PMSM混沌系统动力学特性、力学分析及FPGA实现

论文摘要

永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)是电气传动控制中的一种重要设备与装置,它是一种效率高、功率大的电机,有独特而明显的优势,而且在电机驱动、各种伺服系统、家用电器及电动汽车等领域应用广泛。但是在电机动态特性的研究中,还存在许多有待进一步解决的问题,如低速特性等,这些问题与非线性系统中混沌的研究密切相关,这就使得对PMSM这样的非线性系统中的混沌现象进行研究显得尤为重要。本文围绕气隙均匀的PMSM系统中的混沌特性进行分析,所做的主要工作如下:1.对整数阶无量纲PMSM混沌系统进行动力学特性分析。首先将实际PMSM混沌系统经过时间尺度变换和线性仿射变换为无量纲PMSM混沌系统,并对其进行动力学特性分析。通过观察相轨迹图并计算Lyapunov指数,说明气隙均匀的PMSM混沌系统存在混沌吸引子,并对系统进行初值敏感性分析,验证了该系统具有良好的初值敏感性。再对气隙均匀的PMSM混沌系统进行拓扑马蹄分析,利用拓扑马蹄理论和Hstool工具箱,从数学意义下严格其证明混沌吸引子的存在。2.对气隙均匀的实际PMSM混沌系统和无量纲形式的PMSM混沌系统分别进行力学分析和界估算。为了进一步解释混沌产生的主要原因,将实际PMSM混沌系统分解为惯性力矩、内力矩、耗散力矩和外力矩,从力学分析的角度来探究实际PMSM混沌系统产生混沌的原因。再对无量纲PMSM混沌系统进行力学分析,探究该系统本身产生混沌的根本原因。通过分析并比较,得出无量纲PMSM混沌系统与实际PMSM混沌系统之间的相似性和差异性。另外,通过一类高维二次自治动力系统(HDQADS)界估算的定理和引理,分别完成上述两个系统的界估算,为混沌系统的控制、同步提供一定的理论依据。3.对无量纲PMSM混沌模型与一个新的三维自治混沌系统实现异结构同步控制,在此基础上,完成了异结构同步的FPGA实现。根据Lyapunov稳定性理论,采用非线性同步方法实现无量纲PMSM混沌系统与一个新的三维自治混沌系统的异结构同步,通过Matlab软件进行数值仿真,验证该同步方法的有效性和可行性。在此基础上,用FPGA完成同步系统的硬件实现。4.对分数阶PMSM混沌系统分别进行混沌特性分析和同步实现及其在图像加密中的应用研究。通过仿真分析该分数阶PMSM混沌系统,说明该系统在一定参数范围内存在混沌吸引子。在此基础上,完成分数阶PMSM混沌系统的FPGA实现。同时使用非线性同步方法实现基于该分数阶混沌系统的同步,并在FPGA平台上实现同步。最后,分别将整数阶和分数阶PMSM混沌系统用于数字图像加密,分析该图像加密方法的有效性,并对该算法的安全性和可靠性进行分析,比较两个系统的加密效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
•   1.1 课题研究背景及研究意义
•     1.1.1 课题研究背景
•     1.1.2 课题研究意义
•   1.2 课题研究现状
•   1.3 本文主要研究内容
• 2 整数阶PMSM混沌系统动力学特性分析
•   2.1 PMSM混沌系统模型简介
•   2.2 无量纲PMSM混沌系统的动力学特性
•     2.2.1 初值敏感性分析
•     2.2.2 Lyapunov指数图及分岔图分析
•   2.3 无量纲PMSM混沌系统拓扑马蹄分析
•   2.4 本章小结
• 3 整数阶PMSM混沌系统力学分析及界估算
•   3.1 三维Kolmogorov系统的统一形式
•     3.1.1 实际PMSM混沌系统力学分析
•     3.1.2 无量纲PMSM混沌系统力学分析
•     3.1.3 小结
•   3.2 PMSM混沌吸引子界估算
•     3.2.1 相关定义及引理
•     3.2.2 实际PMSM混沌系统的混沌吸引子界估算
•     3.2.3 无量纲PMSM混沌系统的混沌吸引子界估算
•   3.3 本章小结
• 4 整数阶PMSM混沌系统的同步控制及FPGA实现
•   4.1 非线性反馈法实现异结构同步
•     4.1.1 理论基础
•     4.1.2 数值仿真
•   4.2 异结构同步电路的FPGA实现
•   4.3 本章小结
• 5 分数阶PMSM混沌系统同步控制及FPGA实现
•   5.1 分数阶PMSM混沌系统动力学特性及FPGA实现
•     5.1.1 分数阶次α对系统的影响
•     5.1.2 相轨迹分析
•     5.1.3 初值敏感性分析
•     5.1.4 Lyapunov指数图及分岔图
•     5.1.5 FPGA实现
•   5.2 分数阶PMSM混沌系统非线性同步及FPGA实现
•     5.2.1 非线性同步理论基础
•     5.2.2 数值仿真
•     5.2.3 分数阶PMSM混沌系统非线性同步的FPGA实现
•   5.3 本章小结
• 6 PMSM混沌系统在图像加密中的应用研究
•   6.1 加密解密方案设计
•   6.2 加密结果及解密结果
•     6.2.1 整数阶PMSM混沌系统的加密和解密结果
•     6.2.2 分数阶PMSM混沌系统的加密和解密结果
•   6.3 安全性能分析
•     6.3.1 密钥敏感性
•     6.3.2 直方图
•     6.3.3 相邻像素点相关性
•   6.4 本章小结
• 7 总结与展望
•   7.1 创新点及总结
•     7.1.1 创新点
•     7.1.2 总结
•   7.2 不足之处及展望
• 8 参考文献
• 9 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 10 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张妹

导师: 薛薇

关键词: 混沌系统,力学分析,拓扑马蹄,图像加密

来源: 天津科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,电力工业

单位: 天津科技大学

分类号: TM341;O415.5

DOI: 10.27359/d.cnki.gtqgu.2019.000565

总页数: 91

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