基于状态空间模型分解的分数阶系统辨识算法

给出了分数阶线性系统的一种有效辨识算法。该算法可以辨识出系统的模型参数,同时也可以对系统的阶次进行辨识。通过基底变换把分数阶系统的系统矩阵变换成对角阵,这就把原系统的输入、输出关系转化为若干简单的子系统的和,从而降低了辨识问题的复杂性。该算法还能容易地获得系统的输出误差对其模型参数及系统阶次的偏导数,从而可以选择利用梯度的优化算法,如梯度下降法和拟牛顿法等,进行系统辨识。最后给出了实例证明了算法的有效性。

分数阶系统状态空间描述的数值算法

利用Gr櫣nwald＿Letnicov分数微积分定义计算分数微积分的数值解,计算精度仅为1阶,不能满足快速收敛性要求.给出并证明了分数阶微积分的高阶近似所应满足的条件,并在此基础上推导出分数阶线性定常系统状态空间描述的数值计算公式.本法不但公式简单易编程,而且具有计算精度高、运算速度快等优点.给出一个粘弹性动态系统的仿真实例,验证了其有效性.

分数阶MIMO控制系统状态空间建模分析

文章对分数阶连续与离散控制系统进行分析和数学描述,用2种方法在状态空间得出其数学模型,以带有分数阶连续与离散控制器的分数阶控制系统状态空间建模为例,对2种模型进行比较,并讨论了分数阶系统稳定分析的可行性。

线性Caputo型分数阶三维动力系统解的空间结构及动力学行为

基于系数矩阵特征值的分类情况,采取一系列线性变换和Laplace变换,结合Mittag-Leffler函数的敛散性,对Caputo型分数阶三维动力系统进行了研究,得到了分数阶三维动力系统解的相空间结构及动力学性质。

离散时间分数阶多自主体系统的时延一致性

复杂工作环境中,许多自然现象的个体动力学特性用整数阶方程不能描述,只能用非整数阶(分数阶)动力学来描述个体的运动行为.本文假设多自主体系统内部连接组成有向加权网络,个体的动态特性应用分数阶动力学方程描述,个体之间数据传输存在通信时延.应用分数阶系统的Laplace变换和频域理论,研究了离散时间的分数阶多自主体系统的渐近一致性.应用Hermit-Biehler定理,研究了具有样本时延的分数阶多自主体系统的运动一致性,得到保证系统稳定的时延的上界阈值.最后应用一个实例对结论进行了验证.

基于状态观测器的分数阶统一混沌系统的同步控制

基于状态观测器控制法,提出一种分数阶系统状态观测器,实现了2.7阶统一混沌系统的同步控制.Matlab仿真结果表明,基于状态观测器的控制方法不仅适用于整数阶混沌系统,也适用于分数阶混沌系统.利用该方法实现混沌系统的同步,无需计算系统的Lyapunov指数,在工程上易于实现,为混沌系统及分数阶混沌系统在实际中的应用奠定了理论基础.

分数阶系统时域子空间辨识

研究了分数阶系统的时域辨识问题,给出了一种新的分数阶系统时域子空间辨识算法.当分数阶微分阶次已知时,通过计算输入输出信号的分数阶微分,构造新的输入输出数据方程对系统的参数进行子空间辨识.当分数阶微分阶次未知时,通过代价函数将阶次辨识问题转化为参数寻优问题.采用Poisson滤波器有效避免了在计算分数阶微分时输入输出信号必须高阶可导的问题.通过分析给出了权矩阵的选取方式,提高了时域子空间辨识结果的精度.数值仿真结果表明了该算法的有效性.

基于状态观测器的分数阶时滞混沌系统同步研究

研究分数阶时滞混沌系统同步问题,基于状态观测器方法和分数阶系统稳定性理论,设计分数阶时滞混沌系统同步控制器,使得分数阶时滞混沌系统达到同步,同时给出了数学证明过程.该同步控制器采用驱动系统和响应系统的输出变量进行设计,无需驱动系统和响应系统的状态变量,简化了控制器的设计,提高了控制器的实用性.利用Lyapunov稳定性理论和分数阶线性矩阵不等式,研究并给出了同步控制器参数的选择条件.以分数阶时滞Chen混沌系统为例,设计基于状态观测器的同步控制器,实现了分数阶时滞Chen混沌系统同步,并将其应用于保密通信系统中.仿真结果证明了该同步方法的有效性.

基于状态观测器的新分数阶超混沌系统广义同步

研究一个新分数阶超混沌系统的非奇异矩阵系数的广义同步问题.根据实际问题需要,这个新的分数阶超混沌系统采用Caputo分数阶导数的定义.针对这个系统,设计了一个基于极点配置理论和分数阶线性系统稳定理论的状态观测器.通过配置误差系统系数矩阵极点位置,设计得到反馈矩阵L,使得观测器状态的线性非奇异变换与该分数阶超混沌系统的状态实现广义同步,从而也使这个观测器可以实现包括完全同步、反同步和投影同步等经典的同步形式.数值仿真验证了该方法的有效性.

基于短记忆原理的分数阶系统时域子空间辨识

针对多变量分数阶系统提出一种基于短记忆原理的时域子空间辨识算法,该算法能够有效辨识多变量分数阶系统的系数矩阵和分数阶微分阶次.利用Poisson矩函数对输入输出信号进行滤波预处理,构造了子空间方法的输入输出矩阵,通过代价函数将分数阶微分阶次辨识转化为参数寻优问题,利用分数阶微分的短记忆原理,将分数阶微分阶次和输入输出数据矩阵进行分离,避免了输入输出信号的分数阶微分计算过程.数值仿真对算法的有效性进行了验证.

基于原对偶状态转移算法的分数阶多涡卷混沌系统辨识

未知分数阶混沌系统参数辨识问题可转化为函数优化问题,是实现分数阶混沌系统同步与控制的关键.结合正交学习机制和原对偶学习策略,提出一种原对偶状态转移算法,用于解决分数阶混沌系统的参数辨识问题.利用正交学习机制产生较优的初始种群增加算法的收敛能力,并引入原对偶操作增加状态在空间的搜索能力,提高算法的寻优性能.在有噪声和无噪声情况下以分数阶多涡卷混沌系统的参数辨识为研究对象进行仿真.结果表明了该算法的有效性、鲁棒性和通用性.

分数阶时滞系统的频域子空间辨识

研究了利用频率响应数据辨识分数阶时滞系统子空间模型的问题,给出了一种差分进化算法与频域子空间方法相结合的辨识算法.利用差分进化算法搜索最优分数微分阶次和时滞参数,而对于固定的分数微分阶次和时滞,则采用分数阶频域子空间辨识方法得到状态空间模型.通过仿真算例验证了该算法的有效性.

一阶光学系统分数傅里叶变换的相空间分析

在维格纳相空间中,通过将一阶光学系统的传输矩阵分解为坐标旋转、比例缩放和啁啾矩阵的组合,得到了一阶光学系统在空域的分数傅里叶表示。结果表明:任意一阶光学系统均可表示为经过比例缩放和二次相位调制的分数傅里叶变换。通过将输入输出光场在相空间中作π/2角旋转,得到了一阶光学系统在频域的传输矩阵和衍射积分公式,进而得到了一阶光学系统在频域的分数傅里叶表示。比较空域和频域一阶光学系统的相空间变换矩阵,说明2个系统本质上属同一变换在不同基坐标下的表示,并推导出了光学系统在空域和频域具有相同分数傅里叶变换的条件。

无平衡点分数阶混沌系统全状态自适应控制

针对一类无平衡点的分数阶混沌系统,首先通过分数阶微分变换方法(FDTM)得到它的解序列。然后,研究了系统的Kaplan-Yorke维数和耗散性,基于系统的离散映射通过QR分解得到最大Lyapunov特征指数,通过该特征指数可以判断系统是否保持混沌。最后,给出一种全状态自适应控制方法,使系统的状态变量追踪期望轨迹,并通过数值模拟验证了本文算法的可行性。

事件空间中一类拟分数阶Birkhoff系统的Noether定理

基于按指数律拓展的分数阶积分,研究事件空间中拟分数阶Birkhoff系统的Noether对称性与守恒量.首先,基于按指数律拓展的分数阶积分定义,给出事件空间中拟分数阶Pfaff作用量,建立事件空间中拟分数阶Pfaff-Birkhoff原理,并导出Pfaff-Birkhoff-d’Alembert原理,得到事件空间中拟分数阶Birkhoff系统的运动微分方程.其次,计算Pfaff作用量的全变分,给出事件空间中拟分数阶Pfaff作用量的两个变分公式.建立事件空间中拟分数阶Birkhoff系统的Noether对称性的定义和判据.最后,建立事件空间中拟分数阶Birkhoff系统的Noether定理,揭示了系统的Noether对称性与守恒量之间的内在联系.如果分数阶时间积分参数γ=1,则该定理退化为经典的事件空间中Birkhoff系统的Noether定理.文末举例说明结果的应用.

分数阶离散Lorenz系统的动力学行为

研究了一个分数阶离散Lorenz映射系统的动力学行为.首先研究了系统随不同参数变化的动力学行为,发现系统发生了周期倍分岔和Hopf分岔.然后为了进一步研究系统的动力学行为,基于数值模拟,得到了系统随参数和分数阶的阶数同时变化的三维分岔图.通过三维分岔图发现,该映射系统随着阶数的逐渐减小,动力学行为变得越来越简单,最后完全进入周期窗口;随着阶数逐渐增大,动力学行为变得越来越复杂.

分数阶(2+1)维Hybrid-Lattice系统的精确解

将G′/G展开法应用到离散分数阶系统,成功求解了分数阶(2+1)维Hybrid-Lattice系统的精确解。研究结果显示,利用该方法求解分数阶(2+1)维Hybrid-Lattice系统十分简洁高效。

分数阶连续线性系统基于观测器的H∞状态反馈控制器的设计

讨论了分数阶连续线性系统的基于观测器的H∞控制器设计问题。首先给出了使闭环系统渐进稳定且满足H∞性能指标的充分条件。其次,采用矩阵的奇异值分解方法,以线性矩阵不等式的形式给出了基于观测器的H∞状态反馈控制器存在的充分条件。最后通过数值算例验证了方法的有效性。

基于分数阶积分器的分数阶混沌系统状态观测器同步研究

提出了一种基于分数阶积分器的分数阶混沌系统状态观测器同步算法。通过引入一个新的变量,该变量是将驱动系统的输出信号与传输信道中干扰的和进行分数阶积分处理,然后再作为输入信号加到观测系统中,以便实现分数阶混沌系统的状态观测系统同步。然后利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式证明了该方法的正确性。将该同步方法应用于分数阶Chen混沌系统,得出了同步误差曲线,仿真结果表明了该同步方法的有效性,最终实现了分数阶混沌系统的状态观测器同步。

分数阶Lorenz系统状态反馈控制

引入了分数阶Lorenz混沌系统及分数阶系统稳定的充分条件,给出了分数阶Lorenz系统的状态反馈控制方法并对受控系统进行了稳定性分析。仿真实验验证了该方法能有效地控制混沌系统到失衡的平衡点。