基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其步骤为：首先，根据四变量混沌震荡系统和PI控制器的基本原理分别构建混沌系统和PI控制器的DNA化学反应网络，并将混沌系统的DNA化学反应网络分为降解、倍增和调节模块，将PI控制器的DNA化学反应网络分为催化、交换和降解模块；其次，根据降解、倍增、调节、催化和交换模块将两个化学反应网络级联实现四变量混沌系统的PI控制；最后，利用Matlab和Visual DSD验证PI控制后的四变量混沌系统的动力学行为。本发明专利技术通过DNA模块构建的四变量混沌震荡系统和PI控制器分别能够产生混沌震荡信号和实现混沌信号的稳定，为基于DNA链置换反应的混沌理论和混沌控制的研究提供参考。

【技术实现步骤摘要】
基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法
本专利技术涉及DNA链置换反应
，特别是指一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法。
技术介绍
伴随着科学技术的不断发展，人们对计算机的性能和运算速度提出了越来越高的要求，但由于电子的波动性以及隧道效应等问题的限制，使得以硅基材料为基础的传统计算机性能和运算速度难以得到大幅度提升，而以DNA分子计算为代表的新型计算模式引起了人们广泛的关注。从硅基到DNA，分子计算使计算得以在分子层面上展开。作为一种新型的计算模式，其数据处理对象即生物分子。在对如DNA链的生物分子进行编码后，包括算术运算和逻辑运算的各种操作需要借助分子生物学工具来实现。分子计算的意义不仅在于实现了从硅到DNA的硬件转型，还在于理解自然界比比皆是的自下而上的自组装过程。更为重要的是，鉴于DNA的海量数据存储能力，DNA衬底早在1982年被预言可以搭建高能效图灵机，这意味着DNA计算有望在真实世界中实现抽象的图灵机。由于DNA分子计算是以生物技术为基础，因而秉承了DNA分子本身的优势：例如易于编译、高存储、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其特征在于，其步骤如下：/nS1、根据四变量混沌震荡系统的基本原理和PI控制器的基本原理分别构建四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络和PI控制器的DNA化学反应网络，并将四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络分为降解模块、倍增模块和调节模块，将PI控制器的DNA化学反应网络分为催化模块、交换模块和降解模块；/nS2、基于四变量混沌震荡系统的降解模块、倍增模块和调节模块设计四变量混沌震荡系统对应的DNA链置换反应方程，并利用Visual DSD验证四变量混沌震荡系统的动力学行为；/nS3、基于PI控制器的催化模块、交换模块和降解模块...

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其特征在于，其步骤如下：
S1、根据四变量混沌震荡系统的基本原理和PI控制器的基本原理分别构建四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络和PI控制器的DNA化学反应网络，并将四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络分为降解模块、倍增模块和调节模块，将PI控制器的DNA化学反应网络分为催化模块、交换模块和降解模块；
S2、基于四变量混沌震荡系统的降解模块、倍增模块和调节模块设计四变量混沌震荡系统对应的DNA链置换反应方程，并利用VisualDSD验证四变量混沌震荡系统的动力学行为；
S3、基于PI控制器的催化模块、交换模块和降解模块设计PI控制器对应的DNA链置换反应方程，并利用VisualDSD对PI控制器进行仿真；
S4、将四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络和PI控制器的DNA化学反应网络进行级联，得到四变量混沌系统的PI控制的DNA化学反应网络；利用Matlab和VisualDSD验证PI控制后的四变量混沌系统的动力学行为。


2.根据权利要求1所述的基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其特征在于，所述四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络为：X→Φ、Y→2Y、Z→Φ、W→2W、Y+X→2X、Z+Y→2Y、W+Y→2W和Z+W→2Z，其中，X→Φ和Z→Φ均属于降解模块，Y→2Y和W→2W均属于倍增模块，Y+X→2X、Z+Y→2Y、W+Y→2W和Z+W→2Z均属于调节模块；
所述PI控制器的DNA化学反应网络为：Y→X+Y、X→Φ、Y→N+Y、N→X、X→X+M和M→X，其中，Y→X+Y、Y→N+Y和X→X+M均属于催化模块，N→X和M→X均属于交换模块，X→Φ属于降解模块；
所述四变量混沌系统的PI控制的DNA化学反应网络为：X→Φ、Y→2Y、Z→Φ、W→2W、Y+X→2X、Z+Y→2Y、W+Y→2W、Z+W→2Z、Y→X+Y、X→Φ、Y→N+Y、N→X、X→X+M和M→X，其中，X、Y、Z、W均为反应物，Φ为不能参与DNA链置换反应的生成物。


3.根据权利要求2所述的基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其特征在于，所述降解模块X→Φ对应的DNA链置换反应方程为：






其中，A1为辅助物，sp1、sp2、sp3均表示生成物，qi、qm均表示化学反应速率；
反应的式(1)和式(2)相加得：
X+A1→sp2+sp3(3)
去掉辅助物A1、不参加反应的生成物sp2、sp3，得验降解模块X→Φ；
所述降解模块Z→Φ对应的DNA链置换反应方程为：






其中，Z为反应物，A2为反应过程中的辅助物，sp4、sp5、sp6均表示生成物；
反应的式(4)和式(5)相加得：
Z+A2→sp5+sp6(6)
去掉辅助物A2、不参加反应的生成物sp5、sp6，得验降解模块Z→Φ；
所述倍增模块Y→2Y对应的DNA链置换反应方程为：






其中，A3、B3均为反应过程中的辅助物，sp7、sp8、sp9均表示生成物；
反应的式(7)和式(8)相加得：
Y+A3+B3→sp8+sp9+2X(9)
去掉辅助物A3和B3，不参加反应的生成物sp8、sp9得验倍增模块Y→2Y；
所述倍增模块W→2W对应的DNA链置换反应为：






其中，W为反应物，A4、B4均为反应过程中的辅助物，sp10、sp11、sp12均表示生成物；
反应的式(10)和式(11)相加得：
W+A4+B4→sp11+sp12+2W(12)
去掉辅助物A4和B4，不参加反应的生成物sp11、sp12得验倍增模块W→2W；
所述调节模块X+Y→2Y对应的DNA链置换反应方程为：












其中，A5、A6、B5、B6均为反应过程中的辅助物，sp13、sp14、sp15、sp16、sp17、sp18均表示生成物，qs表示化学反应速率；
反应的式(13)和式(14)相加得：
Y+A5+B5→sp14+sp15+Y(17)
去掉辅助物A5和B5，不参加反应的生成物sp14、sp15得化学反应方程：
Y→Y(18)
反应的式(15)和式(16)相加得：
X+A6+B6→sp17+sp18+X(19)
去掉辅助物A6和B6，不参加反应的生成物sp17、sp18得化学反应方程：
X→X(20)
反应的式(18)和式(20)相加得验化学反应方程：X+Y→2Y；
所述调节模块Z+Y→2Y对应的DNA链置换反应为：












其中，A7、A8、B7、B8均为反应过程中的辅助物，sp19、sp20、sp21、sp22、sp23、sp24均表示生成物；
反应的式(21)和式(22)相加得：
Z+A7+B7→sp20+sp21+Y(25)
去掉辅助物A7和B7，不参加反应的生成物sp20、sp21得化学反应方程：
Z→Y(26)
反应的式(23)和式(24)相加得：
Y+A8+B8→sp23+sp24+Y(27)
去掉辅助物A8和B8，不参加反应的生成物sp23、sp24得化学反应方程：
Y→Y(28)
反应的式(26)和式(28)相加得验化学反应方程：Z+Y→2Y；
所述调节模块W+Y→2W对应的DNA链置换反应为：












其中，A9、A10、B9、B10均为反应过程中的辅助物，sp25、sp26、sp27、sp28、sp29、sp30均表示生成物；
反应的式(29)和式(30)相加得：
Y+A9+B9→sp26+sp27+W(33)
去掉辅助物A9和B9，不参加反应的生成物sp26、sp27得化学反应方程：
Y→W(34)
反应的式(31)和式(32)相加得：
W+A10+B10→sp29+sp30+W(35)
去掉辅助物A10和B10，不参加反应的生成物sp29、sp30得化学反应方程：
W→W(36)
反应的式(34)和式(36)相加得验化学反应方程：W+Y→2W；
所述调节模块Z+W→2Z对应的DNA链置换反应为：












其中，A11、A12、B11、B12均为反应过程中的辅助物，sp31、sp32、sp33、sp34、sp35、sp36均表示生成物；
反应的式(37)和式(38)相加得：
W+A11+B11→sp32+sp33+Z(41)
去掉辅助物A11和B11，不参加反应的生成物sp32、sp33得化学反应方程：
W→Z(42)
反应的式(39)和式(40)相加得：
Z+A12+B12→sp35+sp36+Z(43)
去掉辅助物A12和B12，不参加反应的生成物sp35、sp36得化学反应方程：
Z→Z(44)
反应的式(42)和式(44)相加得验化学反应方程：Z+W→2Z。


4.根据权利要求3所述的基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其特征在于，所述降解模块X→Φ中反应物X的DNA序列为：<34^78^9>，辅助物A1的DNA序列为：{4^*}[7a^]，其中，“<>”表示未互补配对的DNA上链结构，“[]”表示互补配对的DNA双链结构，“{}”未互补配对的DNA下链结构，“^”表示上链的小支点结构，“^*”表示下链的小支点结构；
所述降解模块Z→Φ中反应物Z的DNA序列为：<34^1112^13>，辅助物A2的DNA序列为：[b^11]{12^*13}，“<>”表示未互补配对的DNA上链结构，“[]”表示互补配对的DNA双链结构，“{}”未互补配对的DNA下链结构，“^”表示上链的小支点结构，“^*”表示下链的小支点结构；
所述倍增模块Y→2Y中反应物Y的DNA序列为：<12^34^5>，辅助物A2的DNA序列为：{2^*}[34^]<12^12^>，B2的DNA序列为：{4^*}[12^]<34^5>:[12^]<34^5>，其中，“<>”表示未互补配对的DNA上链结构，“[]”表示互补配对的DNA双链结构，“{}”未互补配对的DNA下链结构，“^”表示上链的小支点结构，“^*”表示下链的小支点结构；
所述倍增模块W→2W中反应物W的DNA序列为：<34^1516^17>，辅助物A4的DNA序列为：{4^*}[1516^]<34^34^>，B4的DNA序列为：{16^*}[34^]<1516^17>:[34^]<1516^17>，“<>”表示未互补配对的DNA上链结构，“[]”表示互补配对的DNA双链结构，“{}”未互补配对的DNA下链结构，“^”表示上链的小支点结构，“^*”表示下链的小支点结构；
所述调节模块X+Y→2Y中反应物Y的DNA序列为：<12^34^5>，反应物X的DNA序列为：<34^78^9>，辅助物A4的DNA序列为：{2^*}[34^]<34^>，B4的DNA序列为：{34^*}[34^]<78^9>，A3的DNA序列为：[34^7]<10^>{8^*}，B3的DNA序列为：[34^7]<8^9>{10^*}，其中，“<>”表示未互补配对的DNA上链结构，“[]”表示互补配对的DNA双链结构，“{}”未互补配对的DNA下链结构，“^”表示上链的小支点结构，“^*”表示下链的小支点结构；
所述调节模块Z+Y→2Y中反应物Y的DNA序列为：<12^34^5>，反应物Z的DNA序列为：<34^1112^13>，辅助物A7的DNA序列为：{4^*}[1112^]<12^>，B7的DNA序列为：{1112^*}[12^]<34^5>，A8的DNA序列为：{12^*}[34^5]，B8的DNA序列为：[12^3]{4^*5}，“<>”表示未互补配对的DNA上链结构，“[]”表示互补配对的DNA双链结构，“{}”未互补配对的DNA下链结构，“^”表示上链的小支点结构，“^*”表示下链的小支点结构；
所述调节模块W+Y→2W中反应物Y的DNA序列为：<12^34^5>，反应物W的DNA序列为：<34^1516^17>，辅助物A9的DNA序列为：{2^*}[34^]<34^>，B9的DNA序列为：{34^*}[34^]<1516^17>，A10的DNA序列为：{34^*}[1516^17]，B10的D...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军伟，王春秀，吉浩平，韩俊涛，肖萧，陈祥伟，王延峰，王英聪，凌丹，王妍，刘鹏，余培照，刘娜，栗三一，黄春，方洁，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41