外来物种入侵随机生物系统的自适应模糊控制

摘要

【目的】外来物种入侵作为全球性生态安全问题，其引发的生物多样性丧失和生态系统功能退化已对人类社会的可持续发展构成了严重威胁。传统生物控制方法在应对环境不确定性与随机干扰等复杂情况时，普遍存在控制精度不足、鲁棒性能较差的局限性。本文针对随机生物系统的动态特性，提出一种基于Lyapunov稳定性理论的自适应模糊控制(AFC)策略。通过建立具有白噪声干扰和未知不确定非线性因素的随机动力学模型，重点解决在环境不确定性、随机扰动等复杂因素耦合作用下，本地物种保护与入侵种群抑制的双目标协同调控这一核心问题。【方法】首先基于随机微分方程理论，构建了外来物种入侵随机生物系统的动力学模型。针对系统模型中存在的不确定非线性项，采用模糊逻辑系统(FLS)进行逼近处理。将反步法和自适应模糊手段相结合应用于随机生物系统，并选取合适的Lyapunov函数设计出具有参数自校正功能的模糊反步控制器和自适应律。【结果】所设计的自适应控制器的智能调整使得本地物种种群密度在有限时间内能够有效跟踪给定的期望密度，且跟踪误差能够收敛到原点附近，实现了控制器对误差信号的实时监测与精确分析。自适应控制器能够动态调整控制输入，确保跟踪误差始终处于可接受范围内，同时能够确保外来物种入侵随机生物系统中的所有状态均为半全局一致最终有界。当随机干扰强度变化时，系统仍能保持稳定的收敛特性并展现良好的适应性。【结论】结合模糊逻辑系统与非线性控制理论，所设计的自适应模糊控制策略有效解决了随机生物系统中的不确定性控制问题，数值仿真结果进一步验证了控制策略在本地物种保护和外来物种入侵动态管理中的有效性，可为复杂生态系统的智能调控提供新的思路。

关键词

外来物种 / 生物系统 / 自适应模糊控制 / 随机系统 / 模糊逻辑系统 / 反步法 / 跟踪控制 / 白噪声