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用于非线性混沌系统的基于分岔分数阶PID控制器设计方法 None

Karima RABAH, Samir LADACI, Mohamed LASHAB

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第2期页码 180-191 doi: 10.1631/FITEE.1601543

摘要：提出一个新的鲁棒分数阶比例-积分-微分（FOPID）控制器，以其中一个不稳定的固定点来稳定一个扰动非线性混沌系统。基于使用分岔图的比例-积分-微分行为，分析非线性混沌系统的稳定性。提取控制器参数的初始集，其后续可通过二次准则优化。积分和微分分数阶也被二次准则识别。在两个非线性系统（陈氏多涡卷混沌系统和Genesio-Tesi混沌系统）中应用数值模拟，结果表明分数阶比例-积分-微分控制器在稳定非稳定固定点过程中，甚至在随机扰动情况下，能够提供最好的闭环系统性能。

关键词：分数阶系统；分岔图；分数PID控制器；陈氏多涡卷混沌系统；Genesio-Tesi混沌系统

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基于队列智能方法的分数阶PIλDμ控制器设计 None

Pritesh SHAH, Sudhir AGASHE, Anand J. KULKARNI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第3期页码 437-445 doi: 10.1631/FITEE.1601495

摘要：本文首次采用队列智能方法对分数阶PID控制器的参数进行优化。验证了队列智能方法在分数阶PID控制器设计中的性能，并与其他方法如粒子群优化方法、遗传算法和改进的电磁算法等的性能进行比较。此外，队列智能方法对应的标准差表明，提出的方法在解决控制问题时具有鲁棒性。

关键词：队列智能；分数阶微积分；分数阶PID控制器；调节

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输入时滞分数阶(0<α<1)奇异系统的观测器控制 Research Article

李丙新1,2,赵相飞1,2,张雪峰3,赵新1,2,4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第12期页码 1862-1870 doi: 10.1631/FITEE.2200294

摘要：本文研究输入时滞分数阶（0<α<1）奇异系统的观测器控制问题。基于史密斯预测器和逼近误差，有输入时滞的系统近似等价于无输入时滞的系统。进一步地，基于线性矩阵不等式方法，提出基于观测器控制的充要条件。

关键词：基于观测器的控制；奇异系统；分数阶；输入时滞；线性矩阵不等式

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一种基于离散分数阶混沌系统和DNA序列运算的新型彩色图像加密算法 Research Articles

陈立平1,尹昊1,袁利国2,António M. LOPES3,J. A. Tenreiro MACHADO4,吴然超5

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第6期页码 809-962 doi: 10.1631/FITEE.1900709

摘要：提出一种基于动态DNA编码和混沌的新型彩色图像加密算法。将一个三神经元分数阶离散Hopfield神经网络作为伪随机混沌序列发生器。其初值由外部输入的五位密钥以及明文图像的哈希值计算得来。外部密钥包含分数阶离散Hopfield神经网络的离散步长和阶次。哈希值由SHA-2函数计算得到。在保证较大密钥空间的同时，提高了算法对明文图像的敏感性。使用离散分数阶Hopfield神经网络生成的伪随机数序列确定每个像素的编码规则，用以保证编码方式的多样性。最后，运用置乱II和XOR提升算法的安全性。

关键词：分数阶离散系统；神经网络；DNA加密；彩色图像加密

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整数阶与分数阶非连续外磁通量的神经元动力学 Regular Papers

Karthikeyan RAJAGOPAL, Fahimeh NAZARIMEHR, Anitha KARTHIKEYAN, Ahmed ALSAEDI, Tasawar HAYAT, Viet-Thanh PHAM

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第4期页码 584-590 doi: 10.1631/FITEE.1800389

摘要：在此模型基础上，研究了基于整数阶（案例A）与分数阶（案例B）的MFNN系统。在电磁感应和辐射作用下，记忆和感应呈现多种分布，证明该分数阶磁通量适用于非均匀扩散。整数阶非连续磁通量MFNN系统具有混沌和非混沌吸引子。系统动力学分析显示倍周期的产生和消失标志着反单调性，神经元动力学研究未曾报道此现象。在分数阶非连续磁通量MFNN系统中，混沌吸引子和周期吸引子无反单调性。

关键词： Fitzhugh-Nagumo；混沌；分数阶；磁通量

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带有时变时滞的分数阶阻尼系统可控性研究 Research Articles

何彬彬1,周华成2,寇春海3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第6期页码 809-962 doi: 10.1631/FITEE.1900736

摘要：本文研究线性与非线性分数阶阻尼系统的可控性。该系统具有多重时变时滞，且时滞位于控制函数中。对于线性系统，基于Mittag-Leffler函数，定义一个可控性Gramian矩阵，该矩阵对于判定线性系统是否可控具有重要作用。此外，对于两种特殊线性系统，给出易于判别的若干等价可控性条件。对于非线性系统，在相应线性系统可控前提下，给出充分条件确保系统可控性。最后，给出两个数值示例验证结论有效性。

关键词：可控性；分数阶阻尼系统；时变时滞；Gramian矩阵

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分数阶血糖-胰岛素调节系统的混沌动力学 Research Articles

Karthikeyan RAJAGOPAL1,2, Atiyeh BAYANI3, Sajad JAFARI3,4, Anitha KARTHIKEYAN1, Iqtadar HUSSAIN5

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第7期页码 1108-1118 doi: 10.1631/FITEE.1900104

摘要：本文推导血糖-胰岛素调节系统的分数阶模型。现有文献已证明复杂系统的分数阶分析能够揭示系统有趣且未知的特征。本文揭示血糖-胰岛素系统在其分数阶形式下表现出多稳定性与反单调性。为体现分数阶分析的有效性，进行了所有数值模拟，包括平衡点稳定性、李雅普诺夫指数、分叉图等。详细研究由未经调节的血糖-胰岛素系统引起的各种生物紊乱，这将有助于更好地理解调节系统。

关键词：糖尿病；混沌；分叉；多稳定性；反单调性

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执行器饱和条件下不确定的中立型分数阶时滞系统的稳定性分析 Research Articles

Zahra Sadat AGHAYAN1,Alireza ALFI1,J. A. TENREIRO MACHADO2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第10期页码 1402-1412 doi: 10.1631/FITEE.2000438

摘要：分析了执行器饱和条件下中立型分数阶时滞系统的鲁棒稳定性问题。构建了一个Lyapunov-Krasovskii （LK）函数，并给出此类系统的渐近鲁棒稳定性条件，这些条件使用Lyapunov直接方法构造的线性矩阵不等式（LMIs）表示。引入一种算法计算状态反馈控制器的增益以扩展吸引域。数值示例验证了理论结果。

关键词：分数阶系统；稳定性；中立时滞；鲁棒性；饱和性

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用改进的分数阶最速下降法训练分数阶全局最优反向传播机 Research Articles

蒲亦非1,王健2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第6期页码 809-962 doi: 10.1631/FITEE.1900593

摘要：本文介绍采用改进的分数阶最速下降法（FSDM）训练分数阶全局最优反向传播机。该反向传播机是一种分数阶反向传播神经网络（FBPNN）。分数阶反向传播神经网络是反向传播神经网络（BPNNs）大家族中一个先进的分数阶分支，它不同于绝大多数传统一阶最速下降法训练的经典一阶BPNNs。本文提出的FBPNN反向增量搜索在其均方误差近似分数阶偏导数的负方向进行。首先，从数学上描述用改进FSDM训练的FBPNN理论概念。然后，详细给出FBPNN分数阶全局最优收敛性的数学证明，分析神经网络结构构建以及分数阶多尺度全局寻优问题。最后，通过实验比较FBPNN和经典一阶BPNN的性能：包括函数逼近、分数阶多尺度全局寻优以及基于实际数据的全局搜索和误差拟合能力比对。

关键词：分数阶微积分；分数阶反向传播算法；分数阶最速下降法；均方误差；分数阶多尺度全局优化

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使用串行外设接口协议的混沌数字加密系统及其dsPIC实现 None

Rodrigo MÉNDEZ-RAMÍREZ, Adrian ARELLANO-DELGADO, César CRUZ-HERNÁNDEZ, Fausto ABUNDIZ-PÉREZ, Rigoberto MARTÍNEZ-CLARK

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第2期页码 165-179 doi: 10.1631/FITEE.1601346

摘要：当前数字通信的大规模使用需要嵌入式系统（embedded system，ES）和协议级数据加密来实现安全连接。提出一种应用于SPI通信协议的混沌加密和解密算法的设计及其实验实现。混沌加密算法及对应解密算法的设计基于混沌Hénon映射和两种模糊和排列方法（结合DNA序列）。使用两个低成本dsPIC微控制器作为ES，设计结果得到实验验证。基于其数字信号处理属性，SPI数模转换器被用于处理、获取和重构机密消息。最后，统计检验证明了加密的安全性。该算法数字处理能力得到dsPIC微控制器验证。

关键词：混沌系统；统计测试；嵌入式系统；dsPIC微控制器；串行外设接口（SPI）协议

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基于改进粒子群算法优化的PID控制器在协同碰撞避免系统中的应用 Article

Xing-chen WU, Gui-he QIN, Ming-hui SUN, He YU, Qian-yi XU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第9期页码 1385-1395 doi: 10.1631/FITEE.1601427

摘要：为解决将PID控制器引入协同碰撞避免（cooperative collision avoidance system，CCAS）的研究中存在的不能合理优化PID控制器，以及对车辆行驶稳定性、舒适性及燃油经济性研究不足的问题，本文提出使用改进的粒子群优化算法（particle swarm optimization, PSO）优化PID控制器的方法，来实现CCAS对车辆更好的操控的目标。首先，本文使用PRESCAN和MATLAB/Simulink进行联合仿真，构建了由PID控制器，机动策略判断模块组成的CCAS。其次，本文使用改进的粒子群算法，依据获得的汽车动力学数据，对PID控制器进行了优化。结果表明，经过本文方法优化的PID控制器，不仅可使CCAS实现基本功能，还可实现车辆动态稳定性，行驶舒适性和燃油经济性的改善。

关键词：协同碰撞避免系统；改进的粒子群算法；PID控制器；行驶舒适性；燃油经济性

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偏置增强自主五维混沌系统动态分析、FPGA实现及加密应用 Research Articles

Sifeu TAKOUGANG KINGNI1, Karthikeyan RAJAGOPAL2, Serdar ÇIÇEK3, Ashokkumar SRINIVASAN4, Anitha KARTHIKEYAN2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第6期页码 809-962 doi: 10.1631/FITEE.1900167

摘要：通过改进著名的三维自主Liu & Chen系统，建立偏置增强的自主五维系统。找到该自主五维系统平衡点，并分析其稳定性。该系统包含霍普夫分岔、周期吸引子、准周期吸引子、单涡旋混沌吸引子、双涡旋混沌吸引子、共存吸引子、双稳现象、部分幅度控制偏置增强、逆周期倍增和间歇性混沌路径。利用现场可编程门阵列（FPGA）实现该自主五维系统，并给出相图验证数值仿真结果。由FPGA实现的混沌吸引子及共存吸引子与数值仿真的混沌吸引子性质吻合较好。最后，设计一个基于该自主五维混沌系统的声音数据加密和通信系统，通过数值示例展示其性能。

关键词：混沌系统；霍普夫分岔；共存吸引子；偏置增强；FPGA实现；声音加密

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利用勒让德多项式同步两种不同的混沌系统及其在安全通信中的应用 None

Saeed KHORASHADIZADEH, Mohammad-Hassan MAJIDI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第9期页码 1180-1190 doi: 10.1631/FITEE.1601814

摘要：提出一种新的由状态反馈控制器和鲁棒控制项组成的混沌同步控制器，采用勒让德多项式补偿不确定性，还考虑截断错误。由于正交函数定理，勒让德多项式可逼近任意小的近似误差的非线性函数。因此，勒让德多项式可取代模糊系统和神经网络来估计和补偿控制系统中的不确定性。勒让德多项式具有比模糊系统和神经网络更少的调整参数，它的调整过程更为简单。与模糊系统的参数类似，使用从稳定性分析获得的自适应规则在线估计勒让德系数。假设主系统和从系统分别是Lorenz混沌系统和Chen混沌系统。安全通信系统需要基于观测器同步，因为主系统通过信道只发送一个状态变量。讨论了使用基于观测器同步获得其他状态变量的方法。仿真结果表明该方法的有效性。与模糊滑模控制器的比较表明，所提的控制器表现出优异的瞬态响应。此外，解释了安全通信问题，并测试了安全通信中控制器的性能。

关键词：基于观测器同步；混沌系统；勒让德多项式；安全通信

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非线性系统的自适应可拓控制器设计

翁庆昌,陈珍源

《中国工程科学》 2001年第3卷第7期页码 54-58

摘要：

探讨可拓控制器的设计方法,利用自适应控制的设计策略来修正可拓控制器的增益参数,以近似获得所期望的最佳控制。所提出的控制器结构仅需调整单一参数,故易于实现。另外,引入最大值控制以保证所设计的可拓控制系统的稳定性，并将该控制器应用在非线性系统的控制上,以验证它的有效性及控制能力。

关键词：可拓理论自适应控制可拓控制器鲁棒稳定性

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基于改进级联观测器的永磁同步电机智能分数阶积分滑模控制 Research Articles

肖玲斐1,2,马磊明3,黄欣浩1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第2期页码 328-338 doi: 10.1631/FITEE.2000317

摘要：提出一种基于改进级联观测器的智能分数阶积分滑模控制（FOISMC）策略。首先，针对永磁同步电机设计了分数阶积分滑模控制器，该控制器有良好跟踪性能，具有强鲁棒性，且能有效削弱抖振。所提策略结合了积分能消除稳态跟踪误差和分数阶微积分灵活的优点。其次，提出一种改进的级联观测器，能获得较小的转子信息观测误差。所设计级联观测器结合了自适应滑模观测器和扩展高增益观测器。此外，利用改进的变速灰狼优化算法优化控制器参数。最后，在综合考虑模型不确定性和外部干扰的情况下，通过仿真和实验验证了所提策略的有效性。

关键词：永磁同步电机；分数阶积分滑模；优化算法；无传感器控制；观测器