混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步控制及其應(yīng)用.pdf

1、混沌是當(dāng)今前沿的研究課題，它揭示了自然界及人類社會(huì)中普遍存在的復(fù)雜性，反映了世界上無(wú)序和有序之間、確定性與隨機(jī)性之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系。混沌現(xiàn)象被稱為與相對(duì)論、量子力學(xué)并列的20世紀(jì)三大物理學(xué)重要發(fā)現(xiàn)。二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，混沌理論及其應(yīng)用已成為非線性科學(xué)中的一個(gè)極其重要的分支?；煦绲耐胶涂刂剖沁@一研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，這一研究方向的深入開(kāi)展為系統(tǒng)科學(xué)中的非線性現(xiàn)象提供了全新的認(rèn)識(shí)。混沌系統(tǒng)所具有的復(fù)雜性、遍歷性、不相關(guān)性、類噪聲等特性

2、，使得混沌控制和同步理論的研究極富挑戰(zhàn)。本文圍繞混沌同步和控制技術(shù)以及它們?cè)诂F(xiàn)代信息安全保密方面的結(jié)合與應(yīng)用這一課題，進(jìn)行了較為廣泛深入的研究。主要包括如下幾個(gè)方面： 1．本文首先研究了Lorenz混沌系統(tǒng)的混沌控制方法?；煦缈刂剖腔煦珙I(lǐng)域的一個(gè)重要的研究課題，在不希望出現(xiàn)混沌的情形來(lái)消除動(dòng)力系統(tǒng)中的混沌，可以通過(guò)混沌控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前比較流行的混沌控制方法多來(lái)自于控制論，人們提出了很多有效地混沌控制策略。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，控制方案

3、的設(shè)計(jì)要力求簡(jiǎn)單化，盡可能少地使用主系統(tǒng)狀態(tài)變量構(gòu)造簡(jiǎn)單的單個(gè)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)混沌系統(tǒng)的控制。本文結(jié)合反饋控制方法，提出了一種基于系統(tǒng)狀態(tài)變量的錯(cuò)位線性控制器設(shè)計(jì)策略，用李雅普諾夫穩(wěn)定性方法證明了該控制策略的穩(wěn)定性，并設(shè)計(jì)了數(shù)值仿真算法驗(yàn)證了控制器的有效性。通過(guò)狀態(tài)變量的相互作用實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制混沌的目的，控制器設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 2．在90年代初OGY方法首次實(shí)現(xiàn)混沌控制以來(lái)，混沌同步的研究逐步成為混沌研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。非線性

4、同步方法在混沌保密通信的應(yīng)用方面有重要的理論意義，由于系統(tǒng)控制變量的非線性的特點(diǎn)，使得針對(duì)混沌混沌載波信號(hào)的攻擊和破譯更加困難，從理論上說(shuō)，非線性全局同步方法可以提高混沌通信的保密性能，因此開(kāi)展非線性同步方法的研究有重要的理論意義。本文研究了Lü提出的一個(gè)新的混沌系統(tǒng)的混沌同步問(wèn)題，利用非線性反饋控制方法給出了三種混沌同步控制器設(shè)計(jì)方案，并用李雅普諾夫方法證明了在混沌控制器作用下，誤差系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)值仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的混沌控制器有

5、效性和魯棒性。接下來(lái)我們研究Lorenz超混沌系統(tǒng)的混沌同步問(wèn)題，利用非線性反饋控制方法，給出了幾個(gè)實(shí)現(xiàn)超混沌同步的控制器設(shè)計(jì)方案，結(jié)合李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證明了在混沌同步控制器作用下，驅(qū)動(dòng)和相應(yīng)混沌系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全局同步。數(shù)值仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的混沌控制器能有效的實(shí)現(xiàn)混沌同步，并且具有很強(qiáng)的魯棒性。 3．混沌是指在確定性系統(tǒng)中出現(xiàn)的一種貌似無(wú)規(guī)則的類似隨機(jī)的現(xiàn)象。由于這個(gè)性質(zhì)，使它可以被應(yīng)用于科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。近來(lái)人們發(fā)現(xiàn)混沌理

6、論可以用來(lái)理解人腦中某些不規(guī)則的活動(dòng)，因此對(duì)于混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究也就成為擺在人們面前的又一新課題。混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的這種復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性使它在信息處理和優(yōu)化計(jì)算等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。本文對(duì)混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入的研究，介紹了混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步方法的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，基于線性矩陣不等式技術(shù)和李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，分別研究了全局同步、非線性全局同步和全局指數(shù)同步的同步控制器實(shí)現(xiàn)方法，提出了一種實(shí)現(xiàn)混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的算法，通過(guò)該算法可以快速得到增

7、益矩陣的形式，實(shí)現(xiàn)混沌系統(tǒng)的同步控制，數(shù)值仿真驗(yàn)證了算法的有效性。 4．利用混沌是目前混沌研究發(fā)展的一個(gè)重要方向，而混沌在通信領(lǐng)域的應(yīng)用又是其中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。早期的同步混沌通信系統(tǒng)停留在低維混沌上，由于低維混沌動(dòng)力學(xué)易于重構(gòu)，混沌通信在抗破譯能力上受到批評(píng)，同時(shí)通信效率的提高也受到很大限制。為了改進(jìn)和提高保密通信的可靠性和穩(wěn)定性，我們提出將超混沌系統(tǒng)的同步和混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步用于保密通信，結(jié)合混沌遮掩通信，給出了基于混沌同步的