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切换系统的混沌现象分析及控制研究

作　者: 于滢源
导　师: 罗文广
学　校: 广西工学院
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 切换系统 Buck型变换器分岔混沌粒子群算法 PID控制
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

利用非线性动力学研究系统产生的混沌动力学行为和分岔、混沌的控制策略以保证系统的稳定性，近年来，它成为了电路系统、电力系统以及供应链等系统稳定与控制的研究热点。对于切换系统而言，由于切换规则的存在，将导致系统不稳定和产生分岔、混沌的复杂动力学行为从而造成切换系统的高幅度噪声、震荡、器件疲劳损坏等，引起预定目标的偏离。本文主要研究随着参数的逐步变化切换系统过渡到混沌状态的行为，并利用驱动-响应同步的思想提出相关的控制策略进行混沌控制。本文对以上领域的相关课题进行了研究，主要分为六章：第一章首先对切换系统的研究背景与意义进行概述，接着总结了切换系统产生混沌动力学行为与可切换混沌系统的研究现状，最后对混沌控制的特点、研究现状作了简单的介绍。第二章主要介绍了本文用到的混沌基础理论及相关概念，包括混沌的定义、基本特征，通向混沌的道路，以及相平面、平衡态、混沌吸引子、Lyapunov指数、Poincare截面的概念，并以一维Logistic映射为例对其进行简单的刻画。第三章对几种经典吸引子及两类特殊的切换系统—系统参数切换系统、状态空间切换系统作了简单的介绍，并分别利用PC同步法，主动—被动同步法对两类切换系统进行同步的数值仿真研究。第四章以电压控制Buck型变换器电路切换系统为研究对象，建立了其有关状态方程的切换模型，对系统作出稳定性分析后进行了数值仿真研究，揭示了在一定条件下系统可以产生分岔、混沌动力学行为，并对此现象产生的机理进行分析。第五章在对电压控制Buck型变换器电路切换系统产生混沌现象仿真研究的基础上，提出了基于粒子群算法优化PID参数的混沌控制方案，以驱动—响应同步的角度实现对切换系统的混沌控制。之后通过分析全局最佳适应度函数值的迭代图说明了此方案的可行性和正确性。第六章对本文研究的工作进行了总结与分析，并指出了进一步的研究猜想。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究混沌的意义  9
  1.2 切换系统研究概述  9-11
  1.3 切换系统混沌动力学行为研究现状  11-13
    1.3.1 包含切换系统在内的一般系统产生混沌现象的研究  11-13
    1.3.2 可切换混沌系统的研究概述  13
  1.4 混沌动力学行为的控制与同步研究  13-16
    1.4.1 混沌控制的特点  13-15
    1.4.2 混沌控制的研究现状  15-16
  1.5 本文的主要工作  16-18
第二章混沌基础理论及相关概念  18-27
  2.1 混沌基础理论  18-20
    2.1.1 混沌的定义  18
    2.1.2 混沌的基本特征  18-19
    2.1.3 通向混沌的道路  19-20
  2.2 混沌的相关概念  20-23
    2.2.1 相平面与平衡态  20-21
    2.2.2 混沌吸引子  21-22
    2.2.3 Lyapunov 指数  22
    2.2.4 Poincare 截面  22-23
  2.3 仿真实例  23-27
第三章系统参数切换系统与状态空间切换系统的同步研究及仿真  27-38
  3.1 几种经典的混沌吸引子  27-29
    3.1.1 Lorenz 吸引子  27
    3.1.2 Chen 吸引子  27-28
    3.1.3 Lü吸引子  28-29
  3.2 系统参数切换系统与状态空间切换系统简介  29-32
    3.2.1 系统参数切换系统  29-30
    3.2.2 状态空间切换系统  30-32
  3.3 系统参数切换系统与状态空间切换系统的同步实现  32-37
    3.3.1 PC 同步法  32-35
    3.3.2 主动-被动同步法  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章开关功率变换器的混沌现象研究  38-51
  4.1 引言  38
  4.2 BUCK 型变换器的建模方法及其切换模型  38-41
    4.2.1 Buck 型变换器的建模方法  38-39
    4.2.2 系统的切换模型  39-41
  4.3 BUCK 型变换器电路切换系统的稳定性分析  41-42
  4.4 数值仿真的软件环境  42
  4.5 混沌动力学特性及数值仿真分析  42-48
    4.5.1 直接观测法研究混沌  43-46
    4.5.2 系统分岔图的采样实现  46-47
    4.5.3 Lyapunov 指数分析法研究混沌  47-48
  4.6 系统产生混沌动力学行为的机理分析  48-50
    4.6.1 混沌现象的机理分析  48-49
    4.6.2 多脉冲现象的数学分析与避免  49-50
  4.7 本章小结  50-51
第五章开关功率变换器的混沌控制  51-62
  5.1 混沌控制方法的简单介绍  51-53
    5.1.1 参数微扰 OGY 方法  51-52
    5.1.2 参数共振微扰法与外加驱动控制法  52
    5.1.3 变量反馈控制法  52-53
    5.1.4 智能控制法  53
  5.2 粒子群算法对 PID 控制器参数的优化  53-57
    5.2.1 常规 PID 控制原理  53-54
    5.2.2 粒子群优化算法简介  54-56
    5.2.3 粒子群算法优化 PID 控制器的参数  56-57
  5.3 粒子群优化算法对开关功率变换器混沌控制的仿真研究  57-60
    5.3.1 常规 PID 控制器对输出电压的控制  57-59
    5.3.2 PSOPID 控制  59-60
  5.4 本章小结  60-62
第六章全文总结和展望  62-64
参考文献  64-68
发表论文及参加科研情况说明  68-69
致谢  69

切换系统的混沌现象分析及控制研究

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