CN113792858A - 耦合神经网络有界同步及其分布式控制方法 - Google Patents

耦合神经网络有界同步及其分布式控制方法 Download PDF

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CN113792858A CN202111067145.XA CN202111067145A CN113792858A CN 113792858 A CN113792858 A CN 113792858A CN 202111067145 A CN202111067145 A CN 202111067145A CN 113792858 A CN113792858 A CN 113792858A
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Abstract

本发明提供了耦合神经网络有界同步及其分布式控制方法,属于信息技术领域。本发明通过结合事件触发机制研究了非线性耦合神经网络在分布式脉冲控制器下的的有界同步问题。本发明考虑到耦合神经网络中可能出现的干扰,设计了一类基于事件触发机制的分布式脉冲控制器,并且使用伯努利随机变量来描述了不同信道之间存在的随机不确定性。本发明通过李雅普诺夫稳定性定理、平均脉冲间隔的概念、矩阵测度方法和参数变分法,得到了在不同情形下实现耦合神经网络的有界同步的各类条件。本发明基于给定的事件触发条件和相关数学方法对事件触发情况中可能出现的Zeno行为进行了排除。

Description

耦合神经网络有界同步及其分布式控制方法
技术领域
本发明涉及一种复杂网络同步技术,属于信息技术领域。
背景技术
近年来,由于复杂网络在各个领域的广泛应用,研究复杂网络成为一个值得关注的课题。其中,神经网络作为一种有效的动力学模型在估计数据和学习算法中发挥了重要的作用。神经网络模型通过模拟不同神经元之间的信息传输,建立起类似神经结构的系统,从而在图像识别、安全通信等领域内发挥作用。
同步现象作为复杂网络的一类基本的集群动力学现象,主要是通过调节系统内部参数或施加外部控制来使网络中的系统行为一致。到目前为止,同步现象已经成为复杂网络研究中不可或缺的内容。同时,学者对于不同类型的同步现象也进行的大量的研究,如有界同步、滞后同步、完全同步、相位同步、聚类同步等。
在上述几种同步方法中,有界同步作为一种特殊的同步,一般由参数失配、外部扰动等因素引起,因此系统只能在有限范围内实现同步目标。现实中的工业过程或是具体的机械设备常常存在有某些干扰因素,如噪声干扰等。对于神经网络而言也同样存在干扰,例如图像识别中存在的状态扰动,安全通信中信息信号与恢复信号之间的误差等等。因此,现实中的系统往往难以实现完全同步而只能达成有界同步。
复杂网络很多情况下在仅靠自身难以达成同步的状况下,可以采取施加外部控制的策略。过去几十年中,许多实现同步的有效策略已经被提出,例如牵制控制、脉冲控制、分布式控制、间歇控制等。在这其中,脉冲控制作为一种瞬时高效的控制手段能够在保持低功耗的同时进行有效控制,而分布式控制使得当前节点的状态信息受其邻居节点的影响。此外,不同于一般的时间触发机制,事件触发机制是一种依赖于系统本身状态的控制策略,可以有效减少冗余信息的传递。因此,可以将上述控制策略联合使用以达到同步目标。
据我们所知,在考虑随机不确定性的情况下,耦合神经网络在基于事件触发机制的分布式脉冲控制器下实现同步的问题是很少被讨论的。而为了模拟现实网络中不同信道之间的随机不确定性,考虑这类干扰情况又是很有必要的。因此,理论分析的复杂性和实际应用的重要性激励我们研究这项工作。
发明内容
本发明需要解决的技术问题与需要达到的目标:
(1)本发明通过结合事件触发机制研究了非线性耦合神经网络在分布式脉冲控制器下的的有界同步问题。
(2)本发明考虑到耦合神经网络中可能出现的干扰,设计了一类基于事件触发机制的分布式脉冲控制器,并且使用伯努利随机变量来描述了不同信道之间存在的随机不确定性。
(3)本发明通过李雅普诺夫稳定性定理、平均脉冲间隔的概念、矩阵测度方法和参数变分法,得到了在不同情形下实现耦合神经网络的有界同步的各类条件。
(4)本发明基于给定的事件触发条件和相关数学方法对事件触发情况中可能出现的Zeno行为进行了排除。
本发明的技术方案:
耦合神经网络有界同步及其分布式控制方法,步骤如下:
步骤一:考虑一类非线性的神经网络并为其设定目标神经网络,此时目标神经网络可以视为领导,而其他神经网络可视为其跟随者。首先考虑如下具有非线性和混合时变时滞的耦合神经网络模型
Figure BDA0003258907120000021
其中:
Figure BDA0003258907120000022
是节点的状态向量,
Figure BDA0003258907120000023
是节点内部状态分量;
Figure BDA0003258907120000024
是神经网络的连接权值矩阵,
Figure BDA0003258907120000025
则代表时滞连接矩阵;
Figure BDA0003258907120000026
是神经元的外部输入向量,
Figure BDA0003258907120000027
是外部输入状态分量;fk(·):Rn→Rn,k=1,2表示神经元的激活函数,其中有
Figure BDA0003258907120000028
Figure BDA0003258907120000029
正常数σ1表示耦合神经网络的耦合强度;γ表示耦合神经网络的内部耦合矩阵,为了不失一般性,本发明假设γ为单位矩阵;τ1(t),τ2(t)各自表示系统时变时滞,状态耦合时变时滞,存在0≤τ1(t)≤τ1,0≤τ2(t)≤τ2,并定义最大时滞为τ=max{τ1(t),τ2(t)};矩阵G=(gij)N×N是基于耦合神经网络拓扑结构的外部耦合矩阵,并且矩阵G,满足耗散条件,即满足
Figure BDA00032589071200000210
此外如果在第i个神经网络与第j个神经网络之间存在连接,则有gij=gji>0,否则gij=0;ui(t)是控制器,我们将会在之后详细设计它。
确认领导节点:由于本申请中耦合神经网络保持了领导跟随的形式,因此需要提前设定一个目标神经网络作为领导。在本申请中,确认如下形式的领导模型为:
Figure BDA00032589071200000211
其中:
Figure BDA0003258907120000031
是该神经网络的状态向量,sn(t)是目标神经网络内部状态分量,A,B是该神经网络的连接权值矩阵,C是该神经网络的时滞连接权值矩阵;本申请中的所有神经网络都可以看作目标神经网络(2)的追随者。
定义1:为了获得更加准确的结果,本文引入了矩阵测度方法,设存在矩阵
Figure BDA0003258907120000032
Figure BDA0003258907120000033
定义矩阵测度μq(M)如下
Figure BDA0003258907120000034
其中:I是一个n维单位向量,||·||q,q=1,2,∞表示不同形式的诱导范数。
步骤二:通过传感器获得各节点的状态信息,可以得到误差向量ei(t)=xi(t)-s(t)的状态信息从而得到如下具有非线性和多重时滞的误差耦合神经网络:
Figure BDA0003258907120000035
也可简写为:
Figure BDA0003258907120000036
其中:误差状态向量
Figure BDA0003258907120000037
是误差状态分量;
Figure BDA0003258907120000038
激活函数
Figure BDA0003258907120000039
Figure BDA00032589071200000310
Figure BDA00032589071200000311
Figure BDA00032589071200000312
通过对所述耦合神经网络模型的处理,从而可以将不同神经网络之间同步问题转换为一个误差耦合神经网络全局稳定性问题方便后续处理。
步骤三:为了实现神经网络(1)与目标神经网络(2)之间的网络同步,基于事件触发机制设计如下分布式脉冲控制器:
Figure BDA00032589071200000313
其中:ρ12,qi表示控制强度;Γ=(γij)N×N,L=(lij)N×N表示分布式控制器的耦合矩阵;δ(·)表示狄拉克函数;对于脉冲信号,我们假设这时间序列
Figure BDA00032589071200000314
是严格单调递增;zi(t)表示耦合神经网络中不同信道之间的随机不确定性;此外对于目标神经网络(2)的状态向量的诱导范数,存在约束:||Z(t)||q≤z,其中
Figure BDA0003258907120000041
z是一个正常数;伯努利随机变量dij(t)表示干扰出现的概率并满足以下概率分布:
Prob{dij(t)=1}=dij,Prob{dij9t)=0}=1-dij,
其中:dij(t)取值为0或1分别表示干扰消失和出现;dij表示dij(t)的数学期望值,矩阵
Figure BDA0003258907120000042
同时,基于事件触发机制设计如下触发条件:
Figure BDA0003258907120000043
其中:tk-1,tk分别为当前以及下次脉冲触发时刻;事件触发函数η(t)=||ζ(t)||q-k||e(t)||q,测量误差
Figure BDA0003258907120000044
当网络处在触发时刻时测量误差会被重置为0重新使得触发函数恢复为η(t)≤0状态
考虑神经网络(1)与目标神经网络(2),误差耦合神经网络初始状态可以定义为
Figure BDA0003258907120000045
通过上面的讨论,我们可以进一步得到如下具有混合时变时滞、非线性特征的被控误差耦合神经网络模型:
Figure BDA0003258907120000046
其中,
Figure BDA0003258907120000047
表示函数φi(t)属于从[-τ,0]到
Figure BDA0003258907120000048
的连续函数集合;
Figure BDA0003258907120000049
是触发时刻tk前无限趋近于tk的某个时刻;
Figure BDA00032589071200000410
是是触发时刻tk后无限趋近于tk的某个时刻;
为了方便理论推导,上式可以简写为:
Figure BDA0003258907120000051
其中:我们假设误差状态向量ei(t)是右连续的,即存在
Figure BDA0003258907120000052
Figure BDA0003258907120000053
定义2:在耦合神经网络中,当且仅当对于任意初始状态
Figure BDA0003258907120000054
和存在正参数
Figure BDA0003258907120000055
使得如下不等式成立
Figure BDA0003258907120000056
则我们就说神经网络(1)与目标神经网络(2)是有界同步的。
下面,我们将讨论具有混合时滞和非线性的耦合神经网络(1)在随机不确定下的有界同步条件。所有的数学表述都是基于李雅普诺夫稳定性定理、平均脉冲间隔、矩阵测度方法和参数变分法。本发明利用所设计的分布式脉冲控制器(4)获得神经网络(1)和目标神经网络(2)之间有界同步的充分条件。此外,本发明利用设计的触发条件实现了对于Zeno行为的消除。
步骤四:首先对Zeno行为进行消除,利用矩阵测度方法构建如下李雅普诺夫函数:
Figure BDA0003258907120000057
对于区间
Figure BDA0003258907120000058
可以得出V*(t)的Dini导数D+V*(t),即:
Figure BDA0003258907120000059
其中:
Figure BDA00032589071200000510
Figure BDA00032589071200000511
Figure BDA00032589071200000512
Figure BDA0003258907120000061
基于线性化方法以及矩阵测度方法的性质,存在正常数ω12,可以使得下列不等式成立:
Figure BDA0003258907120000062
根据扩展比较引理,建立如下比较系统:
Figure BDA0003258907120000063
其中V*(t)≤v(t),ε是大于零的任意值,并且根据参数变分法可得下式:
Figure BDA0003258907120000064
其中:柯西矩阵
Figure BDA0003258907120000065
可由线性系统
Figure BDA0003258907120000066
得到。考虑到测量误差在每个触发时刻满足||ζ(tk)||q=0,将柯西矩阵代入等式(12),计算可得:
Figure BDA0003258907120000067
对于ξ123>0和t∈[tk,tk+1],假设存在下式:
Figure BDA0003258907120000068
接下来证明不等式(14)在t∈[tk,tk+1]条件下成立,值的注意的是,即使不等式在t∈[tk,tk+1]条件下不成立,也存在t*∈[tk,tk+1]使得不等式在0<t<t*条件下成立。将不等式(14)代入等式(13)中可得:
Figure BDA0003258907120000069
使得上式中ε→0,从而对于t∈[tk,tk+1],存在进一步结果为:
Figure BDA0003258907120000071
根据事件触发条件(6),(15)式可以改写为:
Figure BDA0003258907120000072
其中:
Figure BDA0003258907120000073
此时最小脉冲间隔大于零,由此可以得出结论,在本申请中所设计的事件触发条件基础上,Zeno行为可以被有效排除。
步骤五:利用矩阵测度方法构建如下李雅普诺夫函数:
V(t)=||Pe(t)||q,
其中P是一个常正定矩阵。
对于
Figure BDA0003258907120000074
根据分布式控制器的定义,可以得出
Figure BDA0003258907120000075
其中:
Figure BDA0003258907120000076
另一方面,对于
Figure BDA0003258907120000077
沿着被控误差耦合神经网络(8)的轨迹对V(t)求导,可以得到
Figure BDA0003258907120000078
Figure BDA0003258907120000081
其中:o(∈)是∈的高阶无穷小;
Figure BDA0003258907120000082
Figure BDA0003258907120000083
根据已知条件与扩展比较引理,可以得到满足下列脉冲系统的函数v(t):
Figure BDA0003258907120000084
其中:ε是大于零的任意值并且函数v(t)≥V(t)。之后,根据参数变分法,v(t)可以计算得:
Figure BDA0003258907120000085
其中:W(t,s)是根据线性脉冲系统
Figure BDA0003258907120000086
所得的柯西矩,对于区间t∈[t0,t1)计算可得:
Figure BDA0003258907120000087
将柯西矩阵W(t,s)代入等式(19),可以计算得到:
Figure BDA0003258907120000088
其中:
Figure BDA0003258907120000089
利用上述参数考虑:情形1、当α123时,定义
Figure BDA00032589071200000810
分别计算g(0+),g(+∞)和导数g′(λ),计算结果为
Figure BDA00032589071200000811
Figure BDA00032589071200000812
以上结果表明,g(λ)在区间(0,+∞)内单调递增,并且在该区间内只有一个唯一解。
对于λ>0,-α123<0,-τ≤t≤0,存在下式:
Figure BDA0003258907120000091
接下来证明不等式(21)在t>0条件下成立,值的注意的是,即使不等式在t>0条件下不成立,也存在t*>0使得不等式在0<t<t*条件下成立。
将不等式(21)代入不等式(20),可以得出下式:
Figure BDA0003258907120000092
使得上式中ε→0,从而对于t∈[t0,t1),存在进一步结果为:
Figure BDA0003258907120000093
因此,对于t∈[t1,t2),计算可得:
Figure BDA0003258907120000094
Figure BDA0003258907120000095
对于t∈[t2,t3),计算可得:
Figure BDA0003258907120000096
Figure BDA0003258907120000097
对于t∈[tk,tk+1),计算可得:
Figure BDA0003258907120000098
考虑存在参数
Figure BDA0003258907120000107
大于最大脉冲间隔,
Figure BDA0003258907120000101
得到下式:
Figure BDA0003258907120000102
这表明被控误差耦合神经网络(8)会在同步误差界范围内实现指数同步,同步误差界可以写为:
Figure BDA0003258907120000103
因此,在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间可以以
Figure BDA0003258907120000104
的收敛速度最终实现有界同步。
情形2、当α1231<0时,定义h(λ*)=λ*123。分别计算h(0+),h(+∞)和导数h′(λ*),计算结果为h(0+)=-α123>0,h(-∞)<0,h′(λ*)=1>0。以上结果表明,h(λ*)在区间(-∞,0)内单调递增,并且在该区间内只有一个唯一解。
对于λ*<0,-α123>0,-τ≤t≤0,存在下式:
Figure BDA0003258907120000105
接下来证明不等式(24)在t>0条件下成立,值的注意的是,即使不等式在t>0条件下不成立,也存在t*>0使得不等式在0<t<t*条件下成立。
将不等式(24)代入不等式(20),可以得出下式:
Figure BDA0003258907120000106
Figure BDA0003258907120000111
使得上式中ε→0,从而对于t∈[t0,t1),存在进一步结果为:
Figure BDA0003258907120000112
通过类似情形1的数学方法,得到:
Figure BDA0003258907120000113
这表明被控误差耦合神经网络(8)会在同步误差界范围内实现指数同步,同步误差界可以写为:
Figure BDA0003258907120000114
因此,在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间可以以
Figure BDA0003258907120000115
的收敛速度最终实现有界同步。
结论
对于脉冲效应
Figure BDA0003258907120000116
假定存在参数
Figure BDA0003258907120000117
Figure BDA0003258907120000118
(1)当满足下列情形时
α123,
Figure BDA0003258907120000119
η(t)≤0
也就是说,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间可以在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下以
Figure BDA0003258907120000121
的收敛速度最终实现有界同步,其中同步误差界可以表示为:
Figure BDA0003258907120000122
(1)当满足下列情形时
α1231<0
Figure BDA0003258907120000123
η(t)≤0
也就是说,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间可以在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下以
Figure BDA0003258907120000124
的收敛速度最终实现有界同步,其中同步误差界可以表示为:
Figure BDA0003258907120000125
通过搭建网络模型并利用此网络模型进行数值仿真,来验证目标神经网络与其他神经网络之间的同步效果。具体步骤如下具体实施方式。
本发明的有益效果:
(1)充分考虑了耦合神经网络内不同神经网络的信号传输延迟与存在于不同信道之间的随机不确定性,构建了一类具有包含系统时变时滞和一般耦合时变时滞的非线性耦合神经网络模型并实现其有界同步;
(2)不同于通常的时间触发控制器,本发明设计了一类基于事件触发机制的分布式脉冲控制器,反馈被控对象的误差状态信息,同时利用伯努利随机变量描述了控制中存在的随机不确定性,从而可以在减少了冗余信息的传递下实现有效控制;
(3)基于李雅普诺夫稳定性定理、平均脉冲间隔的概念和一些线性化方法,利用不具有非负性的矩阵测度方法给出了更加准确的耦合神经网络有界同步的判定条件,并针对不同类型比较系统的建立通过参数变分法给出了对应情形下有界同步的指数收敛速度和同步误差界;
(4)考虑了事件触发机制中存在的Zeno行为,本发明通过构建事件触发条件、建立时滞脉冲比较系统,对其进行了有效的消除。
附图说明
图1耦合神经网络结构图。
图2目标神经网络相图。
图3脉冲时间序列图。
图4耦合神经网络误差状态演化曲线及同步误差界。
具体实施方式
下面我们将构建一个具体的数值仿真实例来证明此发明的有效性。
步骤1:确定耦合神经网络模型如下:
Figure BDA0003258907120000131
其中:
Figure BDA0003258907120000132
Figure BDA0003258907120000133
选取激活函数为f1(u)=f2(u)=tanh(u)。
确定目标神经网络模型如下:
Figure BDA0003258907120000134
其中:
Figure BDA0003258907120000135
为了验证本发明的正确性,选取6个神经网络组成的耦合神经网络如图1其中数字1,2,3,4,5,6表示6个神经网络,而具体的被控对象的选择方案是在耦合神经网络运行时,依据脉冲触发条件产生脉冲,并将控制器中的误差反馈信息作用在耦合神经网络上。而图2显示设定的目标神经网络。
步骤2:根据已知,选取耦合矩阵B=[-2,1,1,0,0,0;1,-2,1,0,0,0;1,1,-3,1,0,0;0,0,1,-3,1,1;0,0,0,1,-2,1;0,0,0,1,1,-2]。此外基于事件触发机制产生的脉冲序列
Figure BDA0003258907120000136
如图3所示。
步骤3:搭建耦合神经网络(1)的Simulink模型,得到仿真结果,并通过定义神经网络同步误差E(t)=||e(t)||2,得到图4,其表示任意两个神经网络之间的误差在同步误差界范围内,即实现了有界同步。从图4可以看出,由于随机不确定性的存在,耦合神经网络不能实现完全同步,但是在分布式脉冲控制器的作用下,能够将这些状态误差控制在一定范围内。

Claims (1)

1.耦合神经网络有界同步及其分布式控制方法,其特征在于,步骤如下:
步骤一:考虑一类非线性的神经网络并为其设定目标神经网络,此时目标神经网络视为领导,其他神经网络视为目标神经网络的跟随者;首先考虑如下具有非线性和混合时变时滞的耦合神经网络模型:
Figure FDA0003258907110000011
其中:
Figure FDA0003258907110000012
是节点状态向量,
Figure FDA0003258907110000013
是节点内部状态分量;
Figure FDA0003258907110000014
是神经网络的连接权值矩阵,
Figure FDA0003258907110000015
则代表时滞连接矩阵;
Figure FDA0003258907110000016
是神经元的外部输入向量,
Figure FDA0003258907110000017
是外部输入状态分量;fk(·):Rn→Rn,k=1,2表示神经元的激活函数,其中有
Figure FDA0003258907110000018
Figure FDA0003258907110000019
正常数σ1表示耦合神经网络的耦合强度;Υ表示耦合神经网络的内部耦合矩阵,设Υ为单位矩阵;τ1(t),τ2(t)各自表示系统时变时滞,状态耦合时变时滞,存在0≤τ1(t)≤τ1,0≤τ2(t)≤τ2,并定义最大时滞为T=max{τ1(t),τ2(t){;矩阵G=(gij)N×N是基于耦合神经网络拓扑结构的外部耦合矩阵,并且矩阵G满足耗散条件,即满足
Figure FDA00032589071100000110
此外当在第i个神经网络与第j个神经网络之间存在连接时,则有gij=gji>0,否则gij=0;ui(t)是控制器;
确认领导节点:确认如下形式的领导模型为:
Figure FDA00032589071100000111
其中:
Figure FDA00032589071100000112
是该神经网络的状态向量,sn(t)是目标神经网络内部状态分量,i=1,2,…,N,A,B,是该神经网络的连接权值矩阵,C是该神经网络的时滞连接权值矩阵;所有神经网络都看作目标神经网络(2)的追随者;
定义1:引入矩阵测度方法,设存在矩阵
Figure FDA00032589071100000113
定义矩阵测度μq(M)为
Figure FDA00032589071100000114
其中:I是一个n维单位向量,||·||q,q=1,2,∞表示不同形式的诱导范数;
步骤二:通过传感器获得各节点的状态信息,得到误差向量ei(t)=xi(t)-s(t)的状态信息,从而得到如下具有非线性和多重时滞的误差耦合神经网络:
Figure FDA0003258907110000021
简写为:
Figure FDA0003258907110000022
其中:误差状态向量
Figure FDA0003258907110000023
Figure FDA0003258907110000024
是误差状态分量;
Figure FDA0003258907110000025
激活函数
Figure FDA0003258907110000026
Figure FDA0003258907110000027
Figure FDA0003258907110000028
Figure FDA0003258907110000029
通过对所述耦合神经网络模型的处理,从而将不同神经网络之间同步问题转换为一个误差耦合神经网络全局稳定性问题;
步骤三:为了实现神经网络(1)与目标神经网络(2)之间的网络同步,基于事件触发机制设计如下分布式脉冲控制器:
Figure FDA00032589071100000210
其中:ρ1,ρ2,qi表示控制强度;Γ=(γij)N×N,L=(lij)N×N表示分布式控制器的耦合矩阵;δ(·)表示狄拉克函数;对于脉冲信号,设这时间序列ζ={t0,t1,…}是严格单调递增;zi(t)表示耦合神经网络中不同信道之间的随机不确定性;此外对于目标神经网络(2)的状态向量的诱导范数,存在约束:||Z(t)||q≤z,其中
Figure FDA00032589071100000211
z是一个正常数;
伯努利随机变量dij(t)表示干扰出现的概率并满足以下概率分布:
Prob{dij(t)=1}=dij,Prob{dij(t)=0}=1-dij
其中:dij(t)取值为0或1分别表示干扰消失和出现;dij表示dij(t)的期望值,矩阵
Figure FDA00032589071100000212
同时,基于事件触发机制设计如下触发条件:
Figure FDA00032589071100000213
其中:tk-1,tk分别为当前以及下次脉冲触发时刻;事件触发函数η(t)=||ζ(t)||q-k||e(t)||q,测量误差
Figure FDA0003258907110000031
当网络处在触发时刻时测量误差会被重置为0重新使得触发函数恢复为η(t)≤0状态;
考虑神经网络(1)与目标神经网络(2),误差耦合神经网络初始状态定义为:
Figure FDA0003258907110000032
Figure FDA0003258907110000033
进一步得到如下具有混合时变时滞、非线性特征的被控误差耦合神经网络模型:
Figure FDA0003258907110000034
其中,
Figure FDA0003258907110000035
表示函数φi(t)属于从[-τ,0]到
Figure FDA0003258907110000036
的连续函数集合;
Figure FDA0003258907110000037
是触发时刻tk前无限趋近于tk的某个时刻;
Figure FDA00032589071100000314
是是触发时刻tk后无限趋近于tk的某个时刻;
为了方便理论推导,上式简写为:
Figure FDA0003258907110000038
其中:设误差状态向量ei(t)是右连续的,即存在
Figure FDA0003258907110000039
Figure FDA00032589071100000310
定义2:在耦合神经网络中,当且仅当对于任意初始状态
Figure FDA00032589071100000311
和存在正参数
Figure FDA00032589071100000312
使得如下不等式成立:
Figure FDA00032589071100000313
则定为神经网络(1)与目标神经网络(2)是有界同步的;
以下是讨论具有混合时滞和非线性的耦合神经网络(1)在随机不确定下的有界同步条件;利用所设计的分布式脉冲控制器(4)获得神经网络(1)和目标神经网络(2)之间有界同步的充分条件;
步骤四:首先对Zeno行为进行消除,利用矩阵测度方法构建如下李雅普诺夫函数:
Figure FDA0003258907110000041
对于区间
Figure FDA0003258907110000042
可以得出V*(t)的Dini导数D+V*(t),即:
Figure FDA0003258907110000043
其中:
Figure FDA0003258907110000044
Figure FDA0003258907110000045
Figure FDA0003258907110000046
Figure FDA0003258907110000047
基于线性化方法以及矩阵测度方法的性质,存在正常数ω1,ω2,可以使得下列不等式成立:
Figure FDA0003258907110000048
根据扩展比较引理,建立如下比较系统:
Figure FDA0003258907110000049
其中V*(t)≤v(t),ε是大于零的任意值,并且根据参数变分法可得下式:
Figure FDA00032589071100000410
其中:柯西矩阵
Figure FDA00032589071100000411
可由线性系统
Figure FDA00032589071100000412
得到;考虑到测量误差在每个触发时刻满足||ζ(tk)||q=0,将柯西矩阵代入等式(12),计算可得:
Figure FDA0003258907110000051
对于ξ123>0和t∈[tk,tk+1],设存在下式:
Figure FDA0003258907110000052
接下来证明不等式(14)在t∈[tk,tk+1]条件下成立,值的注意的是,即使不等式在t∈[tk,tk+1]条件下不成立,也存在t*∈[tk,tk+1]使得不等式在0<t<t*条件下成立;将不等式(14)代入等式(13)中可得:
Figure FDA0003258907110000053
使得上式中ε→0,从而对于t∈[tk,tk+1],存在进一步结果为:
Figure FDA0003258907110000054
根据事件触发条件(6),(15)式改写为:
Figure FDA0003258907110000055
其中:
Figure FDA0003258907110000056
此时最小脉冲间隔大于零,由此可以得出结论,在本申请中所设计的事件触发条件基础上,Zeno行为被排除;
步骤五:利用矩阵测度方法构建如下李雅普诺夫函数:
V(t)=llPe(t)||q
其中P是一个常正定矩阵;
对于t=tk
Figure FDA0003258907110000057
根据分布式控制器的定义,可以得出:
Figure FDA0003258907110000058
其中:
Figure FDA0003258907110000061
另一方面,对于t∈[tk-1,tk),
Figure FDA0003258907110000062
沿着被控误差耦合神经网络(8)的轨迹对V(t)求导,得到
Figure FDA0003258907110000063
其中:o(∈)是∈的高阶无穷小;
Figure FDA0003258907110000064
Figure FDA0003258907110000065
根据已知条件与扩展比较引理,得到满足下列脉冲系统的函数v(t):
Figure FDA0003258907110000066
其中:ε是大于零的任意值并且函数v(t)≥V(t);之后,根据参数变分法,v(t)可以计算得:
v(t)=W(t,0)v(0)+∫0 tW(t,s){α2v(t-τ1(t))+α3v(t-τ2(t))+ε}ds, (19)
其中:W(t,s)是根据线性脉冲系统
Figure FDA0003258907110000071
所得的柯西矩,对于区间t∈[t0,t1)计算可得:
Figure FDA0003258907110000072
将柯西矩阵W(t,s)代入等式(19),可以计算得到:
Figure FDA0003258907110000073
其中:
Figure FDA0003258907110000074
利用上述参数考虑:
情形1、当α1>α23时,定义
Figure FDA0003258907110000075
分别计算g(0+),g(+∞)和导数g′(λ),计算结果为
Figure FDA0003258907110000076
Figure FDA0003258907110000077
以上结果表明,g(λ)在区间(0,+∞)内单调递增,并且在该区间内只有一个唯一解;
对于λ>0,-α123<0,-τ≤t≤0,存在下式:
Figure FDA0003258907110000078
接下来证明不等式(21)在t>0条件下成立,值的注意的是,即使不等式在t>0条件下不成立,也存在t*>0使得不等式在0<t<t*条件下成立;
将不等式(21)代入不等式(20),可以得出下式:
Figure FDA0003258907110000079
Figure FDA0003258907110000081
使得上式中ε→0,从而对于t∈[t0,t1),存在进一步结果为:
Figure FDA0003258907110000082
因此,对于t∈[t1,t2),计算可得:
Figure FDA0003258907110000083
Figure FDA0003258907110000084
对于t∈[t2,t3),计算可得:
Figure FDA0003258907110000085
Figure FDA0003258907110000086
对于t∈[tk,tk+1),计算可得:
Figure FDA0003258907110000087
Figure FDA0003258907110000088
考虑存在参数
Figure FDA0003258907110000089
大于最大脉冲间隔,
Figure FDA00032589071100000810
得到下式:
Figure FDA00032589071100000811
这表明被控误差耦合神经网络(8)会在同步误差界范围内实现指数同步,同步误差界可以写为:
Figure FDA00032589071100000812
因此,在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间以
Figure FDA0003258907110000091
的收敛速度最终实现有界同步;
情形2、当α1<α23,α1<0时,定义h(λ*)=λ*123;分别计算h(0+),h(+∞)和导数h′(λ*),计算结果为h(0+)=-α123>0,h(-∞)<0,h′(λ*)=1>0;以上结果表明,h(λ*)在区间(-∞,0)内单调递增,并且在该区间内只有一个唯一解;
对于λ*<0,-α123>0,-τ≤t≤0,存在下式:
Figure FDA0003258907110000092
接下来证明不等式(24)在t>0条件下成立,值的注意的是,即使不等式在t>0条件下不成立,也存在t*>0使得不等式在0<t<t*条件下成立;
将不等式(24)代入不等式(20),得出下式:
Figure FDA0003258907110000093
使得上式中ε→0,从而对于t∈[t0,t1),存在进一步结果为:
Figure FDA0003258907110000094
通过与情形1相同的方法,得到:
Figure FDA0003258907110000095
Figure FDA0003258907110000101
这表明被控误差耦合神经网络(8)会在同步误差界范围内实现指数同步,同步误差界写为:
Figure FDA0003258907110000102
因此,在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间可以以
Figure FDA0003258907110000103
的收敛速度最终实现有界同步;
对于脉冲效应
Figure FDA0003258907110000104
设存在参数
Figure FDA0003258907110000105
Figure FDA0003258907110000106
(1)当满足下列情形时
α1>α23
Figure FDA0003258907110000107
η(t)≤0
也就是说,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间可以在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下以
Figure FDA0003258907110000108
的收敛速度最终实现有界同步,其中同步误差界可以表示为:
Figure FDA0003258907110000109
(1)当满足下列情形时
α1<α23,α1<0
Figure FDA00032589071100001010
η(t)≤0
也就是说,耦合神经网络(1)与目标神经网络(2)之间可以在事件触发分布式脉冲控制器(5)的作用下以
Figure FDA00032589071100001011
的收敛速度最终实现有界同步,其中同步误差界可以表示为:
Figure FDA00032589071100001012
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