反馈模块的反馈结果，调整系统参数；所述控制模块用于向非线性模块输入周期性外激励，并且用于根据反馈模块的反馈结果，调整周期性外激励；所述反馈模块用于根据非线性模块的输出端信号判断非线性模块是否处于要求的混沌运动状态；当不处于要求的混沌运动状态时，通知初始模块和/或控制模块将参数调整至要求的混沌运动状态的参数。
8.根据权利要求7所述的对单自由度系统实现混沌反控制装置，其特征是还包括显示模块，用于显示系统输出的全局分岔图和/或功率线谱，记录符合条件的控制参数。
9.根据权利要求7或8所述的对单自由度系统实现混沌反控制装置，其特征是所述初始模块输入和/或调整的系统参数为阻尼参数和非线性恢复力系数；所述控制模块输入和 /或调整的周期性外激励为周期性外激励的幅值和角频率。
全文摘要
本发明提供的是一种对单自由度系统实现混沌反控制的方法及装置。在无外激励时，根据单自由度系统的系统输出随系统参数变化的规律，选取系统参数；在所述系统参数固定的情况下，对单自由度系统施加变化的周期性外激励；确定使单自由度系统处于要求的混沌运动状态的系统参数与周期性外激励的关系；根据单自由度系统的系统输出随周期性外激励变化的规律，确定周期性外激励，使得单自由度混沌系统处于有规律的运动状态。本发明可通过调节输入系统的参数阈值，产生所需要的混沌状态，同时也可消除系统所处的混沌状态，系统灵活可控程度高，方便达到工程需要。
文档编号G05B13/04GK102323753SQ20111019234
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者兰朝凤, 时胜国, 杨德森, 洪连进, 董雷 申请人:哈尔滨工程大学