慢变扰动下混沌生态系统的仿生智能控制方法

生态系统具有多重并联的冗余结构和冗余自补充特性，使生物具备了自适应性、容错性和自修复性。针对生态系统的这种非线性特性，本课题利用Type-2模糊系统和动力学理论建立相应的数学模型，研究基于模型的生物自适应机制、容错行为和自修复特性。将具有生物冗余结构特性的生物单元-生态位设计作为模糊规则后件，构建具有生物意义的模糊系统，论证该系统的稳定性和万能逼近性；研究系统设计方法及体现生物特性的参数自适应律和快速补偿性。在慢变扰动下混沌系统的控制设计过程中，通过嵌入生态系统的冗余结构，使所设计的混沌控制系统具有生态系统的多重并联结构和生态系统的冗余自补充功能，补偿系统在慢变扰动下损失的功能。利用Type-2模糊系统隶属函数的"宽带"特性，解决外界干扰或系统不确定因素影响，增加控制系统的鲁棒性和稳定性。形成一种区别于传统控制理论的方法，为解决非线性系统的容错控制和混沌控制开辟一种新的研究途径。

模糊系统具有较强的对外抗干扰性，特别是Takagi-Surgeons提出的动态模糊系统，已成功用于复杂系统的控制研究。但在复杂的工程系统中，由于其所处的动力学环境、巨大的能量、机构的复杂性等各种因素，以及潜伏的故障可能导致不可估量的经济损失和人员伤亡。因此，在控制目标的选择和控制方法的使用上，除了考虑系统本身的特点和非线性系统对控制信号响应的动力学过程，还要考虑系统受外界干扰以及系统自身慢变扰动的影响。如何在复杂环境下使控制系统具有更强的容错性和鲁棒性，补偿系统在外界干扰下损失的部分功能，提高系统的智能特性，是一个具有前瞻性的问题。为了解决这一问题，本课题将生物特性与Type-2模糊系统以及控制理论相结合，在常规控制系统的设计中融入模糊系统的抗干扰优势和生态系统的冗余自补充结构。.根据生态学家的研究结果，生态系统的冗余自补充结构可以增加冗余度储备，提高系统抵抗环境变化的弹性阈限，形成高效的防御系统，可以防止功能流失，消减外界干扰，吸收扰动，使系统能在较长时间内保持其稳定状态。本研究选择能够有效处理外界噪音和干扰的Type-2模糊系统作为控制系统，并且在控制系统的设计中融入生物良好的冗余自补充结构，使系统具有生物的自适应、容错和自修复等功能，确保系统在受到外界干扰或系统不确定因素以及系统内在的慢变扰动下，仍能通过冗余补充自动修复和补偿丢失的系统功能，提高了系统的抗干扰性和容错性。从而，解决外界干扰或系统不确定因素造成的影响，增加控制系统的鲁棒性和稳定性。. 针对上述设计思想，首先，将具有生物冗余结构特性的生物单元—生态位设计作为模糊规则后件，构建具有生物意义的模糊系统，论证该系统的稳定性和万能逼近性。其次，研究控制系统的设计方法，使其能够体现具有生物特性的参数自适应律和快速补偿性。最后，提出了基于生物特性的Type-2模糊控制方法以及基于Type-2模糊系统的脉冲控制方法。得到了如下结果（1）给出具有多重并联冗余结构的生态系统动力学模型，揭示生态系统的多重并联结构和生物的冗余自补充特性；（2）构建具有生物意义的模糊系统，解决外界干扰或系统不确定因素影响；（3）建立基于生物特性的控制方法，形成一种区别于传统控制理论的方法，为非线性系统的控制开辟一种新研究途径。课题组成员已发表论文21篇，其中SCI收录5篇，EI检索论文5 篇，核心刊物10篇，会议论文2篇；已录用论文4篇