一种电流模式Buck-Boost变换器的混沌与反混沌混合控制方法*

由于混沌系统具有内在随机性的特征,其状态变量之间的关联性有时很弱,甚至不相关,因而难以对系统实施有效控制。本文基于状态关联和参数扰动的思想提出了一种Buck-Boost变换器混沌与反混沌混合控制方法。该方法首先定义一个调整系数来表征状态变量之间的耦合强度,通过调节该系数达到控制其耦合强度的目的,并建立系统的数学模型。然后利用系统的微分项来表征参数扰动项,对系统施加一定范围的参数扰动。最后根据控制目标,通过改变调整系数实现对系统的混沌与反混沌控制。基于单值矩阵理论和Simulink仿真平台验证了方法的有效性。该方法仅需调整一个外部参数,即可将任意状态下的电流型Buck-Boost变换器控制到周期1、2轨道及混沌态。     

Josephson结电路系统的混沌控制

本文在考虑隧道效应的前提下,分析了含Josephson结电路系统的复杂非线性动力学,建立了系统的非线性动力学方程。根据系统的相图、分叉图及Lyapunov指数图分析了系统由周期运动进入混沌运动的过程。利用外加耦合控制器和利用非线性状态反馈反馈法两种方法实NT系统混沌运动的周期控制,得到了受控系统的周期运动相图及混沌控制控制参数变化时的分叉图。并讨论了这两种控制方法的特点。     

混流式水轮机调节系统建模与非线性动力学分析

为了深入研究混流式水电站系统的稳定性问题,在简单式调压井模型基础上,考虑弹性水击效应、发电机转子二阶动态模型等因素,建立起了新的调压井单机单管混流式水轮机调节系统的非线性数学模型。通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等非线性动力学特征,分析了调速器参数变化时水轮机调节系统的非线性动力学响应,得出系统的动力学变化规律和特征,初步确定系统稳定运行的参数调节范围,为混流式水电站系统正常运行提供了理论参考。     

Boost变换器中的斜坡补偿法扩展及其性能评估

DC/DC开关变换器是一类强非线性控制系统,其中的混沌现象及混沌控制的研究是近年来电力电子领域中的一个研究热点.本文针对峰值电流模式控制Boost变换器的动力学模型,详细分析了斜坡补偿法控制混沌的原理,并将其扩展为多个周期信号的补偿方法,同时提出了混沌控制的综合评价标准,以对各种补偿信号的控制结果进行综合评估.评估结果表明:三角波补偿是一种较好的混沌控制手段,且理论分析可以给出有效控制的最优相移和幅度的预计,从而为变换器的稳定设计提供了理论指导,另外相关研究也给出了一般非线性系统中混沌控制的评估方案和思路.     

基于不稳定周期轨道的参数扰动法在Boost变换器混沌控制中的应用

电力电子变换器是典型的非线性系统,分岔与混沌等非线性动力学现象的存在限制了变换器的工作范围,并对变换器性能产生了不良影响。因此,在对Boost变换器进行非线性动力学分析的基础上,通过采用一种基于不稳定周期轨道的参数扰动法,对处于混沌态的变换器进行控制,使重新工作于周期-1态。MATLAB数值仿真结果证明控制方案的有效性,在不改变主电路参数的前提下,可以扩大DC-DC变换器的稳定工作空间,提高变换器的增益,降低输出电压和输入电流的纹波,使变换器的性能得以提升。     

Rossler系统的混沌控制

根据Rossler系统的动力学方程,数值仿真了系统随自身参数变化的全局分岔图,分析了参数变化引起系统动力学行为的变化。针对系统混沌状态,分别用自适应控制法和控制法两种方法对系统进行控制,仿真结果显示:两种控制法均能将系统控制在稳定的周期轨道。对比了两种控制法对系统控制的结果,在自适应控制中,随着控制参数逐步减小,系统由单周期运动经倍化分岔为双周期运动,再经倍化分岔序列最终通向混沌,动力学行为规则,对应控制参数选择区域连续;在控制中,系统由混沌状态转变为三周期运动,随着控制参数逐步增大,周期运动发生倍化分岔,再经倍化分岔序列通向混沌,系统动力学行为丰富,对应控制参数选择区域范围明确。为Rossler系统的动力学行为研究和混沌控制提供了理论支持,为Rossler系统在工程领域的应用及控制提供了参数选择区域,为其它系统的混沌控制及动力学行为研究提供了经验和方法。     

应用于超级电容储能系统的双向DC/DC变换器混沌控制方法研究

超级电容储能系统(SCESS)主要通过对双向DC/DC变换器进行控制来快速平抑直流母线电压的波动。为了抑制控制过程中所产生的一些分岔和混沌现象,提出了一种应用于SCESS的混沌控制方法。分析了该方法的控制原理,并根据非线性动力学理论建立了双向DC/DC变换器的离散迭代模型;然后设计了一种能够自动调节补偿斜率的混沌控制信号;最后对该信号作用下的异步切换函数和同步切换映射式进行了数值求解,从而绘出系统分叉图。通过仿真和试验证明,该方法能够有效抑制SCESS的分岔和混沌现象,提高了系统的稳定工作范围和动态响应速度。     

应用延时反馈控制电力系统混沌振荡

混沌是非线性系统的固有现象.电力系统是典型的非线性系统,存在着复杂的混沌振荡,它威胁着系统的安全稳定运行.本文利用混沌控制方法之一--延迟反馈法(DFC)控制电力系统混沌振荡,利用Melnikov方法确定延迟时间和反馈系数.数字仿真结果表明,选择适当的延迟时间和反馈系数能够镇定系统的不稳定周期轨道(UPO)、消除混沌,并能使系统从失稳状态进入稳定状态.由于不需要外加参考信号,延迟时间与UPO的周期无关,不必是UPO周期的整数倍,所以该方法简单易行.     

Chen式系统的动力学行为研究及混沌抑制

进一步研究了Chen式系统的动力学行为,理论分析了系统在平衡点的稳定性。通过经典四阶龙格——库塔方法数值仿真了系统随不同参数变化的全局分岔图,通过分岔图揭示了在不同参数下通过不同形式通向混沌的复杂动力学行为。在不同参数时,存在周期运动、叉式分岔、倍化分岔序列、混沌行为。通过相图和时间响应图演示了混沌现象。采用比例微分控制方法进行控制,数值仿真结果表明被很好的控制在周期二和长周期轨道。     

行波超声波电动机混沌建模与分析

作为一个复杂的非线性动力学系统,在一定的参数范围和外部输入条件下,行波超声波电动机系统存在复杂的混沌运动,但至今未见相关研究。在建立行波超声波电动机非线性混沌分析模型基础上,分析行波超声波电动机转速控制系统的Lyapunov指数谱、分岔图及电压相对于转速的轨迹图等非线性运行特性,为超声波电动机的混沌控制及反控制研究奠定了基础。     

采用混沌振子和新相态判别法的局部放电检测

为了降低信号检测的信噪比,利用新型混沌振子作为检测工具,采用Lyapunov指数法分析动力学特性,通过提升临界混沌阈值精度减少在覆盖初始相位差方面混沌振子的使用数量。针对各主要相态判别方法的局限性,利用系统周期特点提出新相态判别法并设计仿真电路,实现相态的自动识别并记录间歇混沌状态周期。最后对单指数衰减振荡型局部放电信号进行检测。仿真结果表明,新型混沌振子动力学特性丰富,抗噪性能优越,能够实现更低的信噪比检测,新相态判别法不受过渡过程的影响,适用于任何混沌振子且具备电路实现的可行性,配合超高频传感器可以检测超高频毫伏级的变压器局部放电信号。     

Control and synchronization of fractional-order chaotic satellite systems using feedback and adaptive control techniques

In this article, we present the basic concepts of fractional calculus and control and synchronization of fractional-order chaotic satellite system . Existence and uniqueness solutions of fractional-order satellite system are discussed and local stability of the system at the equilibrium points are studied. The lowest dimension of chaotic attractor of satellite system is 2.88 which is obtained through utilization of the fractional dynamics and computational simulation. Lyapunov exponents and bifurcation diagrams are drawn to measure the existence of chaos in the system. Feedback control method for chaos control in the fractional-order satellite system is achieved. Synchronization of two identical noninteger order chaotic satellite systems are achieved through adaptive control methodology.     

基于非线性反馈方法的连续时间稳定线性系统的混沌反控制

提出了连续时间线性稳定系统跟踪任意混沌系统实现混沌化的一般方法，该控制器通过非线性反馈取得，其中的反馈增益矩阵的求取与所跟踪的混沌系统无关，只与原连续时间线性稳定系统的状态矩阵有关。通过跟踪Rossler混沌系统和Lorenz混沌系统说明了该方法的设计过程。仿真结果表明了该方法的有效性和快速性。     

Sliding mode disturbance observer control based on adaptive synchronization in a class of fractional‐order chaotic systems

In this paper, a fractional‐order Dadras‐Momeni chaotic system in a class of three‐dimensional autonomous differential equations has been considered. Later, a design technique of adaptive sliding mode disturbance‐observer for synchronization of a fractional‐order Dadras‐Momeni chaotic system with time‐varying disturbances is presented. Applying the Lyapunov stability theory, the suggested control technique fulfils that the states of the fractional‐order master and slave chaotic systems are synchronized hastily. While the upper bounds of disturbances are unknown, an adaptive regulation scheme is advised to estimate them. The recommended disturbance‐observer realizes the convergence of the disturbance approximation error to the origin. Finally, simulation results are presented in one example to demonstrate the efficiency of the offered scheme on the fractional‐order Dadras‐Momeni chaotic system in the existence of external disturbances.     

基于遗传算法的混沌系统多模型微扰控制

针对基于遗传算法的混沌系统多模型控制问题，为扩大控制器在吸引子中的作用范围，采用遗传算法引导混沌轨道的方法产生多模型控制策略，能使混沌系统在小的扰动作用下迅速从某一初始点到达目标点。对含有不确定参数的Henon混沌系统仿真表明，与其他方法相比能在更短的暂态时间内把系统控制到预定轨道。     

变型蔡氏电路的混沌保密通信

为了产生更复杂的混沌系统,使通信更安全可靠,设计了一种产生丰富混沌行为的变型蔡氏电路,并进行了理论分析和计算机仿真.在此基础上根据驱动-响应同步原理设计了混沌保密通信电路,以方波作为输入信号进行了相应的硬件实验研究,给出了通信系统中各元件的参数和各部分的波形.结果表明:电路实验结果与计算机模拟结果完全符合,并且在响应电路和驱动电路的元件参数一致,其相对误差小于1%的条件下,当输入方波信号频率在约8 kHz～9 MHz时,该变型蔡氏电路的混沌保密通信系统可以实现保密通信.     

电磁式电压互感器励磁特性对铁磁混沌电路的影响分析

电力系统中,含电磁式电压互感器（TV）的电路在某些情况下可能产生混沌振荡想象,其主要原因是TV铁芯的磁饱和效应导致铁芯电感非线性变化,在实际研究中常用励磁特性曲线描述TV铁芯电感的非线性变化。引用一个含TV的四阶自治铁磁电路模型,研究了TV励磁特性对铁磁电路的影响。理论分析与仿真结果表明：铁磁电路系统中存在混沌振荡现象,电磁式电压互感器非线性励磁特性是影响该电路混沌动力学行为的重要因素。     

基于C-C算法的混沌吸引子的相空间重构技术

基于混沌理论可以检测心率失常、分析脑电变化,发现复杂信号的特性.相空间重构是进行混沌分析,从几何和信息论角度计算混沌特性的必要步骤.相空间重构是有效的展现混沌吸引子动力学特性的一种方法.该方法要构造一个非线性时间序列的嵌入,选择合适的时间延迟.C-C算法结合了自相关函数和互信息方法的优点,既能有效减少计算量,又能保持系统的非线性特征.本文运用C-C算法进行相空间重建,考察通过C-C算法获得的最优延迟函数.在理论分析的基础上,本文将C-C算法实际应用于洛仑兹吸引子和一组实测心电信号的相空间重构,说明相空间重构的原理与使用.经过相空间重构,可以为进一步的混沌信号分析提供关键的嵌入维数和延迟时间等参数.     

一个超混沌系统的设计与电路实现

为了提高超混沌系统的随机性以产生复杂的超混沌信号用于混沌保密通信,通过在一个统一混沌系统中引入一个状态反馈控制器设计一个超混沌系统.利用理论和数值仿真的方法对系统的基本特性,如平衡点及在平衡点的特征值、分形维数、分岔图、Lyapunov指数等进行分析.为验证该系统,利用系统方法设计一个模拟超混沌电路.该设计方法重新标度时间和坐标变量,将状态方程变换为一个无量纲的标准方程,获得了一个确定电路参数的严格公式.实验中观察到了超混沌、混沌、拟周期、周期等动力行为,实验结果与数值仿真结果完全相符.