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客观世界是非线性的。人类想要更深入地认识大自然,必然要研究复杂的非线性系统。混沌是确定性系统中类随机的运动,广泛存在于客观世界中,是非线性科学中重要的研究课题之一。经过四十多年来不断的深入研究,混沌理论取得了很多成果,已经被应用在通信、信息处理等众多领域中。目前,借助计算机手段构造一般的比较简单的混沌系统并不十分困难,但是对于构造特殊的混沌系统,比如代数形式简单、吸引子结构复杂的系统,这方面的理论方法还不成熟。在生成超混沌系统方面,还没有直接可用的理论方法,主要还是通过计算机仿真,计算Lyapunov指数来判断系统是否是超混沌的。
本文首先介绍了混沌的发展历程,总结TSSs8学系统的基本内容,比较详细的阐述了通过计算机数值仿真分析混沌系统的常用方法。其次,在目前混沌研究进展的基础上,就生成特殊形式的混沌和超混沌系统做了一些深入研究。最后,将混沌系统应用于导弹机动中,通过仿真验证了所提方法的有效性。本文的主要工作如下:
1.提出了一个新的光滑的三维二次自治系统。这个系统拥有单个的三翼或四翼吸引子。另外,选择不同初值时,系统有两个吸引子共存。共存的吸引子可以都是混沌的,一个混沌一个周期的,或两个都是周期的。
2.提出了两个新的超混沌系统。第一个系统只有一个平衡点;第二个系统拥有三个平衡点。这两个系统都是基于Lorenz系统的四维二次自治系统。它们在较大的参数范围内都是超混沌的,而且两个正的Lyapunov指数是比较大的。新的超混沌系统对于实际的工程应用具有一定的理论价值。
3.将混沌时间序列应用在导弹的机动中。期望导弹运动轨迹是不可预测的。考虑到混沌的特性,直接将混沌时间序列加入到导弹偏角的参考信号中。采用PID控制保证导弹能命中目标,再对弹道偏角和弹道轨迹的数据分析其混沌特性。通过计算其最大Lyapunov指数,可以认为弹道轨迹是具有混沌特性的。