一种基于双共振的随机共振控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双共振的随机共振控制方法，该方法将两个单一双稳系统经非线性耦合而成为耦合系统，将其中一个双稳系统当作参数固定的被控系统，而另一个则作为参数可调的控制系统，通过调节耦合系数和控制系统的参数能产生随机共振，给控制系统外加单一频率信号，改变其频率大小能使控制系统产生共振，由于耦合的作用，控制系统的共振将影响被控系统的随机共振，从而在耦合系统中形式双共振现象，实现了用一个共振去影响另一个共振，并能使被控系统的随机共振更加强烈。该方法有效地控制随机共振的产生和所产生的共振效应强度大小，特别适用于系统参数固定或难以改变的系统。

A stochastic resonance control method based on double resonance

The invention discloses a stochastic resonance control method based on double resonance, the method will be the two single bistable system through nonlinear coupling as coupling system, which will be a bistable system as the fixed parameters of the controlled system, and the other as the control parameters can be adjusted by adjusting parameters of the coupling system the coefficient and the control system can produce stochastic resonance, plus a single frequency signal to change its frequency size control system, enable the control system to produce resonance, due to the coupling, stochastic resonance control system will affect the system, thus in the coupled system of double resonance phenomenon, achieved with a resonance effect another resonance, stochastic resonance and can make the controlled system more strongly. The method effectively controls the generation of stochastic resonance and the resonance effect intensity, which is especially applicable to systems with fixed or difficult system parameters.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制技术，特别地，涉及一种控制双稳系统中的随机共振效应 的基于双共振的随机共振控制方法。
技术介绍
随机共振是以噪声作为媒介引起微弱周期信号与非线性系统协同作用的非 线性现象。它描述了在一定量的噪声背景中，非线性系统对微弱的周期信号能产生强烈的输出响应，存在着噪声能量向信号能量转移的机制。自1981年Benzi 等提出随机共振这一概念以来，人们对随机共振的规律及其在自然科学各个领 域的表现已经有了较为深入的研究。但这些研究更多地是从观察的角度而不是 从影响的角度来研究随机共振，更重要的是作为自然科学研究的成果其最终目 的，总是离不开成功的应用，而随机共振的控制则是随机共振应用的关键环节。 随机共振控制或控制随机共振就是要通过控制手段而有目的地强化或者产生随 机共振，从而产生所需要的具有特定性质的输出响应。控制随机共振的一种最 直接的方法是改变系统参数，使系统在给定的噪声和信号作用下产生随机共振 或使其产生的共振效应更加强烈。然而，在实际应用中，输入的周期信号和噪 声是给定的、其参数是不可改变的，而非线性系统的结构参数往往也是固定的， 或者要改变其相关的势垒高度或阈值是困难的或是不可能的，譬如神经细胞， 集成电路等。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供。 将共振、耦合与随机共振原理相结合，提出了基于双共振的双稳系统随机共振 的控制方法。该方法将两个单一双稳系统经非线性耦合而成为耦合系统，将其 中一个双稳系统当作参数固定的被控系统，而另一个则作为参数可调的控制系统，通过调节耦合系数和控制系统的参数能产生随机共振.给控制系统外加单 一频率信号，改变其频率大小能使控制系统产生共振.由于耦合的作用，控制 系统的共振将影响被控系统的随机共振，从而在耦合系统中形式双共振现象， 实现了用一个共振去影响另一个共振，并能使被控系统的随机共振更加强烈.该 方法有效地控制随机共振的产生和所产生的共振效应强度大小，特别适用于系 统参数固定或难以改变的系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的 一种基于双共振的随机共振 控制方法，具体步骤如下(1) 将信号和噪声引入被控系统，经该被控系统产生输出信号，所述被控系统 为一固定参数双稳系统。(2) 将被控系统与另一控制系统作非线性耦合，经耦合作用后的输出与原信号 和噪声一起再次作用到被控系统；通过调节耦合项的可控制耦合系数与控 制系统的系统参数，使被控系统在信号、噪声共同作用下发生随机共振；所述控制系统为一参数可变双稳系统。(3) 给控制系统外加单一频率信号输入，改变单频信号的频率大小使控制系统 产生共振；由于耦合的作用，控制系统的共振将影响被控系统的随机共振， 形成双共振，从而实现随机共振控制。进一步地，所述步骤(1)具体实现如下将信号S(f)-^cos一)与噪声"f)作 为输入项，输入到固定参数的被控系统x::^。:c-Vc3，其中，a。和6。是双稳系统固 有的不可改变的参数；实际应用中的信号S(,)与噪声"/)一般都不可控制，经固 定参数双稳系统得到的是不可控制的输出信号。所述步骤(2)具体实现如下将被控系统和控制系统^ = ^-/的输出信号 共同输入到耦合作用单元作非线性耦合，耦合系数为n其中，a是双稳系统的 可控参数；耦合作用单元的输出与信号S(O、噪声《(0一起再次输入到被控系统； 调节耦合系数r和控制系统的系统参数"，使被控系统在信号和噪声的相互作 用，协同产生随机共振。所述步骤(3)具体实现如下给控制系统^ = ^-/外加单一频率信号输入 ^C0S(^ + -)，改变单频信号的频率大小，使Q等于或接近20，此时外加的作用 与系统固有的振动合拍，就会在控制系统中产生共振；控制系统的共振将影响 被控系统的随机共振，形成双共振，从而实现随机共振控制。本专利技术的有益效果是，本专利技术利用耦合系统中的双共振现象，实现用一个 共振去影响另一个共振，达到对被控系统的随机共振进行控制的目的。通过改变控制双稳系统外加单一频率信号的频率大小使控制系统产生共振，控制系统 的共振经耦合作用影响被控系统的随机共振，最终在耦合系统中形成双共振现 象。被控系统的随机共振与控制系统的共振相互影响，实现了用一个共振去影 响另一个共振，并能有效地控制被控系统的随机共振。该方法有效地控制随机 共振的产生和所产生的共振效应强度大小，特别适用于系统参数固定或难以改 变的系统。该方法扩大了随机共振控制的可控制能力，并能极大地拓宽随机共 振的应用范围，具有良好的应用前景。附图说明附图1为随机共振的双共振控制原理框图，附图2为x(/)只在单一势阱内波动的时域波形图，附图3为《)只在单一势阱内波动的功率谱图，附图4为y-0.35时，耦合系统两个变量W)和3^)的时间波形图，附图5为/ = 0.35时，耦合系统的W)的功率谱图，附图6为耦合系统变量KO的理论波形与仿真波形图，附图7为双共振控制下耦合系统变量;<0的时间波形与外作用信号波形图，附图8为双频信号作用下耦合系统的两个变量x(0和KO的时间波形图，附图9为双频信号作用下耦合系统的x(/)的功率谱图。具体实施方式本专利技术整个控制结构主要由信号输入端、被控双稳系统、外加单频信号的 控制双稳系统和耦合作用单元四大块组成，其原理框图如图1所示。将信号 邵)"cos(一与噪声"/)作为输入项，输入到被控双稳系统nj-6。x3 "。和6。是 双稳系统固有的不可改变的参数)。将被控双稳系统和控制双稳系统少=( 是双稳系统的可控参数)的输出信号共同输入到耦合作用单元作非线性耦合， 耦合系数为p耦合作用单元的输出与信号s(o、噪声^)一起再次输入到被控 双稳系统。耦合系数y和控制双稳系统的系统参数fl的变化将使系统的势垒高度 和Kramers逃逸率发生变化，从而影响被控双稳系统的固有特性，经适当调节 可使系统、信号和噪声的相互作用协同而产生随机共振。再给控制双稳系统 少=^-/外加单一频率信号输入Sc。s(Q"-)，改变单频信号的频率大小Q，使Q等于或接近2a，此时外加的作用与系统固有的振动合拍，就会在控制系统中产 生共振。控制系统的共振将影响被控系统的随机共振，形成双共振，达到随机 共振控制的目的。控制过程中各变量与参数之间的关系可用如下的耦合方程来表示;t = a。;c-&oX3+"2 +爿cos一) +《(0 ， (1) _p = a_y —_y3+;w2_y + 5cos(Qf+. (2)以下通过实施例对本
技术实现思路
做进一步解释。分别采用耦合控制与双共振 控制方法对被控系统的随机共振现象加以研究。首先，被控系统的参数若为 a。 =0.5,6。 =1，当作用到被控系统的周期信号幅值^4 = 0.05，频率w-2;r.0.01，噪 声强度D-0.18时，由于被控系统势垒高度太高W)只能在一个势阱内波动，如图 2所示，由于被控系统与输入信号、噪声之间不满足匹配条件而不能产生随机共 振，也无法实现噪声与信号之间的能量转换，雄)在输入信号频率处的功率谱值 非常小，只有《(2^0.01) = 0.0011，如图3所示。采用耦合方法，设定参数"=1, 通过调节耦合系数^能使系统产生随机共振，如图4所示为;^0.35时，耦合系统两个变量x(0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双共振的随机共振控制方法，其特征在于，具体步骤如下：（１）将信号和噪声引入被控系统，经该被控系统产生输出信号，所述被控系统为一固定参数双稳系统。（２）将被控系统与另一控制系统作非线性耦合，经耦合作用后的输出与原信号和噪声一起再次作用到被控系统；通过调节耦合项的可控制耦合系数与控制系统的系统参数，使被控系统在信号、噪声共同作用下发生随机共振；所述控制系统为一参数可变双稳系统。（３）给控制系统外加单一频率信号输入，改变单频信号的频率大小使控制系统产生共振；由于耦合的作用，控制系统的共振将影响被控系统的随机共振，形成双共振，从而实现随机共振控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林敏，方利民，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86[]