强非线性水平混沌振动台

该文研究了一种水平混沌振动台,机构的运动微分方程是强非线性的,数值仿真和实验结果表明,该振动台的动态响应是混沌的,且敏感依赖于初始条件。     

植物茎干水分系统混沌动力学特性分析

植物水分系统由于与周围环境的非线性相互作用，通常表现出复杂的时空格局。为了探究植物水分系统中的混沌特性，该研究以相空间重构、相关维数（correlation dimension,CD）、最大李雅普诺夫指数（largest Lyapunov exponent,LLE）为基础，研究了植物茎干水分时间序列中可能存在的混沌行为，研究树种包括海棠、花楸、黄丁香、铅笔柏和杨树。结果表明，植物水分系统存在混沌现象，且植物水分动态特性由控制变量数量有限的确定性系统决定。不同种类植物的茎干水分混沌参数普遍存在差异，同种植物生长状态相近时茎干水分的混沌参数相近，当生长状态出现差异时混沌参数随之发生变化。对不同生长状态的植物茎干水分混沌参数分析发现，杨树在干旱胁迫下LLE不高于0.006，而对照组平均值为0.010，木质部破坏胁迫后LLE不高于0.007，而对照组平均值为0.019，表明混沌参数可有效表征植物茎干水分数据变化趋势，并与植物生长状态存在联系，可以尝试利用这一规律对植物生长状态进行预测与回溯。该研究尝试从混沌理论的角度分析植物水分系统的复杂性，可为理解植物水分动力学的混沌行为提供新的途径。     

基于xPC快速原型的LMS算法在道路模拟振动台中的应用

针对道路模拟振动台加速度波形复现跟踪精度较差的问题,提出了基于LMS（least mean square）自适应滤波算法作为道路模拟振动台的伺服控制系统的前馈环节,LMS自适应算法通过调节有限长冲击响应FIR数字滤波器的权值,也即调节前馈控制器的参数,以提高加速度波形复现的精度。对单通道道路模拟振动台进行数学建模,并采用PID和LMS两种控制器对控制系统进行了设计与仿真。仿真结果表明,自适应滤波算法LMS跟踪精度远远高于传统的PID控制器,并且具有在线调节FIR滤波器权值的优点。最后,采用xPC Target快速原型软件进行了试验验证,试验结果表明,基于LMS控制策略提高了道路模拟振动台加速度波形复现的精度,利用所提出的控制策略可以成功地进行道路模拟加速度波形复现试验。     

基于混沌免疫算法和遥感影像的土地利用分类

为提高利用遥感影像进行土地利用分类的精度，采用了基于混沌免疫算法(Chaos Immune Algorithm)的多光谱遥感影像分类方法。首先应用混沌免疫算法对样本进行自学习得到全局最优的聚类中心，然后通过得到的聚类中心对整幅影像进行分类。该方法利用混沌变量的遍历性，进行粗粒搜索，优化免疫算法的初始抗体群；通过克隆选择算子、变异算子、抗体的循环补充操作，避免陷入局部最优解，得到全局最优的聚类中心。在对淮南矿区采用TM影像进行的土地利用分类中，试验结果表明该方法分类总精度为89.9％，Kappa系数为0.8     

和田绿洲空气相对湿度的混沌神经网络预测模型

针对用单一指标判断时间序列的混沌特性的不足,本文应用Hurst指数、Lyapunov指数以及饱和关联维数从不同的角度对和田绿洲空气相对湿度的混沌特性进行了识别。在此基础上将混沌理论与神经网络相结合,建立了混沌神经网络预测模型,利用此模型分别对1954-2002年和2003-2004年和田河流域月平均相对湿度进行模拟和预测,其平均相对误差分别为2.96%和0.85%,表明模型具有较高的精度。     

基于数字信号处理器(DSP)的双缸电液振动台波形再现控制

振动试验台的振动试验需再现实际工况的振动波形，需应用控制算法对多油缸激振进行同步控制，该文在最小二乘递推估计的基础上，推导了一种逆传递函数矩阵实时辩识算法，并将该算法用于双缸有耦合电液振动台的波形再现控制中。介绍了采用DSP(数字信号处理器)为核心的控制系统构成及数字迭代控制的实现方法，并给出随机波波形再现的试验结果。     

农机产品拥有量的非线性特性研究

农机产品的社会拥有量预测是农机产品市场预测的基础。该文建立了描述农机产品社会拥有量的演化方程,并指出该方程具有非线性混沌特性。在简要介绍描述混沌程度的典型参数关联维数和柯尔莫哥夫熵的定义的基础上,计算了基于时间序列的中国农机产品拥有量（以大中型拖拉机和联合收割机为例）的关联维数和柯尔莫哥夫熵,结果表明中国农机市场发展确实存在混沌。最后指出农机产品拥有量长期预测的困难,建议改进传统的预测方法。     

改进的变尺度优化算法在节水灌溉制度优化设计中的应用

应用改进的变尺度混沌优化算法对水分生产函数模型进行求解,求解程序用Visual Basic编写。以河西武威绿洲春小麦数据为例,将混沌算法应用于小麦灌溉制度优化设计中,并与动态规划法进行对比,证明了改进的混沌优化算法可以提高灌溉制度优化设计的精度与速度。     

改进的变尺度优化算法在节水灌溉制度优化设计中的应用

应用改进的变尺度混沌优化算法对水分生产函数模型进行求解,求解程序用Visual Basic编写.以河西武威绿洲春小麦数据为例,将混沌算法应用于小麦灌溉制度优化设计中,并与动态规划法进行对比,证明改进的混沌优化算法可以提高灌溉制度优化设计的精度与速度.     

三江平原地下水埋深时间序列的混沌研究

三江平原是我国最大的淡水沼泽区和重要的商品粮生产基地,地下水资源是该地区发展井灌水稻极为宝贵的源泉,但同时地下水系统又是一个复杂的非线性系统.首先,应用功率谱分析法对该地区地下水埋深序列进行定性分析;然后,在相空间重构的基础上,通过计算特征量Kolmogorov熵和关联维,得出三江平原地下水埋深序列中存在明显的混沌特征;最后,应用基于关联度的局域加权线性回归预测法进行混沌预测研究,得出比较理想的预测结果,为应用混沌理论进行三江平原地下水埋深变化规律研究提供依据.     

混沌理论在NH3—N污染指数时间序列分析中的应用

根据混沌理论,对四川省乐山岷江大桥NH3—N污染指数时间序列通过相空间重构,应用自相关法和Cao方法确定出重构参数,并分别计算了该序列的关联维、最大Lyapunov指数以及Kolmogorov熵等特征量。结果表明,四川省乐山岷江大桥NH3—N污染指数时间序列存在明显的混沌特性,是非线性混沌动力系统演化的结果;研究结果为进一步研究NH3—N污染指数时间序列的复杂性、演化规律及预测奠定了基础,也可为岷江中上游地区水质环境监测和保护提供决策支持。     

农业灌溉用水量混沌预报模型建立与应用

针对当前灌溉用水量预报方法研究现状及预报精度低的问题,提出了混沌预报模型。通过灌溉用水量序列相空间重构在高维空间中恢复演变规律,并进行混沌演变特性识别,建立了基于最大Lyapunov指数的灌溉用水量混沌预报模型。模型用于湖北省举水流域灌溉用水量预报并与不同方法进行对比分析,结果表明模型预报效果好,可以作为农业灌溉用水量预报的一种有效方法。     

基于神经网络的混沌时间序列土壤墒情预测预报

土壤墒情预测预报对农业生产、水分循环的研究具有重要的意义。应用混沌理论对具有混沌特性的土壤墒情时间序列进行相空间重构,利用神经网络对土壤墒情时间混沌序列重构相空间中相点的演化过程进行了学习、训练及预测。结果表明,该方法所需的参数较少,简单易行,即只需要土壤墒情时间序列数据。通过对预测预报值与实测数据进行比较,证实了该方法相对误差较小,预测精度高,有一定的可靠性和实用性。     

大中型拖拉机需求量混沌特征分析及预测时效研究

中国大中型拖拉机需求量是一个复杂的非线性系统。该文在分析大中型拖拉机需求特点的基础上,建立了基于混沌理论的农业装备需求特性分析及预测时效模型。采用中国1952至2004年大中型拖拉机需求量的实测数据,重点研究了其需求系统的相空间重构、关联维数的确定和柯尔莫哥洛夫熵的计算。结果表明：中国大中型拖拉机需求为混沌系统,影响需求量的因素有1～12个,最大可预测的时效为8a。     

转子导程及偏心率对面团混合器混合流场及效率影响分析

为了探究偏心螺旋转子扰动下面团混合器的混沌混合机制,明确偏心转子系统的关键几何参数对混沌混合机制的影响,从三维Lagrangian的新视角,利用有限时间Lyapunov指数（finite-time lyapunov exponent, FTLE）和拉格朗日拟序结构（lagrangian coherent structure, LCS）,结合经典Poincaré截面,对面团混合器的流体输运和混合机理进行了深入研究。利用LCS的准边界特性,分析了混合器的混沌和非混沌区域分布规律;研究了转子偏心率对混沌尺度和非混沌区粒子运动特性的影响规律。利用剪切速率、对数拉伸、瞬时混合效率和平均时间混合效率等,分析了转子导程和偏心率对混合器混合效率的影响。结果表明,双曲LCS将混合器流域划分为两个不同动力学特性的区域：内回转区和外螺旋区。随着转子偏心率逐渐增大,外螺旋区流体的混沌混合强度增大,内回转区混合强度逐渐较低,当偏心率较小时,流体混合以内回转区运动为主;由于转子扰动减小,减小了混合器的轴向物质输运。从拉伸流动混合效率角度可知,当导程l=120 mm、偏心率ε=0.67时,混合器的具有相对较高的拉伸混合效率;当导程l=60 mm、偏心率ε=0.33时,混合器的拉伸混合效率相对最低,但其剪切混合效率相对最高。该文为食品及其它混合设备的设计和优化提供了新的研究思路和理论依据。     

基于模糊最小二乘支持向量机的区域粮食安全性预警分析

为提高区域粮食安全性预警精度,针对区域粮食安全预警数据的模糊特性,建立了采用清晰集合构造模糊集合法确定隶属度,采用混沌遗传算法优化参数的基于混沌遗传算法的模糊最小二乘支持向量机区域粮食安全预警模型。应用结果表明,基于混沌遗传算法的模糊最小二乘支持向量机区域粮食安全预警模型的预警相对误差小于2.0%,且区域粮食安全性的性能指标参数满足关系式：粮食自给率权重系数a1>人均粮食占有量权重系数a2>粮食单产水平权重系数a3>人均耕地权重系数a4>粮食生产波动系数权重系数a5。该研究结果可为区域粮食安全性预警分析快速有效地实现提供理论依据。     

强非线性宽频带混沌激振器及其应用

为特混沌研究转化为技术成果,通过数值仿真与实验测试,证实强非线性混沌振动发生器可以作为工程上宽频带振动的高效激振源。     

混沌人工鱼群算法及其在灌区优化配水中的应用

对人工鱼群算法进行了改进,结合灌区优化配水问题,建立了灌区优化配水的混沌人工鱼群算法模型。通过对山东省威海市节水灌溉示范区进行优化计算,算法能有效地搜索到灌区净效益最高点,优化后与现状种植结构相比,粮食作物面积减少,经济效益较高的果树面积增大,灌区净效益提高56％。优化结果表明,混沌人工鱼群算法应用于灌区优化配水计算切实可行,为复杂的灌区优化配水问题提供了新的思路和方法。     

刀具磨损声发射信号的混沌特性分析

金属切削是一个非线性系统,刀具磨损产生的声发射信号具有混沌特征。该文采用混沌理论对刀具不同磨损程度的声发射信号进行非线性特性分析。首先采用经验模态分解与小波阈值结合(empirical mode decomposition and wavelet,EMD-Wavelet)的法对信号去噪,消除噪声对吸引子结构以及特征参数的影响。其次利用互信息法和Cao方法分别求时延和嵌入维,对去噪后的信号进行相空间重构。最后绘制吸引子相图,并求解特征参数关联维。结果表明,看似无序杂乱的非线性声发射信号有着内在的有序状态。吸引子结构随着刀具磨损状态的改变呈现一定变化规律,关联维数与刀具磨损状态有一定的对应关系。这些特性对于刀具磨损状态识别有一定的参考意义。     

基于混沌优化K均值算法的马铃薯芽眼的快速分割

为提高芽眼分割的准确性,该文实现了基于混沌优化K均值算法的马铃薯芽眼的快速分割。K均值算法具有有效性及易于实现的优点,但是容易陷入局部最优值的缺点造成了其聚类结果的不准确。混沌系统由于其遍历性和不重复性,能够以较快的速度执行全局搜索。该文提出的算法的主要思想就是将混沌变量映射到K均值算法的变量中,用混沌变量代替其寻找全局最优值。分割试验结果表明:该文提出的算法,不仅在分割准确性上优于当下流行的K均值算法和模糊C均值算法,而且在运行时间上也更胜一筹,K均值算法和模糊C均值算法分割一幅马铃薯芽眼的图像所需的平均时间分别为2.895 5 s和3.556 4 s,而该文提出的算法仅需1.109 s。当聚类数大于3时,该文提出的算法在运行时间上受聚类数目的影响非常小,这一特点可用于其他一些适合聚类数大于3的农作物上。试验结果还表明,对于该文中的样本,最佳聚类数不宜超过3。最后,精度试验验证了该文提出的算法能够对样本中的马铃薯芽眼实现完全,无遗漏的分割,总的分割精度为98.87%,其中,对正常的马铃薯芽眼分割精度可达100%,对特殊马铃薯的芽眼分割精度为91.67%,总体分割精度较好。因此,该文提出的算法能够为后续种薯的自动切块提供参考。