分数阶非线性时滞脉冲微分系统的全局Mittag-Leffler稳定性
Global Mittag-Leffler Stability of Fractional Order Nonlinear Impulsive Differential Systems with Time Delay
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收稿日期: 2019-01-31
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Received: 2019-01-31
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作者简介 About authors
刘健,E-mail:
蒋威,E-mail:
该文主要研究了含有脉冲和时滞因素的分数阶非线性微分系统的全局Mittag-Leffler稳定性.利用分数阶Lyapunov方法和Mittag-Leffler函数性质,给出了含有脉冲时滞分数阶非线性微分系统全局Mittag-Leffler稳定性的充分条件,然后用具体的例子证明了所得结果的有效性.
关键词:
In this paper, the global Mittag-Leffler stability of fractional-order nonlinear differential systems with impulsive and time-delay factors is studied. By using the fractional Lyapunov method and Mittag-Leffler function, sufficient conditions for global Mittag-Leffler stability of fractional-order nonlinear differential systems with impulsive time-delay are given. Finally, an example is given to demonstrate the effectiveness of the results.
Keywords:
本文引用格式
刘健, 张志信, 蒋威.
Liu Jian, Zhang Zhixin, Jiang Wei.
1 引言
最近几十年,分数阶微积分被应用到许多领域,如:电路系统,流体力学问题,控制理论,人工智能系统等方面[1-7, 24-25].而分数阶微分系统的Mittag-Leffler稳定性问题作为分数阶微分系统研究的核心内容之一,也取得了丰富的成果. Mittag-Leffler稳定性是由李岩及其同事[8-9]提出,他给出了分数阶非线性动力系统的Mittag-Leffler稳定性定义.随后,分数阶微分系统的Mittag-Leffler稳定性引起了国内外学者的广泛关注和深入研究,并取得了很多成果[10-15].文献[10-11]中Liu给出了非线性分数阶中立退化系统和分数阶非线性系统的Mittag-Leffler稳定性的充分条件.文献[12]给出了多变量广义Mittag-Leffler稳定性的定义,并引入多变量分数阶Lyapunov直接法,同时提出了一种新的方法研究多变量分数阶非线性动力系统的广义Mittag-Leffler稳定性.文献[13]讨论了带反馈控制的网络微分方程的分数阶耦合系统的全局Mittag-Leffler稳定性.利用压缩映射原理, Lyapunov方法,图理论方法和不等式技术,给出了平衡点的存在性、唯一性和全局Mittag-Leffler稳定性的条件.文献[14-15]中分析了分数阶基因调控网络的Mittag-Leffler稳定性并且研究了分数阶神经网络的局部Mittag-Leffler稳定性和局部渐近
在对实际系统的建模中,由于约束条件的存在,时滞和脉冲是必须要考虑的因素.到目前为止,对于脉冲分数阶微分方程的Mittag-Leffler稳定性已经取得了相关的结果[16-20].现在,对于含有脉冲的相关文献主要集中在神经网络方面的研究,如在文献[16-18]中,作者使用Lyapunov方法给出了具有单侧Lipschitz条件的分数阶脉冲神经网络和分数阶脉冲神经网络的全局Mittag-Leffler稳定性的条件及可变时间脉冲分数阶神经网络的Mittag-Leffler稳定性分析.在文献[19]中研究了具有时变时滞分数阶脉冲神经网络的全局Mittag-Leffler稳定性及其同步问题.在非线性分数阶微分系统方面,文献[20]分析了含有脉冲的非线性分数阶微分系统的Mittag-Leffler稳定性的条件.对于分数阶神经网络已经出现了相关的应用,如文献[21]给出了分数阶神经网络模型并分析了分数阶神经网络的混沌行为.文献[22]研究了分数阶神经网络模型的分岔和混沌现象,同时给出了系统的稳定性条件.文献[23]通过对分数阶细胞神经网络和整数阶细胞神经网络的比较分析,说明了分数阶神经网络微分系统更加精确地描述系统的动力学行为.目前对于含有脉冲和时滞分数阶微分系统的Mittag-Leffler稳定性研究较少.受到现有研究成果的启发,在文献[20]的基础上,本文研究同时含有脉冲和时滞因素的分数阶非线性系统的Mittag-Leffler稳定性问题.讨论了含有脉冲的分数阶非线性时滞微分系统的全局Mittag-Leffler稳定性,研究的系统含有脉冲和时滞信息,在处理方法上有一定的改进,对现有结果进行了推广.
2 准备知识
记
定义2.1[1] 设可积函数
为函数
定义2.2[1] 对任意
定义2.3[1] 含有一个参数和两个参数的
我们考虑下面含有时滞的脉冲分数阶非线性系统
这里
记
设
并且
作下列的假设
H2.1 对所有
H2.2 函数
H2.3
定义2.4 系统(2.1)的零解是
其中
定义2.5 系统(2.1)的零解是全局
这里
推论2.1[9] 全局
进一步我们可以考虑分段连续Lyapunov函数
定义2.6 函数
其中
定义2.7 给定一个函数
这里
定义2.8[19] 假设函数
是一个常数.则称函数
引理2.1[11] 记
那么
这里
引理2.2[1] 假设
3 主要结果
定理3.1 如果条件H2.1–H2.3成立,系统(2.1)满足
且函数
证 构造一个Lyapunov函数
设
如果
如果
如果
因此,
那么当
这里
由以上的分析和系统(2.1)的任意解
则有
由定理的条件,存在一个实数
那么由(3.1)式, (3.2)式和引理2.1得到
因此
记
从而系统(2.1)的零解是全局
定理3.2 如果系统(2.1)满足定理3.1的条件,那么系统(2.1)的零解是全局
证 由于
又知
可知
所以这个系统的零解是全局渐近稳定的.证明完成.
4 例子
考虑下面含有时滞的脉冲分数阶非线性微分系统
这里
且
脉冲时刻使得:
参考文献
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,
Stability of fractional-order nonlinear dynamic systems:Lyapunov direct method and generalized Mittag-Leffler stability
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Mittag-Leffler stability of nonlinear fractional neutral singular systems
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Lyapunov stability analysis of fractional nonlinear systems
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Generalized Mittag-Leffler stability of multi-variables fractional order nonlinear systems
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Global Mittag-Leffler stability for a coupled system of fractional-order differential equations on network with feedback controls
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Multiple Mittag-Leffler stability and locally asymptotical ω-periodicity for fractionalorder neural networks
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Global Mittag-Leffler stability analysis of fractional-order impulsive neural networks with one-side Lipschitz condition
,
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,
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