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    關(guān)于主-從混沌蔡氏電路系統(tǒng)滯后同步的若干新判據(jù)*

    2018-06-07 03:02:28盧雪菁吳曉鋒
    關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

    盧雪菁,吳曉鋒

    (閩南師范大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,福建漳州363000)

    蔡氏電路系統(tǒng)是一類由三階常微分方程描述并且可用簡(jiǎn)單的非線性電路實(shí)現(xiàn)的混沌系統(tǒng)[1-2]。多年來(lái),它已成為研究混沌科學(xué)的一個(gè)基本模型。許多文獻(xiàn)已證實(shí),在特定的主-從反饋控制框架下,兩個(gè)蔡氏電路系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)混沌同步[3-33]。這些反饋控制框架包括線性狀態(tài)誤差反饋控制[3-20]、脈沖控制[21-23]、 采樣控制[24-26]、 自適應(yīng)控制[27-31]、基于觀測(cè)器的控制和自適應(yīng)滑膜控制等[32-33]。

    本文研究線性狀態(tài)誤差反饋控制下的主-從蔡氏電路系統(tǒng)滯后混沌同步問(wèn)題。所謂的線性狀態(tài)誤差反饋控制可描述為u(t)=K(x-z),其中,x,z∈R3分別是主系統(tǒng)和從系統(tǒng)的狀態(tài)變量,K∈R3×3為待定的常數(shù)控制增益矩陣。

    文獻(xiàn)[3]首先通過(guò)數(shù)值仿真證實(shí)了基于線性狀態(tài)誤差反饋控制的主-從蔡氏電路系統(tǒng)可以在控制增益矩陣K=diag(k,0,0)、K=diag(0,k,0)和K=kI3等情況下達(dá)到混沌同步。文獻(xiàn)[4]隨后從理論上證明了控制增益矩陣K=diag(k,0,0)情形下混沌同步的條件是反饋增益k>6.4足夠大,并且猜想控制增益矩陣K=diag(0,k,0)情形也有類似的混沌同步條件。文獻(xiàn)[5]進(jìn)一步從理論上證明了這一猜想,但只得到了控制增益k在一個(gè)較小的區(qū)間內(nèi)可保證混沌同步的保守結(jié)果。文獻(xiàn)[6]改善了這一結(jié)果,證明了主-從蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣K=diag(0,k,0)情形下的混沌同步條件可以表示為k>k*的形式。

    許多研究者其后開始轉(zhuǎn)向?qū)ふ宜^的代數(shù)型混沌同步判據(jù),這種判據(jù)能夠直觀地用代數(shù)表達(dá)式給出由控制增益與蔡氏電路系統(tǒng)參數(shù)表示的混沌同步條件,因此很便于對(duì)控制器增益矩陣的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[7-17]證明了主-從蔡氏電路系統(tǒng)關(guān)于K=(0,0,K3)∈ R3×3、K=diag(k1,k2,k3)、K=kI3和K=diag(k,0,0)等控制增益矩陣情形下的代數(shù)型混沌同步判據(jù),其中K3∈R3。

    在主-從反饋控制框架中,主系統(tǒng)的狀態(tài)變量信息傳遞到從系統(tǒng)端的控制器時(shí)客觀存在有通道時(shí)延問(wèn)題。文獻(xiàn)[18-19]研究了主-從蔡氏電路系統(tǒng)在線性狀態(tài)誤差反饋控制下存在通道時(shí)延時(shí)的代數(shù)型滯后混沌同步判據(jù),其中,控制增益矩陣為K=diag(k1,k2,k3)和K=diag(k,0,0)等情形。

    上述對(duì)主-從蔡氏電路系統(tǒng)混沌同步的研究都是基于Lyapunov穩(wěn)定性理論,因此,所獲得的混沌同步判據(jù)都是充分條件。如何改進(jìn)這些充分性混沌同步判據(jù)使它們更接近于混沌同步的必要條件,一直是混沌同步科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)努力方向。本文基于文獻(xiàn)[15-16]的頻率域判據(jù),采用多項(xiàng)式理論中的斯圖姆定理和因式分解定理等工具,試圖得到主-從蔡氏電路系統(tǒng)在線性狀態(tài)誤差反饋控制下達(dá)到滯后混沌同步的較少保守性的代數(shù)型判據(jù),其中,混沌同步的滯后時(shí)間要求等同于主-從系統(tǒng)信息通道的時(shí)延時(shí)間,因此,這些新判據(jù)也適用于主-從系統(tǒng)通道時(shí)延為零的完全混沌同步問(wèn)題。實(shí)例仿真表明,它們比現(xiàn)有的同類結(jié)果具有較少的保守性,即更接近于混沌同步的必要條件。

    1 系統(tǒng)描述與同步框架

    考慮如下無(wú)量綱形式的第一類蔡氏電路系統(tǒng)[1]:

    和第二類蔡氏電路系統(tǒng) :

    其中,a和b為正常數(shù),r≥0,非線性項(xiàng)φ:R→R,且

    m0和m1為滿足m1>m0的任意常數(shù)。

    令x=(x1,x2,x3)T∈R3,并引入屬性參數(shù)α:當(dāng)蔡氏電路屬于第一類時(shí),取α=1;當(dāng)蔡氏電路屬于第二類時(shí),取α=0。那么,上述兩類蔡氏電路系統(tǒng)可以表示為統(tǒng)一的矩陣形式:

    其中,

    并且,dα=a(α+m1),α∈{0,1},非線性項(xiàng)σ:R→R滿足

    如果忽略蔡氏電路(1)或(2)中電感的電阻,那么r=0。

    把式(4)描述的系統(tǒng)作為主系統(tǒng),如下的蔡氏電路系統(tǒng)作為從系統(tǒng):

    其中的A,B,C和非線性函數(shù) σ:R→ R如式(5)或式(6)所示。在對(duì)從系統(tǒng)(7)施加一個(gè)控制u(t)后,可以得到一個(gè)由主-從蔡氏電路系統(tǒng)組成的同步框架:

    這里的u(t)選擇為帶有時(shí)延的線性狀態(tài)誤差反饋控制:

    其中,K∈R3×3為待設(shè)計(jì)的常數(shù)控制增益矩陣,τ≥0是同步控制過(guò)程中主系統(tǒng)端的狀態(tài)變量信號(hào)x(t)傳輸?shù)綇南到y(tǒng)端的控制器時(shí)所可能存在的信號(hào)傳輸與處理時(shí)延,假設(shè)它為常值并且可能是未知的。顯然線性狀態(tài)誤差反饋控制器(9)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

    我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)控制增益矩陣K,使得對(duì)于主、從蔡氏電路系統(tǒng)的任意初始狀態(tài)x(0)和z(0),下列極限被滿足:

    我們稱滿足條件(10)的主-從同步框架(8)達(dá)到滯后時(shí)間為τ的滯后同步。

    令誤差變量e(t)=x(t-τ)-z(t)。由同步框架(8)可知該誤差變量滿足如下動(dòng)力系統(tǒng):

    其中,非線性項(xiàng)η:R×R→R,并且

    由于e(t)=0時(shí),η=0,因此e(t)=0是誤差系統(tǒng)(11)的一個(gè)平衡點(diǎn)。顯然,滯后同步問(wèn)題(10)等價(jià)于誤差系統(tǒng)(11)在平衡點(diǎn)e=0的全局漸近穩(wěn)定性問(wèn)題。

    定義1對(duì)于μ1<μ2<+∞,稱一維函數(shù)f(y):R→R關(guān)于變量y∈R屬于扇形[μ1,μ2],如果對(duì)于任意的y∈R,

    f∈F[μ1,μ2]={φ∈ R:φ連續(xù)且

    引理1由式(6)和式(12)確定的非線性項(xiàng)η關(guān)于變量Ce屬于扇形[0,1]。

    證明由式(6)描述的σ(y)可以表示為

    顯然,σ(y)關(guān)于變量y∈R是連續(xù)、非減的,并且對(duì)于任意y2>y1∈R,(y1,σ(y1)和(y2,σ(y2))兩點(diǎn)連線的斜率小于45°,即

    (σ(y2)-σ(y1))/(y2-y1)≤1

    因此,由式(12)描述的 η(Ce,Cz)關(guān)于變量Ce是連續(xù)的。

    又當(dāng)Ce=0,即Cx(t-τ)=Cz(t)時(shí),η(Ce,Cz)=0。

    當(dāng)Ce≠0,即Cx(t-τ)≠Cz(t)時(shí),不妨先假設(shè)Cx(t-τ)>Cz(t),那么必有

    綜上可知,η(Ce,Cz)關(guān)于變量Ce屬于扇形[0,1]。

    引理1表明,誤差系統(tǒng)(11)是非線性項(xiàng)屬于扇形[0,1]的Lur'e型系統(tǒng)。根據(jù)絕對(duì)穩(wěn)定性理論[15],如果Lur'e型的誤差系統(tǒng)(11)在扇形[0,1]中是絕對(duì)穩(wěn)定的,那么對(duì)于由式(6)和式(12)確定的η,對(duì)應(yīng)的誤差系統(tǒng)(11)在e=0處就是全局漸近穩(wěn)定的,這說(shuō)明同步框架(8)達(dá)到(10)意義下的同步。因此,我們的任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)控制增益矩陣K,使得誤差系統(tǒng)(11)在扇形[0,1]中達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定。

    2 主要結(jié)果

    為了簡(jiǎn)化由(9)描述的控制器u(t)的結(jié)構(gòu),首先取控制增益矩陣K=kI3。下面證明誤差系統(tǒng)(11)在控制增益矩陣K=kI3情況下達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定的一個(gè)較少保守性的充分性判據(jù)。

    首先,由文獻(xiàn)[16]的定理1容易得到如下結(jié)果。

    引理2令

    其中,z為復(fù)變量,In為n×n維單位矩陣。令Rez為復(fù)數(shù)z的實(shí)部,λi(S)為實(shí)方陣S∈Rn×n的第i個(gè)特征值.如果Reλi(A-K)<0,i=1,2,…,n,并且

    其中j2=-1,那么誤差系統(tǒng)(11)在扇形[0,1]中絕對(duì)穩(wěn)定。

    再令

    定理1 誤差系統(tǒng)(11)在控制增益矩陣K=kI3情況下達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定,即主一從同步框架(8)達(dá)到式(10)意義下滯后同步的條件是同時(shí)滿足

    并且,

    ①當(dāng)蔡氏電路系統(tǒng)參數(shù)滿足q>0且l>0時(shí),同時(shí)滿足

    ②當(dāng)蔡氏電路系統(tǒng)參數(shù)滿足q>0且l<0時(shí),同時(shí)滿足式(25)-(26)且

    ③當(dāng)蔡氏電路系統(tǒng)參數(shù)滿足q<0且l<0時(shí),同時(shí)滿足式(27)且

    ④當(dāng)蔡氏電路系統(tǒng)參數(shù)滿足q<0且l>0時(shí),同時(shí)滿足式(24)、式(28)-(29)。

    證明 當(dāng)控制增益矩陣K=kI3時(shí),令

    注意到誤差系統(tǒng)(11)屬于扇形[0,1],根據(jù)引理2,首先考慮矩陣A-K的特征值λ,它顯然滿足

    根據(jù)矩陣?yán)碚撝械?Hurwitz定理[34],Reλ(AK)<0當(dāng)且僅當(dāng)以下不等式同時(shí)成立:

    由于系統(tǒng)參數(shù)a>0,b>0,r≥0,上述三個(gè)不等式同時(shí)成立的充要條件為式(19)-(21)同時(shí)成立。

    又因?yàn)?/p>

    其中Ω(·)由式(30)確定,因此,經(jīng)過(guò)一些復(fù)數(shù)運(yùn)算可以求得

    其中,表示復(fù)數(shù)的模,F(xiàn)(ω)=ω6+E1ω4+F1ω2+H1,E1,F(xiàn)1,H1分別由式(15)-(17)確定,誤差系統(tǒng)(11)的扇形參數(shù)μ=1。

    由此可見(jiàn),對(duì)于任意的μ(ReW(jω))>0的充要條件F(ω)>0。

    令θ2=ω。那么,不等式F(ω)>0當(dāng)且僅當(dāng)

    又因?yàn)槎囗?xiàng)式函數(shù)f(θ)=θ3+E1θ2+F1θ+H1關(guān)于θ∈[0,+∞]是連續(xù)的,并有因此,不等式(31)成立的充要條件是f(0)>0且f(θ)=0在開區(qū)間(0,+∞)上無(wú)實(shí)根。

    由式(31)可知,f(0)>0當(dāng)且僅當(dāng)H1>0,或者在條件(21)下等價(jià)于不等式(22)成立。

    又由多項(xiàng)式理論中的斯圖姆定理可知[36],f(θ)=0在開區(qū)間(0,+∞)上無(wú)實(shí)根等價(jià)于V(0)-V(+∞)=0,其中V(θ)表示關(guān)于f(θ)的斯圖姆多項(xiàng)式序列在點(diǎn)θ∈[0,+∞]上的符號(hào)變化次數(shù)[35-36]。

    由f(θ)產(chǎn)生的斯圖姆多項(xiàng)式序列為,其中,

    這里的E1,F(xiàn)1,H1,L1分別由式(15)-(18)確定。

    由此可得到關(guān)于f(0)和f(+∞)的斯圖姆多項(xiàng)式序列如下:

    其中,sign()表示符號(hào)函數(shù)。

    由于要求H1>0,關(guān)于f(0)的斯圖姆多項(xiàng)式序列的符號(hào)序列為

    關(guān)于f(+∞)的斯圖姆多項(xiàng)式序列的符號(hào)序列為

    那么V(0)-V(+∞)=0成立當(dāng)且僅當(dāng)如下任一條件被滿足:

    條件1:V(0)=V(+∞)=0,或等價(jià)于

    條件2:V(0)=V(+∞)=1,或等價(jià)于下列任一條件成立:

    條件3:V(0)=V(+∞)=2,或等價(jià)于下列任一條件成立:

    由式(19)-(21)可知,上述同步條件中每個(gè)關(guān)于變量k的不等式都要得到形如k>k*的解,才能保證與不等式(19)-(21)存在公共解。根據(jù)多項(xiàng)式因式分解定理[37],這就要求每個(gè)不等式在變換成多項(xiàng)式不等式G(k)>0的情形下,多項(xiàng)式G(k)關(guān)于變量k的最高次冪(有非零系數(shù))的系數(shù)均要大于0。

    由式(16)可知,多項(xiàng)式F1的最高次冪k4的系數(shù)為3,因此,我們應(yīng)選擇F1>0的同步條件,這就排除了條件(34)、(37)、(40)-(41)作為同步條件的可能。

    又由式(15)-(17)可知,多項(xiàng)式-3F1關(guān)于變量k具有非零系數(shù)的最高次冪為k2,其系數(shù)為q,多項(xiàng)式E1F1-9H1關(guān)于變量k具有非零系數(shù)的最高次冪為k4,其系數(shù)是2q,而由式(18)確定的多項(xiàng)式L1關(guān)于變量k具有非零系數(shù)的最高次冪為k6,其系數(shù)為16l。因此,

    ① 當(dāng)q>0,l>0時(shí),必須選擇F1>0,E21-3F1>0,E1F1-9H1>0,L1>0作為同步條件,這時(shí),只有條件(32)滿足,這等同于不等式(23)-(26)同時(shí)成立。

    ② 當(dāng)q>0,l<0時(shí),應(yīng)該選擇F1>0,E21-3F1>0,E1F1-9H1>0,L1<0作為同步條件,這時(shí),只有條件(33)滿足,這等同于不等式(23)和(25)-(27)同時(shí)成立。

    ③當(dāng)q<0,l<0時(shí),應(yīng)選擇F1>0,E21-3F1<0,E1F1-9H1<0,L1<0作為同步條件,這時(shí),只有條件(38)滿足,這等同于不等式(23)和(27)-(29)同時(shí)成立。

    ④ 當(dāng)q<0,l>0時(shí),應(yīng)該選擇F1>0,E21-3F1<0,E1F1-9H1<0,L1>0作為同步條件,這時(shí),只有條件(39)滿足,這等同于不等式(23)-(24)、(28)-(29)同時(shí)成立。

    綜上所述,得證定理1。

    下面進(jìn)一步討論一種更簡(jiǎn)單的控制增益矩陣K=diag(k,0,0)的混沌同步判據(jù)。

    定理2誤差系統(tǒng)(11)在控制增益矩陣K=diag(k,0,0)情況下達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定,即主一從同步框架(8)達(dá)到式(10)意義下滯后同步的條件是同時(shí)滿足

    并且

    ①當(dāng)蔡氏電路系統(tǒng)參數(shù)滿足4b<(r-1)2時(shí),同時(shí)滿足

    ②當(dāng)蔡氏電路參數(shù)滿足2(r2+1)>4b>(r-1)2時(shí),同時(shí)滿足式(51)-(52)且

    ③當(dāng)蔡氏電路參數(shù)滿足4b>2(r2+1)時(shí),同時(shí)滿足式(54)且

    證明在式(14)-(18)中令+dα,h2=1,h3=r便可以得到對(duì)應(yīng)于K=diag(k,0,0)且由式(43)-(46)確定的E2,F(xiàn)2,H2和L2。

    簡(jiǎn)單計(jì)算可以知道,多項(xiàng)式的最高次冪k4的系數(shù)為1,多項(xiàng)式F2的最高次冪k2和多項(xiàng)式E2F2-9H2的最高次冪k4的系數(shù)均為(r2+1-2b),多項(xiàng)式L2的最高次冪k8的系數(shù)為(r2-1)2-4b(r+1)2。那么,類似于定理1的證明方法可以得證本定理。

    應(yīng)該注意到同步目標(biāo)(10)中的混沌同步滯后時(shí)間τ等同于主-從蔡氏電路系統(tǒng)的通道時(shí)延τ,而上述同步判據(jù)都與時(shí)延τ無(wú)關(guān)。這說(shuō)明只要滿足上述同步判據(jù),主-從混沌蔡氏電路系統(tǒng)對(duì)于任意的通道時(shí)延τ都可以達(dá)到滯后同步,并且同步滯后時(shí)間自然地跟隨主-從系統(tǒng)的通道時(shí)延。這個(gè)性質(zhì)為工程應(yīng)用帶來(lái)了便利,同時(shí)也表明這些同步判據(jù)同樣適用于如文獻(xiàn)[3-17]所涉及的不考慮通道時(shí)延(即τ=0)的主-從蔡氏電路系統(tǒng)完全混沌同步問(wèn)題。

    3 實(shí)例分析

    關(guān)于主-從蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣為K=kI3和K=diag(k,0,0)的線性狀態(tài)誤差反饋控制下的混沌同步判據(jù)已有一些結(jié)果[9,12,14,16-18]。本節(jié)將進(jìn)一步地把本文得到的新的混沌同步判據(jù)與這些結(jié)果進(jìn)行實(shí)例仿真比較。

    文獻(xiàn)[17]研究了主-從的第一類蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣K=kI3情況下的同步判據(jù)。令第一類蔡氏電路系統(tǒng)的參數(shù)值為:

    再令主蔡氏電路系統(tǒng)的初始條件為x(0)=(0.1,-0.2,-0.3)T,從蔡氏電路系統(tǒng)的初始條件為z(0)=(-10,-5,-5)T。第一類主蔡氏電路系統(tǒng)的多螺旋混沌軌跡如圖1所示。

    圖1 第一類主蔡氏電路系統(tǒng)的混沌軌跡Fig.1 The chaotic orbits of the first class of the master Chua's circuits

    文獻(xiàn)[17]證明了控制增益矩陣K=kI3情況下的同步判據(jù),由文獻(xiàn)中的式(27)-(30)、(33)確定。根據(jù)該判據(jù)可以求得主-從蔡氏電路系統(tǒng)在上述參數(shù)值條件下的同步條件為:k>6.4。文獻(xiàn)[9]的定理4給出了另一個(gè)關(guān)于控制增益矩陣K=kI3的同步判據(jù),由此也可以求得主-從蔡氏電路系統(tǒng)在上述參數(shù)值條件下的同步條件:k>40.41。

    現(xiàn)在,我們考慮本文定理1中的判據(jù)。對(duì)于第一類蔡氏電路系統(tǒng),dα=a(1+m1)。不難驗(yàn)證,在上述參數(shù)值情況下,q=-56.75<0,l=-2.007×103<0。因此,同步判據(jù)由式(19)-(23)、(27)-(29)確定。通過(guò)計(jì)算,可得到這些判據(jù)不等式的解依次為:k>-1.4;k≥0.23;k≥-4.65;k≤-4.66或k≥3.85;任意實(shí)數(shù)k;任意實(shí)數(shù)k;k≤-6.2或k≥5.2;任意實(shí)數(shù)k。取這些解的交集可得關(guān)于控制增益矩陣K=kI3的同步條件為:k≥5.2。顯然,本文得到的同步條件優(yōu)于文獻(xiàn)[9]和[17]的結(jié)果。

    圖2 主—從蔡氏電路混沌系統(tǒng)在控制增益矩陣K=5.5I3下的同步過(guò)程Fig.2 The synchronization evolution of the master-slave Chua's circuits by K=5.5I3

    取k=5.5,它滿足本文得到的同步條件,但不滿足文獻(xiàn)[9]和[17]得到的同步條件。圖2顯示了主—從蔡氏電路混沌系統(tǒng)在控制增益矩陣K=5.5I3情形下的同步過(guò)程。

    現(xiàn)在考慮控制增益矩陣K=diag(k,0,0)的情況。

    文獻(xiàn)[16]研究了主-從的第二類蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣K=diag(k,0,0)情形下的同步問(wèn)題,得到了文獻(xiàn)中式(19)、(22)和(25)所示的3個(gè)同步判據(jù)。如果取第二類蔡氏電路系統(tǒng)的參數(shù)值為:

    那么,由該3個(gè)判據(jù)得到的控制增益矩陣K=diag(k,0,0)情形下的同步條件分別為:

    現(xiàn)在采用本文定理2中的判據(jù),此時(shí)dα=am1。對(duì)于由式(58)給定的參數(shù)值,顯然有2b>r2+1。因此,同步判據(jù)由式(47)-(50)、(54)-(56)確定。通過(guò)計(jì)算可以得到這些判據(jù)不等式的解依次為:k≥-3.571;k≥4.71或k≤-1.85;k≥-2.57;k≥1.29或k≤-2.58;k≤1.28或k≥9.166;k≤-2.47或k≥1.297;k≤-3.17或k>1.23。取這些不等式解的交集,可以得到關(guān)于控制增益矩陣K=diag(k,0,0)的同步條件為:k≥9.166。該條件顯然優(yōu)于上述文獻(xiàn)[17]得到的3個(gè)結(jié)果。

    令主蔡氏電路系統(tǒng)的初始條件為x(0)=(0.1,-0.2,-0.3)T,從蔡氏電路系統(tǒng)的初始條件為z(0)=(-10,-5,-5)T。取k=10,它滿足本文得到的同步條件,但不滿足文獻(xiàn)[16]得到的同步條件。圖3和圖4分別顯示了第二類主蔡氏電路系統(tǒng)的混沌軌跡和主—從蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣K=diag(10,0,0)情形下的同步過(guò)程。

    圖3 第二類主蔡氏電路系統(tǒng)的混沌軌跡Fig.3 The chaotic orbits of the second class of Chua's circuits

    文獻(xiàn)[12,14,17-18]考慮了主-從的第一類蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣K=diag(k,0,0)情形下的同步問(wèn)題。文獻(xiàn)[12]得到的同步判據(jù)由其定理1描述;文獻(xiàn)[14]得到的同步判據(jù)由其式(25)表達(dá);文獻(xiàn)[17]得到的同步判據(jù)由其式(36)確定;文獻(xiàn)[18]得到的同步判據(jù)由其推論2描述。如果取蔡氏電路系統(tǒng)的參數(shù)值如式(57)所示,那么,文獻(xiàn)[12,14,17-18]的同步判據(jù)所得到的控制增益矩陣K=diag(k,0,0)情形下的同步條件分別為:k≥12.7λ(λ>1);k>12.7;k≥18.40;k>12.7?,F(xiàn)在取本文定理2中的判據(jù),此時(shí)dα=a(1+m1)。由于式(57)給定的參數(shù)值滿足2b>r2+1。因此,同步判據(jù)由式(47)-(50)、(54)-(56)確定。通過(guò)計(jì)算可以得到這些判據(jù)不等式的解依次為:k>-4.2;k≥5.3或k≤-2.61;k>-3.2;k>2.7或k<-3.2;k≥11.77或k≤2.68;k≥2.73或k≤-3.13;k≥2.52或k≤-3.71。取這些不等式的交集,可以得到關(guān)于控制增益矩陣K=diag(k,0,0)的同步條件為:k≥11.77。該條件顯然優(yōu)于文獻(xiàn)[12,14,17-18]得到的上述結(jié)果。

    圖4 主—從蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣 K=diag(10,0,0)下的同步過(guò)程Fig.4 The synchronization evolution of the master-slave Chua's circuits by K=diag(10,0,0)

    圖5 主—從蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣K=diag(12,0,0)情形下的同步過(guò)程Fig.5 The synchronization evolution of the master-slave Chua's circuits by K=diag(12,0,0)

    令主蔡氏電路系統(tǒng)的初始條件為x(0)=(0.1,-0.2,-0.3)T,從蔡氏電路系統(tǒng)的初始條件為z(0)=(-10,-5,-5)T。取k=12,它滿足本文得到的同步條件,但不滿足文獻(xiàn)[12,14,17-18]得到的同步條件。圖5顯示了主-從蔡氏電路系統(tǒng)在控制增益矩陣K=diag(12,0,0)情形下的同步過(guò)程。

    4 小 結(jié)

    本文采用多項(xiàng)式理論中的斯圖姆定理和因式分解定理,嚴(yán)格證明了主-從蔡氏電路系統(tǒng)在線性狀態(tài)誤差反饋控制下存在通道時(shí)延時(shí)的若干滯后混沌同步判據(jù),其中涉及控制增益矩陣K=diag(k,0,0)和K=kI3等情形。實(shí)例分析表明,本文得到的同步判據(jù)比文獻(xiàn)[12,14-15,17-19]的同類判據(jù)更少保守性。這一方法也可用于尋找其它控制增益矩陣或其它主-從混沌系統(tǒng)的同步判據(jù)。

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