[发明专利]基于DNA链置换的三维混沌振荡系统PI控制的实现方法

说明书

本发明提出了一种基于DNA链置换的三维混沌振荡系统PI控制的实现方法，其步骤为：分别确定各个逻辑门的小支点结构及反应过程中辅助物、反应物的DNA链结构，并确定各个DNA链中结构域的碱基序列；基于DNA链置换的反应机制分别构建六种逻辑门，并使用Visual DSD软件对逻辑门电路进行验证；根据生化反应和数学微分表达式之间的转化关系将每个生化逻辑门中对应物种的数学表达式转化为微分表达式并合并，得到三阶混沌振荡系统；利用Matlab软件验证三阶混沌振荡系统的动力学行为；最后，利用基于DNA链置换反应设计的PI控制器分别对三维混沌系统的三个变量进行稳定性控制。本发明构建的混沌振荡系统和基于DNA链置换的PI控制具有合理性和有效性。

技术领域

本发明涉及DNA链置换PI控制的技术领域，特别是指一种基于DNA链置换的三维混沌振荡系统PI控制的实现方法。

背景技术

当今是信息时代，计算机作为处理信息最为普遍的载体，需要不断的革新。结合计算机和分子生物学科的DNA计算是一个新的研究领域。自然界中有很多包含着非常丰富信息处理机制的化学反应过程和物理反应过程，考虑到生物分子不仅具有良好的可操作性还有纳米级的空间尺寸等这些优势，发现这种生物分子为利用生物分子元件组装集成的生物计算机提供了更大的可能性，而生物计算一个重要的发展方向就是颇受关注的DNA计算，DNA计算也是将要进行详细研究和不断探索的一个重要方向。1994年美国科学家Adleman在一支装有特定DNA的试管中巧妙的解决了旅行商NP问题，仅仅用了7天时间，但是以当时的计算机水平来看所需要至少大约两年以上的时间，因此这个问题的解决开创了DNA计算机的新纪元。DNA计算还衍生出了DNA自组装、DNA折纸术、DNA单链自组装、DNA链置换等技术。本发明主要利用的是DNA链置换的相关原理和技术。

DNA计算已经处理了大量的分子操作，如自组装、荧光标记、链置换和探针机等。DNA链置换技术是在DNA自组装技术的基础上发展起来的，因此，DNA自组装技术和DNA链置换技术是DNA纳米技术研究的两大重要支撑技术。DNA链置换技术凭借高容量信息积累、高性能并行计算、编程以及仿真的优势已经在分子计算、纳米机器、诊断和疾病治疗领域得到了深入的研究。DNA链置换技术在解决数学问题、管理纳米机器和讨论生命历程方面也具有很大的研究意义。混沌系统由于具有多样的结构和复杂的运动形式，构造新型混沌系统，分析系统的动力学特性，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。PI控制器是一种包含比例调节和积分调节的线性控制器，通过给定值和实际的输出值，PI控制器可以构成控制偏差，比例和积分的偏差通过线性融合来控制被控对象。

发明内容

针对现有DNA链置换技术反应复杂度高、调节方式有限的技术问题，本发明提出一种基于DNA链置换的三维混沌振荡系统PI控制的实现方法，基于复合链置换原理设计了6种逻辑门电路，利用Visual DSD仿真软件进行验证阐明了DNA链置换反应的工作过程，实现了预期的各个逻辑门电路的功能，并且通过Matlab对设计的混沌振荡系统进行仿真验证，结果证明了其有效性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于DNA链置换的三维混沌振荡系统PI控制的实现方法，其步骤如下：

步骤一：根据倍加逻辑门、催化逻辑门、减法逻辑门、置换逻辑门、调整逻辑门和两种降解逻辑门的逻辑关系分别确定各个逻辑门的小支点结构及反应过程中辅助物、反应物的DNA链结构，并确定各个DNA链中结构域的碱基序列；

步骤二：基于DNA链置换的反应机制构建倍加逻辑门、催化逻辑门、减法逻辑门、置换逻辑门、调整逻辑门和两种降解逻辑门；使用Visual DSD软件对设计的倍加逻辑门、催化逻辑门、减法逻辑门、置换逻辑门、调整逻辑门和两种降解逻辑门的电路进行验证，分别实现了倍加、催化、减法、置换、调整和降解六种逻辑运算功能；