[发明专利]基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法

说明书

本发明提出了一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其步骤为：首先，根据四变量混沌震荡系统和PI控制器的基本原理分别构建混沌系统和PI控制器的DNA化学反应网络，并将混沌系统的DNA化学反应网络分为降解、倍增和调节模块，将PI控制器的DNA化学反应网络分为催化、交换和降解模块；其次，根据降解、倍增、调节、催化和交换模块将两个化学反应网络级联实现四变量混沌系统的PI控制；最后，利用Matlab和Visual DSD验证PI控制后的四变量混沌系统的动力学行为。本发明通过DNA模块构建的四变量混沌震荡系统和PI控制器分别能够产生混沌震荡信号和实现混沌信号的稳定，为基于DNA链置换反应的混沌理论和混沌控制的研究提供参考。

技术领域

本发明涉及DNA链置换反应技术领域，特别是指一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法。

背景技术

伴随着科学技术的不断发展，人们对计算机的性能和运算速度提出了越来越高的要求，但由于电子的波动性以及隧道效应等问题的限制，使得以硅基材料为基础的传统计算机性能和运算速度难以得到大幅度提升，而以DNA分子计算为代表的新型计算模式引起了人们广泛的关注。从硅基到DNA，分子计算使计算得以在分子层面上展开。作为一种新型的计算模式，其数据处理对象即生物分子。在对如DNA链的生物分子进行编码后，包括算术运算和逻辑运算的各种操作需要借助分子生物学工具来实现。分子计算的意义不仅在于实现了从硅到DNA的硬件转型，还在于理解自然界比比皆是的自下而上的自组装过程。更为重要的是，鉴于DNA的海量数据存储能力，DNA衬底早在1982年被预言可以搭建高能效图灵机，这意味着DNA计算有望在真实世界中实现抽象的图灵机。由于DNA分子计算是以生物技术为基础，因而秉承了DNA分子本身的优势：例如易于编译、高存储、纳米级别、低耗能和并行处理。DNA链置换(DNA Strand Displacement，DSD)技术因其可在常温下自发进行，而且产出率高、易于操作等特点，逐渐成长为DNA分子计算中的一种新兴技术手段和方法。

由于混沌系统具有内随机性、不可预测性、宽带特性、遍历性以及对初始条件和系统参数的极端敏感性等，混沌理论及其应用研究成为世界范围内的具有极大前景的学术研究热点。目前，混沌控制已逐渐引起学者们的极大研究热情。构造新型混沌系统，分析系统的动力学特性，对混沌系统增加耦合项实现混沌控制，不仅促进了混沌系统在理论方面的进展，而且也使其在实践应用方面取得了长足的进步。

发明内容

针对上述背景技术中存在的不足，本发明提出了一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，解决了现有技术中缺乏非线性混沌震荡系统的PI控制的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于DNA链置换反应的混沌振荡系统PI控制的实现方法，其步骤如下：

S1、根据四变量混沌震荡系统的基本原理和PI控制器的基本原理分别构建四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络和PI控制器的DNA化学反应网络，并将四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络分为降解模块、倍增模块和调节模块，将PI控制器的DNA化学反应网络分为催化模块、交换模块和降解模块；

S2、基于四变量混沌震荡系统的降解模块、倍增模块和调节模块设计四变量混沌震荡系统对应的DNA链置换反应方程，并利用Visual DSD验证四变量混沌震荡系统的动力学行为；

S3、基于PI控制器的催化模块、交换模块和降解模块设计PI控制器对应的DNA链置换反应方程，并利用Visual DSD对PI控制器进行仿真；

S4、将四变量混沌震荡系统的DNA化学反应网络和PI控制器的DNA化学反应网络进行级联，得到四变量混沌系统的PI控制的DNA化学反应网络；利用Matlab和Visual DSD验证PI控制后的四变量混沌系统的动力学行为。