[发明专利]一种基于双共振的随机共振控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制技术，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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于双共振的随机共振控制方法。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。

本发明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(t)＝Acos(ωt)与噪声ξ(t)作为输入项，输入到固定参数的被控系统其中，a₀和b₀是双稳系统固有的不可改变的参数；实际应用中的信号S(t)与噪声ξ(t)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γ；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(t)、噪声ξ(t)一起再次输入到被控系统；调节耦合系数γ和控制系统的系统参数a，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Bcos(Ωt+φ)，改变单频信号的频率大小，使Ω等于或接近2ω，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。

本发明的有益效果是，本发明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，