IEEEJAS的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/IEEEJAS

博文

具有拓扑切换特性的离散型不确定时空网络的指数同步

已有 1214 次阅读 2022-10-7 13:11 |系统分类:博客资讯

引用本文

 

韩昌辉, 葛连珺, 高丽宇, 吕翎. 具有拓扑切换特性的离散型不确定时空网络的指数同步.自动化学报, 2021, 47(3): 706-714 doi: 10.16383/j.aas.c180575

Han Chang-Hui, Ge Lian-Jun, Gao Li-Yu, Lv Ling. Exponential synchronization of discrete uncertain spatiotemporal networks with topology switching characteristics. Acta Automatica Sinica, 2021, 47(3): 706-714 doi: 10.16383/j.aas.c180575

http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c180575

 

关键词

 

拓扑切换,离散型时空网络,参数识别,指数同步

 

摘要

 

研究了具有拓扑切换特性的离散型不确定时空网络的指数同步问题. 基于稳定性理论, 构造了具有指数形式的Lyapunov函数, 并设计了同步控制器的结构方程, 进而获得了时空网络的同步条件. 同时, 我们设计了未知参数的识别律, 有效地识别了网络中的未知参数. 最后, 选取实际的激光相位共轭波空间扩展系统作为网络节点进行仿真模拟, 验证了同步方案的可行性与控制器的有效性. 通过构造具有指数形式的Lyapunov函数, 能够有效地调节网络的同步速率. 并且获得的同步条件中不包含网络的耦合矩阵项, 消除了拓扑切换特性对同步过程的影响, 使得网络同步性能更加稳定.

 

文章导读

 

自然界存在着大量的复杂动态网络, 并且复杂动态网络在物理学、神经学、信息通信以及保密技术等领域中均有着重要应用. 其中, 作为复杂动态网络的一种关键性集体行为, 其同步化现象的研究也越来越受到国内外学者的广泛关注[1-5]. 长期以来, 基于稳定结构的网络同步研究一直是人们研究的主要方向[6-9]. 然而, 实际网络的拓扑结构常常是变化的. 其原因在于在实际应用中, 网络节点的连接方式经常由于连接故障或新节点的加入而改变, 进而使得网络的拓扑结构随之改变, 从而使网络同步的实现变得更加困难, 增加了网络同步状态发生崩溃的可能性. 因此, 具有拓扑切换特性的网络同步研究也就成为了目前人们研究的热点问题.

 

目前, 具有拓扑切换特性的复杂网络的同步研究已有文献报道. 其中典型的如Zhai[10]研究了具有拓扑切换特性的非线性系统构成的网络的同步行为. 文献[11] 研究了具有切换有向拓扑的多智能网络的一致性跟踪控制问题. 文献[12] 中, Fan等研究了具有切换拓扑特性的异构复杂网络的准同步行为. 文献[13] 报道了具有Markovian切换特性的耦合神经网络的自适应指数同步问题. 这些工作为我们进一步深入地研究具有拓扑切换特性的网络同步问题奠定了理论基础.

 

然而, 已报道的上述成果中其同步技术仍具有若干局限性. 例如文献[13] 中的拓扑结构切换利用的是Markovian切换, 人们很难对其进行控制. 而在实际中, 常常需要根据人们的实际需求随时进行网络拓扑结构的切换. 同时, 网络中参数的未知性也是实际网络受到外界干扰而具有的不稳定因素. 不难看出, 含有未知参数的网络同步研究十分必要. 另外, 有关连续型网络同步研究的文献也比较多见, 而离散型网络的同步研究相对较少. 其中较为典型的工作如Zhang等[14]利用线性矩阵不等式技术研究了具有时变时滞和随机扰动的离散时间网络的指数同步问题. 文献[15] 研究了一类具有不确定内耦合的离散时间随机网络的同步和状态估计. Cheng等[16]研究了具有时延耦合的离散动态网络的牵制同步, 并依据牵制控制技术得到了网络的同步判据. 但上述工作主要集中在拓扑结构固定不变的网络同步问题, 并未涉及变结构离散网络的同步问题. 同时, 时间混沌系统一直被人们用以研究网络同步的网络节点. 相比于时间网络, 时空网络因其具有独特的空间特征近年来逐渐被人们采用来研究网络同步问题, 但其同步技术依然不够成熟.

 

值得注意的是, 虽然网络同步有滑模控制同步[17-18]、驱动响应同步[19]、自适应同步[20-21]、指数同步[22]和耦合同步[23]等多种类型, 但其中的指数同步因在调节网络同步速率方面有其独特的优势, 因而受到人们的广泛青睐. 为此, 文献[24] 研究了具有混合时变时滞的神经网络的自适应指数同步问题. Ahmed等[25]通过构造Lyapunov函数研究了一类具有有向拓扑和时滞的复杂网络的指数同步问题. 文献[26] 研究了具有时变内耦合的复杂动态网络的指数同步, 并获得了确保网络指数同步的充分条件. 但据我们所知, 目前关于离散型时空网络的指数同步方案还鲜有报道.

 

基于上述讨论, 本文研究了具有拓扑切换特性的离散型不确定时空网络的指数同步, 并对网络中的未知参数进行了识别. 这种同步技术的优势在于网络的拓扑结构可按照人为的需要任意切换, 其同步性能不受影响. 同时, 我们构造了一个具有指数形式的特殊的Lyapunov函数, 通过调节其中的参数, 能够有效地调节网络的同步速率.

1 状态变量x(m,n)的时空演化

2 拓扑切换信号s(n)

3 4种切换拓扑结构图

 

在时空网络的拓扑结构随着切换信号的变换而变化的情况下, 通过设计有效的同步控制器和含有指数形式的Lyapunov函数, 我们实现了含有未知参数的离散型时空网络与单一目标的指数同步, 并且未知参数也得到了有效的识别.通过仿真模拟, 我们进一步验证了设计的同步原理的有效性.模拟结果表明, 网络误差ei(m,n)在较短的时间内趋于零, 未知参数的识别曲线经过短时间波动后也趋于定值0.1.我们发现, 变化的网络拓扑结构并没有对网络的同步性能产生影响, 并且指数同步策略能够有效地控制网络的同步速率.

 

作者简介

 

韩昌辉

辽宁师范大学物理与电子技术学院硕士研究生. 2016年获得辽宁师范大学学士学位. 主要研究方向为复杂网络的变结构控制与网络同步. E-mail: lnnuhch@163.com

 

葛连珺

辽宁师范大学物理与电子技术学院硕士研究生. 2016年获得渤海大学学士学位. 主要研究方向为复杂网络的开环闭环控制与同步. E-mail: 18742068500@163.com

 

高丽宇

辽宁师范大学物理与电子技术学院硕士研究生. 2016年获得鞍山师范学院学士学位. 主要研究方向为复杂网络的滑模控制与网络同步. E-mail: 18742050326@163.com

 

吕翎

辽宁师范大学物理与电子技术学院教授. 主要研究方向为复杂网络的同步控制与参数估计. 本文通信作者. E-mail: luling1960@aliyun.com



https://m.sciencenet.cn/blog-3291369-1358370.html

上一篇:F-邻域粗糙集及其约简
下一篇:【当期目录】IEEE/CAA JAS 第9卷 第9期

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-29 19:51

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部