Fractional order chaotic systems and their electronic design

Abstract

"Con el desarrollo del cálculo fraccionario y la teoría del caos, los sistemas caóticos de orden fraccionario se han convertido en una forma útil de evaluar las características de los sistemas dinámicos. En esta dirección, esta tesis es principalmente relacionada, es decir, en el estudio de sistemas caóticos de orden fraccionario, basado en sistemas disipativos de inestables, un sistema disipativo de inestable de orden fraccionario es propuesto. Algunas propiedades dinámicas como puntos de equilibrio, exponentes de Lyapunov, diagramas de bifurcación y comportamientos dinámicos caóticos del sistema caótico de orden fraccionario son estudiados. Los resultados obtenidos muestran claramente que el sistema discutido presenta un comportamiento caótico. Por medio de considerar la teoría del cálculo fraccionario y simulaciones numéricas, se muestra que el comportamiento caótico existe en el sistema de tres ecuaciones diferenciales de orden fraccionario acopladas, con un orden menor a tres. Estos resultados son validados por la existencia de un exponente positivo de Lyapunov, además de algunos diagramas de fase. Por otra parte, la presencia de caos es también verificada obteniendo la herradura topológica. Dicha prueba topológica garantiza la generaci´n de caos en el sistema de orden fraccionario propuesto. En orden de verificar la efectividad del sistema propuesto, un circuito electrónico es diseñado con el fin de sintetizar el sistema caótico de orden fraccionario."

"With the development of fractional order calculus and chaos theory, the fractional order chaotic systems have become a useful way to evaluate characteristics of dynamical systems and forecast the trend of complex systems. In this direction, this thesis is primarily concerned with the study of fractional order chaotic systems, based on an unstable dissipative system (UDS), a fractional order unstable dissipative system (FOUDS) is proposed. Dynamical properties, such as equilibrium points, Lyapunov exponents, bifurcation diagrams and phase diagrams of the fractional order chaotic system are studied. The obtained results shown that the fractional order unstable dissipative system has a chaotic behavior. By utilizing the fractional calculus theory and computer simulations, it is found that chaos exists in the fractional order three dimensional system with order less than three. The lowest order to yield chaos in this system is 2.4. The results are validated by the existence of one positive Lyapunov exponent, phase diagrams; Besides, the presence of chaos is also verified obtaining the topological horseshoe. That topological proof guarantees the chaos generation in the proposed fractional order unstable dissipative system. In order to verify the effectiveness of the proposed system, an electronic circuit is designed with the purpose of synthesize the fractional order chaotic system, the fractional order integral is realized with electronic circuit utilizing the synthesis of a fractance circuit. The realization has been done via synthesis as passive RC circuits connected to an operational amplifier. The continuos fractional expansion have been utilized on fractional integration transfer function which has been approximated to integer order rational transfer function considering the Charef Method. The analogue electronics circuits have been simulated using HSPICE."