分数微积分的两种系统建模方法

介绍了Riemann-Liouville和Caputo分数微积分的定义及其部分性质。给出了分数阶线性定常微分方程的一般定义形式,并指出它是整数阶线性定常微分方程的推广。给出分数阶线性定常系统的传递函数和状态方程描述,并与整数阶线性定常系统的传递函数和状态方程作一比较,指出它们的异同点。运用拉普拉斯变换推导出其两种求解方法:直接求解法和状态空间法。最后给出一个实例说明这两种方法的有效性。     

线性时变周期系统的能控性与能稳定性问题

线性时变周期系统是一类普遍存在的重要而又研究较少的系统。介绍了线性时变周期系统的几种应用实例,给出了两种判定时变周期系统能控性与能观性的必要条件,该判别条件的优点是不必计算系统的状态转移矩阵,使判别时变周期系统能控性与能观性简单、高效、易于实现。讨论了时变周期系统在状态反馈下的能稳定性问题,得到了类似于线性定常系统能控性与能稳定性关系的时变周期系统相应结论。说明了结论是线性定常系统相应结论的自然拓展。给出了数值算例的MATLAB仿真求解过程。仿真结果验证了结论的有效性。     

改进的基于PSE和Tustin变换的分数阶系统求解递推算法

以分数阶算子近似方法的分析研究为基础,基于Tustin变换理论及其用于分数阶算子的离散生成函数公式特点,利用二项式幂函数的Maclaurin展开能够保证收敛的特性,考虑常用算法的局限性,提出了一种改进的基于幂级数展开和Tustin变换的分数阶运算方法,并应用于线性分数阶系统的求解,给出了递推算法的详细推导。算例仿真及其分析表明,该算法有效且具有良好的运算速度和精度。     

分数阶控制器与整数阶控制器仿真研究

分数阶PID控制器多了两个可调参数,可以取得更好的控制效果.针对位置伺服系统测试问题,设计了分数阶PID控制器,并与整数阶PID控制器相比较,仿真结果演示了分数阶PID制器的控制效果明显优于最好的整数阶PID控制器.无论是在输入发生变化,还是系统负载或参数变化,给出的分数阶PID控制器的控制效果都是比较稳定的.     

基于框图的分数阶非线性系统仿真方法及应用

针对在实际情况中应用越来越广泛的分数阶微积分系统,提出了分数阶微积分方程的框图求解法。通过Simulink搭建仿真框图,可以直接求出分数阶非线性微积分方程的数值解析解。该方法最大的优点是能够解决由一般的分数阶微积分知识所不能或是很难求解的复杂分数阶微积分问题,对于分数阶的线性微积分方程也完全适用。用仿真实例进一步演示了该方法的简洁、有效,可以解决任意的分数阶微积分方程的求解问题。     

分数阶PIλDμ控制器的仿真研究

PID控制是过程控制中应用最为广泛的一种控制方法，分数阶PI^λD^μ控制是常规的整数阶PID控制的推广与发展。本文对通过在复平面映射后的根轨迹对分数阶PI^λD^μ控制器的控制特性、参数的整定等进行了研究，研究表明PI^λD^μ控制器控制参数和阶次的改变都能改变控制质量，而且控制器对其本身参数和系统参数的变化并不敏感，PI^λD^μ控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。     

成比例分数阶系统的仿真研究

成比例分数阶系统是一种特殊的分数阶系统.这里提出将成比例分数阶系统的基本阶次项看作一个整体,成比例分数阶系统就转化成一个常规的整数阶系统.通过对成比例分数阶系统的基本阶次项进行近似化研究,减少了系统的复杂性.并用仿真实例进一步演示了该方法的简洁性,可以有效分析成比例分数阶系统问题.     

分数阶动态系统的数值算法

给出了求解分数阶动态系统的一个非常有效的数值方法。本方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。本方法的思想是依据在实际应用中，通常要求给定函数有足够的连续性和光滑性，这就使得它们的Riemann-Liouville和Gruenwald—Letnicov分数导数完全等价。这样在分数阶动态系统中，可以利用Gruenwald—Letnicov分数导数的1阶或高阶近似表达式来近似表示Riemann-Liouville分数导数。最后给出一个仿真实例，说明所给方法的有效性。     

分数阶Chua系统中的混沌现象及其同步控制

对分数阶Chua系统的混沌动力学行为做了更进一步的研究,研究发现Chua系统出现混沌的最低阶数仅为0.3,并算得此时系统的最大Lyapunov指数为0.0164:其次,对分数阶Chua等一类具有一个标量非线性项的分数阶混沌系统给出控制策略,讨论了其观测器的设计问题,对该类分数阶混沌系统,给出了一个合适的控制器U,在此控制输入下仅利用一个非线性标量信号实施反馈就可以使观测器的状态变量与被观测分数阶混沌系统的状态变量达到同步.理论分析及仿真结果都证明了该同步方案的有效性.     

基于非线性观测器实现一类分数阶混沌系统的同步

分数阶混沌系统的同步控制是近年来研究的热点,本文研究了一类分数阶混沌系统的同步控制问题.对满足存在一个特定的状态变量作为系统输出条件的单输出分数阶混沌系统,依据分数阶混沌系统的非线性观测器理论和稳定性理论,讨论了其非线性观测器的设计问题.对该类分数阶混沌系统,给出了一个合适的控制器S,在此控制输入下仅利用系统的一个状态变量xi及其对时间的分数阶导数x(α)i、x(2α)i就可以使观测器的状态变量与被观测分数阶系统的状态变量达到同步.理论分析及仿真结果都证明了该同步方案的有效性.     

Research on controllability for a class of fractional-orderlinear control systems

1.INTRODUCTION Therealobjectsaregenerallyfractional[1],however,thecontrolsystemsusedsofarareallconsideredas integer ordersystems.Thereasonisthecomplexity andtheabsenceofadequatemathematicaltoolsfor fractional ordersystems.Fractionalcalculusisanatu ralextensionoftheclassicalmathematics.Thefrac tionalcalculustheorywasdevelopedbyalotofmath ematicians[2,3]andtheapplicationdomainsoffrac tionalcalculushaveincreasedsignificantly.Lasttwo decadestheknowledgewasappliedincontroltheory,whichconcerned…     

Controllability and observability of networked control systems with time-varying delays

The controllability and observability of networked control systems are studied. Aiming at the networked control system with time-varying delay, the sufficient and necessary conditions for complete controllability and complete observability of the system are presented, respectively. Because of Markov characteristic of the network-induced delay, in terms of stochastic theory, a sufficient and necessary condition for completely mean value controllability of networked control systems is obtained. Further, the conditions that the controllability and observability of networked control systems are equivalent to the initial time-invariant system are given. Controllability and observability realization indexes are also discussed, respectively. The numerical example demonstrates the effectiveness of the proposed theory.     

基于Haar小波运算矩阵的分数阶系统辨识方法

分数阶微积分因为其阶数可以是任意数，因此能够更加准确的描述动态系统。虽然分数阶系统受到了越来越多的重视，可是，如何建立分数阶系统目前仍处于积极探究阶段。考虑到分数阶微分的非局部性，利用小波运算矩阵为工具，给出了一种分数阶系统的辨识方法。其好处在于能够利用小波的多分辨特性对激励信号和响应信号进行数据压缩，从而降低运算矩阵的维数，可解决因矩阵维数过大导致内存溢出的问题。     

新分段分数阶混沌系统的同步控制

通过改变修正的Lorenz-Stenflo (modified Lorenz-Stenflo, MLS)混沌系统的分段函数项,得到了一个新的四维分段混沌系统。新系统较MLS混沌系统具有更低的分数阶维数,在3.44阶时仍具有混沌特性。根据分数阶系统的线性稳定性理论和非线性反馈控制方法,提出了新分数阶系统的状态同步方法。通过理论推导,得到了两个混沌系统的同步稳定条件。控制器能够自适应地根据误差大小调节反馈系数,缩短同步时间。最后对3.6阶的分数阶系统进行了同步仿真实验,仿真结果验证了改进算法能够加快同步速度。     

Recent progress on controllability/observability for systems governed by partial differential equations

<正> The main purpose of this paper is to overview some recent methods and results on controllability/observability problems for systems governed by partial differential equations.First,the authorsreview the theory for linear partial differential equations,including the iteration method for the nullcontrollability of the time-invariant heat equation and the Rellich-type multiplier method for the exactcontrollability of the time-invariant wave equation,and especially a unified controllability/observabilitytheory for parabolic and hyperbolic equations based on a global Carleman estimate.Then,the authorspresent sharp global controllability results for both semi-linear parabolic and hyperbolic equations,based on linearization approach,sharp observability estimates for the corresponding linearized systemsand the fixed point argument.Finally,the authors survey the local null controllability resultfor a class of quasilinear parabolic equations based on the global Carleman estimate,and the localexact controllability result for general hyperbolic equations based on a new unbounded perturbationtechnique.     

新分数阶混沌系统的异结构同步及其电路仿真

提出了一个新分数阶三维混沌系统,对其进行理论分析和数值仿真,仿真结果表明其存在混沌的最小阶数为2.34阶。基于主动控制法设计一个异结构同步控制器,电路仿真实现了该新分数阶混沌系统与分数阶lü系统的异结构同步。实验结果证明了该控制器的有效性和可行性。