一个新的混沌系统及其性质研究

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・ ・ ・
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近几年来, 人们对 混 沌 和 超 混 沌 的 生 成 进 行 了 许 多
[ $ — %)] 有成效的研究 3
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第 ’’ 卷 第 D 期 &##( 年 D 月 (#D) %###="&>#L&##(L’’ L">’(=#D




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关键词:混沌系统,混沌生成,*+,-./ 系统,*4567.+8 指数谱
!"##:#’)’
了一个统一的混沌系统族 3 文献 [’ , 构造了 两个具 (]
%H 引

[ %]
有五个平衡点的新的三维混沌系统 3 文献 [’] 中构造 的新系统的动力学方程为 发现第一个混沌吸引子以
・ ・ ・
自 %>(" 年 *+,-./
万方数据
图(
( -) 关于 $ 的分岔图 ’ 变化时系统的 $% 谱以及关于 $ 的分岔图 ( #) $% 谱图,
01-(




&& 卷
变化, 系 统 的 最 大 !" 由 大 于 零 过 渡 到 等 于 零 # 图 $ (%) 也反映出随着 ! 的变化, 系统由混沌状态过渡到 周期解 # 图 & 给出了参数 ! ’ ( )* 和 + 时 系 统 的 轨 道 图# 情况 ! [,* , $! --] # 固定参数 " ’ ,( , 改变 $, ! ’ ,, # ’ *,
为了方便起见, 可以将方程 (%) 写成向量的形式
图,
当 " ! )* , ( %) 的典型混沌吸引子 ( -) ( .) ( /) & ! ), $ ! )+ , ’ ! , 时系统 %!# 三维空间相图, #% 平面相图, !% 平面相图,
( &) !# 平面相图
! " ! " 基本动力学特性 ) 0 ) 0 , 0 对称性 系统 (%) 具有自然的对称性, 即做变换 ( !, #, % )"( " ! ," # , %) 后, 系统保持不变 $ 变换 (+) 式可表示为 +: ! " ! , ( * " , + ! * ", * *
! ( + !) $ !# %( ’ % & & % ) ! & %’ ! % ! %’& ’ 在 (+ ) 和 ( 1! ) 式 的 条 件 下, 根 据 95:;<=>:?@7;A 条 件,
这两个平衡点都不稳定 ’ ! " ! " B ’ 分岔图、 CD 谱图及轨道图 情况 ! 固定参数 ’ $ ! , 改变 %, & $ !E , ) $ 1, [* " 1 , %# !( " +] ’ 当 %在 [* " 1 , 变化时, 系统的 CD 谱以及关 !( " +] 于 # 的分岔 图 如 图 ! 所 示 ’ 当 有 一 个 CD 大 于 零 的
没有很明确的界限 ! 图 & 给 出 了 参 数 ! 取 定 一 些 值时系统的轨道图 ! 当 ! ’ ( 时,系 统 存 在 一 个混沌吸引子, 当 ! ’ ), ) * + 和 ", 时 系 统 均 是 周 期的 !
图&
( -) ( .) ! ’ (, ), ) * + 和 ", 时系统的轨道图 ( #) ! ’ ( 时混沌吸引子的 "# 平面相图, ! ’ ", 时周期轨的 "# 平面相图, !’)
万方数据
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+期
・ ・ ・
王杰智等:一个新的混沌系统及其性质研究
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( ! " #) , !! " # ! " $# # !% , % ! " &% # ’!# $ (%)
&( , (’) * () ! ( &) ( ( 是方程 (%) 右边的函 式中, ( !, * () (! #, %) !! , 数, ", &, $, ’ 为实常数 $ 当 " ! )* , & ! ), $ ! )+ , ’! 如图 , 所示 $ , 时系统存在一个典型混沌吸引子,
本文提出了一 个 新 的 三 维 混 沌 系 统, 该系统含 有四个参数, 第二 个 方 程 和 第 三 个 方 程 各 含 有 一 个 非线 性 乘 积 项 3 文 中 利 用 理 论 推 导、 数 值 仿 真、 ( *? ) 谱、 分 岔 图 和 9+:.;5,< 截 面 图 分 *4567.+8 指 数 析了新混沌系统的 基 本 动 力 学 特 性, 验证了系统的 混沌特性 3
一个新的混沌系统及其性质研究 !
王杰智 ! 陈增强 袁著祉
(南开大学自动化系, 天津 "###$%) ( &##’ 年 %% 月 && 日收到; &##( 年 ) 月 $ 日收到修改稿)
构造了一个新的不同于 *+,-./ 系统、 两 01-. 系统和 *2 系 统 的 三 维 连 续 自 治 混 沌 系 统 3 该 系 统 含 有 四 个 参 数, 个非线性乘积项 3 通过理论推导、 数值仿真、 分岔图 和 9+:.;5,< 截 面 图 研 究 了 系 统 的 基 本 动 力 学 特 *4567.+8 指数谱、 性, 并分析了改变不同参数时系统动力学行为的变化 3
1" +( , * * $ ,
它满足 ( ( () , * +( ) ! +* 万方数据 即系统关于 且这种对称性对所有参数均成 % 轴对称,
对系统 (%) , 可以验证 ・ ・ ・ , ! !! " ’## # %% ! " ! "
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4 $’ " " ) # " &% ) 2 * $ 4
! I ! J #% , # I J $# K !% , % I J &% K !# 3 ())
来, 混沌理论得到了迅 猛 的 发 展 3 *+,-./ 吸 引 子 是 迄 今为 止 被 研 究 最 为 深 入 的 混 沌 吸 引 子 3 在 *+,-./ 系 统的基础上, %>>> 年 01-. &##& 年 *2 和 01-.
( (
立 $ 例如, 由图 ( 可以看出, 当 " ! )*, , &) & ! ), $ ! )+, 系统在 !# 平面的相图关于原点对称 $ ’ ! , 时, ) 0 ) 0 ) 0 稳定性 可以证 明, 在 " 2 *, & 3 *, ’ 2 * 且满足条件 (+) 系统 (%) 关 于 原 点 是 全 局、 一致渐 4 $’ " " 2 * 时, 近稳定的 $ 事 实 上, 我 们 可 以 构 造 如 下 的 56-789:; 函数: ( !, , #, %)! , ) ( ! " ’# ) # % ) ) $ )
$ % & % 新的混沌模型及其典型混沌吸引子 本文提出的混沌系统的动力学方程为
混沌反控制法使人们对混沌生成的研究产生了 极大的兴趣 3 文献 [)] 在 *+,-./ 系统的基础上 又 构造
(批准号: 、 高等学校博士学科点专项科研基金 (批准 号: 和教育部新世纪优秀人才支 (#"$)#"$ , (#’$)#"() &##’##’’#%" ) ! 国家自然科学基金 持计划 (批准号: 资助的课题 3 &##’=&>#)
( ) (*) 当 (! ( 时收缩为体积元 ! - & ’ % & & % ( ’ 这 意 味 着,



% /* $ * * 和特征多项式
& % & & *
* * & ’
在 (+) 式的条件下, 系统 (() 是耗散的, 并以指数
包含系统轨线的每个小体积元以指数速率 . 时, ( ’ % & & %) 收缩到 零, 所有系统的轨线最终会被 & 限制在一个体积为 零 的 极 限 子 集 上, 其渐近运动将 被固定在一个吸引子上 ’ 这说明了吸引子的存在性 ’ ! " ! " / " 平衡点 令系统 (() 的右端为零, 若 ’&) 0 * , 则系统具有如下的三个平衡点: (* , , *, *) ** $ *1 $ *! (1*)
#+BE




BB 卷
! " ! " # " 耗散性 由于散度 " # $ ! $" % " % " "" "# "$ $ % & & & ’’ 为了使系统 (() 成为耗散的, 要求 % & ’ & & ) *’ 形式 ,! ( ’ % & & %) ( & $ ,( 收敛 ’ 也就是一个初始体积为 ! (*) 的体积元 在 时 刻
时周期轨的 "$ 平面相图, ( /) ! ’ ) * + 时周期轨的 "$ 平面相图
情况 ! [0 * 2 , ’! 3] !
固定参数 ! ’ "0 , 改变 ’ , % ’ "1 , & ’ 2,
当 ’在 [0 * 2 , 变 化 时, 系 统 的 $% 谱 以 及 关 于 3] ( #) 可 见, 随着 ’ 的 $ 的分岔图如 图 ( 所 示 ! 由 图 (
万方数据
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(! & % ) (! % & ) (! % ’ ) ( + !) $ (+)
# ! $ ! %( ’ % & & % ) !
Hale Waihona Puke Baidu
%( ’& & %& & %’ ) ! & %’& ’ 由 (11) 式可知, 此时 , $ ’ % & & %, - $ ’& & %& & %’ , . $ & %’& ’ 若 % 0 *, ’ 0 *, & ) *, ) 0 *, (1!) 根据 95:;<=>:?@7;A 条 件, 所有的特征值都具有负实 部当且仅当 , 0 * , (+) 和 - 0 *, . 0 *, ,- & . 0 * ’ 在 (1!) 式的条件 下, 此时不是所有的特征值都具有负 (*, 是 不 稳 定 的, 且是一 实部, 因此平衡点 * * $ *, *) 个三维相空间中的鞍点 ’ 可以 把系统 (() 分别在平衡点 * 1 , * ! 处线性化, 得到如下相同的特征多项式:
( ) ’&) ’&) $(& " ,& " , &) ’ ) )
"’&) , "’&) , & , ) )
# !
把系统 (() 在各 平 衡 点 处 的 线 性 化 系 统 的 特 征 多 项 式统一表示为 (11) ( + !) $ ! % , ! % ! % .’ (() 线性化, 得 23456738 矩阵 在 * * 处把系统
01-. 系统的动力学方程为
・ ・ ・
( # J !) , !I " ( $ J ") #I ! J !% K $# , % I !# J &% 3
・ ・ ・
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*2 系统的动力学方程为 ( # J !) , !I " # I J !% K $# , % I !# J &% 3 (")
&H 一 个 三 维 混 沌 模 型 及 基 本 动 力 学 特性
[ "] [ &]
利用混沌反控制方法成
文献 [(] 中构造的新系统的动力学方程为
・ ・ ・
功实 现 了 一 个 新 的 三 维 混 沌 系 统— — — 01-. 系 统 3 又通过 混 沌 反 控 制 思 想 发 现 了 这 个 三 维 混 沌 系 统 在 *+,-./ 系 统 和 01-. *2 系 统, 系统之间架 起 了 一 座 桥 梁 3 *+,-./ 系 统 的 动 力 学 方 程为
图!
( 6) 关于 # 的分岔图 % 变化时系统的 CD 谱以及关于 # 的分岔图 ( 3) CD 谱,
1期
王杰智等:一个新的混沌系统及其性质研究
&3+3
时候, 系统处于混沌状态 ! 由图 " ( #) 可 见, 随着 ! 的 变化, 系 统 的 最 大 $% 时 而 大 于 零, 时 而 等 于 零, 说 明在 ! 变 化 的 过 程 中 混 沌 与 周 期 轨 交 替 出 现 ! 实 际上, 随着参数 的 变 化, 混沌与周期解之间的过渡
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