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混沌保密通信系统的采样容错同步控制方法研究

温建新  
【摘要】:混沌是一种貌似随机无规则的运动,即在确定性非线性系统中,不需要加入任何随机因素就可以出现类似随机的行为。20世纪90年代以来,人们在越来越多的领域中发现了混沌同步现象,混沌同步问题受到研究者的广泛关注。由于混沌系统对初值的极端敏感性,具有不可预测性,因而非常适合于保密通信。在实际的混沌保密通信系统中,传感器、执行器及系统内部元件都可能会发生故障,这将造成混沌保密电路的工作性能急剧下降甚至导致整个通信系统的瘫痪,带来巨大的经济损失。因此,混沌系统的容错控制技术受到学者的重视,已成为混沌控制的前沿研究课题。本文的内容主要研究混沌系统采样容错同步控制方法,并将其应用于保密通信中,具体内容如下:首先,研究了混沌系统在执行器部分甚至完全失效时的采样同步控制问题。利用Euler近似离散化方法,将采样控制系统转换为离散时间系统。基于Lyapunov稳定性理论和LMI技术,说明所提出的容错控制器能保证驱动响应系统同步。并将该同步方法应用到混沌保密通信系统中,仿真结果表明,该方法能够取得较为理想的结果。其次,针对一类含有参数不确定项和执行器故障的混沌系统,研究了非脆弱容错同步控制问题。采用状态反馈控制思想,设计了基于采样的容错同步控制策略,利用Euler近似离散化方法,将采样控制系统转换为离散时间系统,利用Lyapunov稳定性理论,得到了能够满足系统保性能指标的混沌系统同步的判定定理。基于所设计的容错同步方法,利用混沌掩盖技术,构建混沌保密通信系统,实现了信号的保密通信。再次,针对含有随机不确定项和执行器故障的混沌系统,设计采样容错同步控制器。采用输入时滞法,将采样控制系统转换为含有输入时滞的连续时间系统。利用Lyapunov稳定性理论,证明混沌系统在正常情况和故障情况下都能够实现同步。以Chua's电路为例,通过数值仿真验证了其有效性,并将该同步方法应用到混沌保密通信系统中。最后,总结了本文所做的主要工作,对未来的研究方向进行了展望。


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