基于對(duì)數(shù)型滑模面分?jǐn)?shù)階Rucklidge系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模同步

范賀花, 周永衛(wèi), 雷騰飛, 毛北行

(1. 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 數(shù)學(xué)學(xué)院, 鄭州 450015； 2. 齊魯理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院, 濟(jì)南 250200)

混沌系統(tǒng)及其同步已引起人們廣泛關(guān)注, 滑模方法對(duì)未知系統(tǒng)及不確定參數(shù)具有極強(qiáng)的魯棒性. 目前， 針對(duì)非線性系統(tǒng)的滑模同步已取得較多的研究成果[1-19]： 文獻(xiàn)[11]研究了Newton-Leipnik不確定分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)滑模同步的兩個(gè)設(shè)計(jì)方案, 給出了滑模和積分滑模兩種滑模控制技巧； 文獻(xiàn)[12]研究了不確定分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)的終端滑模同步； 文獻(xiàn)[13]研究了不確定Sprott混沌系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模同步, 設(shè)計(jì)了控制律和適應(yīng)規(guī)則； 文獻(xiàn)[14]研究了一類時(shí)滯不確定分?jǐn)?shù)階金融混沌系統(tǒng)的滑模同步, 給出了滑模函數(shù)的構(gòu)造； 文獻(xiàn)[15]構(gòu)造了一類糾纏混沌系統(tǒng)并研究了比例積分滑模同步問題； 文獻(xiàn)[16]研究了Rucklidge混沌現(xiàn)象的演示器設(shè)計(jì)； 文獻(xiàn)[17]研究了分?jǐn)?shù)階Rucklidge混沌系統(tǒng)的同步控制； 文獻(xiàn)[18]研究了Rucklidge系統(tǒng)的同步及其在保密通信中的應(yīng)用； 文獻(xiàn)[19]研究了Rucklidge混沌系統(tǒng)的分岔與電路實(shí)現(xiàn). 由于引入分?jǐn)?shù)階微積分, 因此使分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)建模時(shí)更符合工程實(shí)際要求, 應(yīng)用滑模方法可使系統(tǒng)具有良好的魯棒性能, 由于實(shí)際系統(tǒng)均需考慮模型的不確定及外部擾動(dòng)的影響, 且針對(duì)分?jǐn)?shù)階不確定Rucklidge混沌系統(tǒng)設(shè)計(jì)滑模控制的研究較少, 因此本文通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)型滑模面研究不確定分?jǐn)?shù)階Rucklidge混沌系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模同步, 得到了不確定分?jǐn)?shù)階和整數(shù)階Rucklidge系統(tǒng)滑模同步的兩個(gè)充分條件.

1 主要結(jié)果

定義1[19]分?jǐn)?shù)階α階導(dǎo)數(shù)Caputo定義為

分?jǐn)?shù)階不確定Rucklidge系統(tǒng)[17]可描述為

(1)

當(dāng)a=-2,b=6.7,q=0.978時(shí), 系統(tǒng)(1)的吸引子如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)(1)的混沌吸引子

以系統(tǒng)(1)為主系統(tǒng), 設(shè)計(jì)從系統(tǒng)為

(2)

(3)

假設(shè)1設(shè)不確定項(xiàng)Δfi(y)和外部擾動(dòng)di(t)有界, 即存在未知參數(shù)ki>0, 使得

|Δfi(y)+di(t)|

引理1[20]若x(t)為連續(xù)可微函數(shù), 則對(duì)?t≥t0, 有

定理1在假設(shè)1條件下, 設(shè)計(jì)滑模面si(t)=ln|1+ei(t)|, 控制律為

(4)

自適應(yīng)律為

(5)

不在滑模面上時(shí), 設(shè)計(jì)

(6)

其中|1+ei(t)|=(1+ei(t))sgn(1+ei(t))=esi(t), e為無(wú)理數(shù).

考慮整數(shù)階不確定Rucklidge系統(tǒng)

(7)

以系統(tǒng)(7)為主系統(tǒng), 設(shè)計(jì)從系統(tǒng)為

(8)

其中Δfi(y)為系統(tǒng)的不確定項(xiàng),di(t)為有界的外部擾動(dòng),ui為控制律, 定義ei(t)=yi(t)-xi(t), 從而

(9)

定理2在假設(shè)1條件下, 設(shè)計(jì)滑模面si(t)=ln|1+ei(t)|, 控制律為

(10)

自適應(yīng)律為

(11)

對(duì)式(12)兩邊積分可得

利用引理3可得si(t)→0, 從而ei(t)→0.

2 數(shù)值仿真

用MATLAB進(jìn)行數(shù)值仿真. 參數(shù)為a=-2,b=6.7,q=0.978, 初始值設(shè)為(x1(0),x2(0),x3(0))=(0.5,0.2,0.8), (y1(0),y2(0),y3(0))=(0.4,0.6,0.2), Δf1(y)=0.5cos(2πy1), Δf2(y)=0.6cos(2πy2), Δf3(y)=0.5cos(2πy3). 有界外部擾動(dòng)d1(t)=0.5cos(t),d2(t)=0.4sin(t),d3(t)=0.5cos(2t). 定理1和定理2中系統(tǒng)參數(shù)分別為

在假設(shè)1條件下, 設(shè)計(jì)滑模面si(t)=ln|1+ei(t)|, 控制律為式(4), 自適應(yīng)律為式(5). 在假設(shè)1條件下, 設(shè)計(jì)滑模面si(t)=ln|1+ei(t)|, 控制律為式(10), 自適應(yīng)律為式(11).

圖2 定理1中的系統(tǒng)誤差曲線

定理1和定理2中的系統(tǒng)誤差曲線分別如圖2和圖3所示. 由圖2和圖3可見, 系統(tǒng)誤差在初始時(shí)相差較大, 且距原點(diǎn)較遠(yuǎn), 一段時(shí)間后逐漸趨近于坐標(biāo)原點(diǎn). 定理1和定理2中滑模函數(shù)的變化曲線分別如圖4和圖5所示. 由圖4和圖5可見, 對(duì)數(shù)型滑模面比其他滑模面趨近原點(diǎn)的速率更快, 系統(tǒng)可在更短時(shí)間內(nèi)趨于坐標(biāo)原點(diǎn), 與傳統(tǒng)的自適應(yīng)滑模方法相比, 本文采用的滑模函數(shù)及控制器對(duì)整數(shù)階系統(tǒng)均適用, 且形式簡(jiǎn)便易于操作.

圖3 定理2中的系統(tǒng)誤差曲線

圖4 定理1中滑模函數(shù)的變化曲線

圖5 定理2中滑模函數(shù)的變化曲線

綜上, 本文研究了不確定分?jǐn)?shù)階Rucklidge混沌系統(tǒng)適應(yīng)滑模同步, 通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)型滑模面和控制律與適應(yīng)控制律得到了不確定分?jǐn)?shù)階和整數(shù)階Rucklidge混沌系統(tǒng)自適應(yīng)滑模同步的充分條件.