空时非对称分数阶类Langevin棘齿

研究了空时非对称分数阶类Langevin分子马达棘齿模型,其中势函数是空间对称破缺的周期势,时间非对称类Langevin噪声由Logistic映射生成,而分数阶则刻画了分子马达工作环境的非理想程度.通过将模型转化为离散映射,即研究其整时间点情形,数值模拟了噪声的时间非对称性、势函数的空间非对称性以及分数阶对模型定向输运行为的影响.数值模拟结果表明:噪声的时间非对称性是定向流产生的根源,而势函数的空间非对称性能够与其进行竞争与协作,并在适当的参数条件下导致定向流的逆转;分数阶仅影响定向流的大小而不改变其方向.与经典的整数阶分子马达模型或时间非对称分数阶分子马达棘齿模型相比,该模型可以更为真实地描述分子马达的噪声整流工作机理.     

分数阶系统稳定性理论与控制研究

分数阶系统稳定性理论是分数阶非线性系统控制的基础. 针对分数阶非线性系统稳定性理论的讨论,本文从另一角度证明了该理论的正确性. 结果表明,分数阶非线性系统稳定性理论不仅适用于分数阶自治系统,也同样适用于分数阶非自治系统. 利用该理论分析了多个实例并进行了数值仿真,仿真结果验证了该理论的有效性. 关键词： 分数阶系统 稳定性理论 非自治 自治     

含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路动力学分析与实验研究

物理忆阻器具有不对称的紧磁滞回线,为了更加简便地模拟物理忆阻器的不对称紧磁滞曲线,本文提出了一种含有偏置电压源的分数阶二极管桥忆阻器模型,其具有可连续调控磁滞回线的能力.首先,结合分数阶微积分理论,建立了含有偏置电压源的二极管桥忆阻器的分数阶模型,并对其电气特性进行分析.其次,将其与Jerk混沌电路相融合,建立了含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路模型,研究了偏置电压对其系统动态行为的影响.再次,在PSpice中搭建了分数阶的等效电路模型,并对其进行电路仿真验证,实验结果与数值仿真基本一致.最后,在Lab VIEW中完成了电路实验,验证了理论分析的正确性与可行性.结果表明,含有偏置电压源的分数阶忆阻器,可以通过调控偏置电压源的电压,连续获得不对称紧磁滞回线.随着偏置电源电压的改变,非齐次分数阶忆阻混沌系统由于对称性的破环,表现出由倍周期分岔进入混沌的行为.     

时间非对称外力驱动分数阶布朗马达的定向输运

本文研究了周期对称势中时间非对称外力驱动的布朗粒子输运现象, 建立了分数阶布朗马达输运模型. 其中外力是零均值的, 而分数阶阶数则刻画了客观环境的非均匀性程度. 通过将模型离散化进行数值模拟, 讨论了分数阶阶数、系统参量和外部参量与定向流之间的依赖关系. 研究表明, 即使没有倾斜势场的作用, 时间非对称外力也可以诱导系统产生定向输运; 输运速度随分数阶阶数的增大而单调递增; 当阶数固定时, 系统的输运速度会随着势垒高度、噪声强度非单调变化, 表现出广义随机共振现象. 分析指出, 分数阶郎之万方程所刻画的输运现象是在整数阶模型基础上的一个推广, 进而为输运现象提供了一个可能更为真实的模型.     

分数阶van der Pol振子的超谐共振

以含分数阶微分项的van der Pol振子为对象,研究其超谐共振时的动力学特性.首先,通过平均法得到了系统的一阶近似解,提出了超谐共振时等效线性阻尼和等效线性刚度的概念,研究了分数阶微分项的系数和阶次以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式对系统动力学特性的影响.随后,建立了超谐共振时定常解的幅频曲线的解析表达式,得到了超谐共振周期响应的稳定性判断准则并提出等效非线性阻尼和非线性稳定性条件参数的概念.最后,通过数值仿真比较了分数阶与整数阶系统的幅频曲线,分析了分数阶微分项的系数和阶次对响应幅值、幅频曲线以及系统稳定性的影响.     

自适应光学系统的非光滑H_∞控制研究

为了设计出结构简单、低阶次的自适应光学系统鲁棒控制器,提出了自适应光学系统的非光滑H∞控制.采用传统H∞控制方法结合基于Hankel奇异值的模型降阶法,设计了全阶H∞控制器和降阶H∞控制器,控制器的阶次分别为226阶和163阶.采用非光滑H∞控制方法,所设计出的控制器仅为一个常数矩阵与4阶单输入单输出传递函数的乘积.为了验证和比较控制效果,模拟了动态大气湍流波前相位及采用全阶H∞控制器和采用非光滑H∞控制器的自适应光学系统的校正后残余波前相位,仿真结果表明,两个自适应光学系统有着近似的控制效果,证明了自适应光学系统非光滑H∞控制的有效性.     

基于比较系统方法的分数阶混沌系统脉冲同步控制

针对一类分数阶混沌系统的同步问题, 提出基于比较系统理论的脉冲同步方法. 通过构造新的响应系统, 可将原分数阶同步误差系统转化为整数阶同步误差系统, 基于Lyapunov稳定性理论与脉冲微分方程理论, 给出一组新的分数阶混沌系统全局渐近同步判据. 特别地, 当脉冲间距与脉冲控制增益为常数时, 可获得更为简单和实用的同步判据. 与现有结果相比, 所得充分条件更为严格和实用. 通过对分数阶Chen系统同步问题的数值仿真研究, 验证了所提方法的有效性和可行性.     

一类分数阶混沌系统的自适应同步

针对一类分数阶混沌系统的同步问题,基于分数阶系统的类Lyapunov稳定性理论,设计了一种新的自适应同步控制器以及控制增益系数自适应律.与现有结果相比,该方法具有控制器结构简单、控制代价小以及通用性强等特点,可适用于大部分典型的分数阶混沌系统.最后,数值仿真结果验证了所提方法运用于分数阶混沌系统同步研究的有效性.     

电感电流伪连续模式下分数阶Boost变换器的非线性控制

基于电容和电感都是分数阶的事实,采用分数阶微积分理论,建立了电感电流伪连续模式下Boost变换器的分数阶状态空间平均模型.针对其分数阶模型具有仿射非线性系统的特点,根据分数阶的类Lyapunov稳定性理论,设计了适用于分数阶电感电流伪连续模式下Boost变换器的一种分数阶非线性控制器.依据分抗链及改进的Oustaloup分数阶近似算法,得到了分数阶电感和电容的等效电路模型,用Matlab/Simulink软件对所设计的控制器进行了仿真验证.结果表明:所设计的分数阶非线性控制器对分数阶电感电流伪连续模式下的Boost变换器的动态和稳态性能有显著的提高,并且在输入电压和负载大幅度波动的情况下,仍然能够确保系统具有良好的稳定性和动态性能.     

一类分数阶混沌系统的研究

推广了一类分数阶混沌系统并证明了这类分数阶混沌系统的拓扑等价性,指出分数阶系统产生混沌吸引子的必要条件是系统平衡点的稳定性不变.通过数值模拟表明,此分数阶系统与整数阶系统一样仍然产生一对互不相交的2-涡卷混沌吸引子. 关键词： 分数阶 混沌 稳定性     

Numerical investigation of the passive control of cavity flow oscillations by a dimpled non-smooth surface

Computational investigations are conducted to determine the effectiveness of a passive control technique, which was employed to decay the pressure oscillations induced by a subsonic flow over a cavity. This work focuses on a cavity with a small opening but a large volume. The passive control technique is employed by introducing a dimpled non-smooth surface, which is installed at the upstream of the cavity. Large eddy simulation is used to investigate the flow field and flow instability around the cavity for the smooth and non-smooth cases. Experiments are conducted in an acoustic wind tunnel for the smooth case to validate the computational scheme. Flow visualizations revealed that the dimpled surface located upstream effectively suppresses cavity flow oscillations. Finally, the control mechanism of cavity oscillation with the dimpled non-smooth surface is also determined based on the comparison of the flow field structure between the smooth and non-smooth cases.     

分段Filippov系统的簇发振荡及擦边运动机理

本文旨在揭示非光滑Filippov系统中由频域上不同尺度耦合导致的簇发振荡行为及其产生机理.以经典的周期激励Duffing振子为例,通过引入对状态变量的分段控制及适当选取参数,使得激励频率与系统固有频率之间存在量级差距,建立了频域两尺度耦合的Filippov系统.当激励频率远小于系统的固有频率时,可以将整个激励项视为慢变参数或慢变子系统,从而得到广义自治快子系统.分析了由非光滑分界面划分的不同区域中各快子系统的平衡点及其分岔特性随慢变参数变化的演化过程.考察了两种典型参数条件下系统的振荡行为及其动力学特性,指出参数变化不仅会引起其相应子系统平衡曲线及其分岔特性的改变,也会导致不同模式的簇发振荡.同时,轨迹穿越非光滑分界面时会产生不同的动力学行为,特别是在一定参数条件下,由于运动轨迹受不同子系统的交替控制,存在着擦边运动现象,从而导致特殊形式的非光滑簇发振荡.基于转换相图及各区域中快子系统的平衡曲线及其分岔特性,揭示了非光滑分界面对系统簇发振荡的影响规律及不同簇发振荡的分岔机理.     

Complex dynamics analysis of impulsively coupled Duffing oscillators with ring structure

Impulsively coupled systems are high-dimensional non-smooth systems that can exhibit rich and complex dynamics.This paper studies the complex dynamics of a non-smooth system which is unidirectionally impulsively coupled by three Duffing oscillators in a ring structure.By constructing a proper Poincare map of the non-smooth system,an analytical expression of the Jacobian matrix of Poincare map is given.Two-parameter Hopf bifurcation sets are obtained by combining the shooting method and the Runge-Kutta method.When the period is fixed and the coupling strength changes,the system undergoes stable,periodic,quasi-periodic,and hyper-chaotic solutions,etc.Floquet theory is used to study the stability of the periodic solutions of the system and their bifurcations.     

用多项式和阶跃函数构造网格多涡卷混沌吸引子及其电路实现

提出一种利用多项式和阶跃函数构造N×M涡卷的构造方法.利用蔡氏电路,传统的利用多项式函数只能产生双涡卷、三涡卷,在此基础上,通过多项式平移得到相空间x方向的多涡卷,再通过多项式与阶跃函数组合来扩展相空间中指标2的鞍焦平衡点,使得多涡卷向y方向延伸,从而生成网格多涡卷混沌吸引子.该构造方法的主要特征是通过光滑曲线和非光滑曲线的组合生成网格多涡卷混沌吸引子,能通过调整自然数N和M的值实现平面网格任意涡卷混沌吸引子阵列.理论分析、数值模拟和电路仿真证实了方法的可行性. 关键词： 网格多涡卷混沌吸引子 蔡氏电路 阶跃函数 电路实现     

Bursting oscillations as well as the bifurcation mechanism in a non-smooth chaotic geomagnetic field model

Based on the chaotic geomagnetic field model, a non-smooth factor is introduced to explore complex dynamical behaviors of a system with multiple time scales. By regarding the whole excitation term as a parameter, bifurcation sets are derived, which divide the generalized parameter space into several regions corresponding to different kinds of dynamic behaviors. Due to the existence of non-smooth factors, different types of bifurcations are presented in spiking states, such as grazing-sliding bifurcation and across-sliding bifurcation. In addition, the non-smooth fold bifurcation may lead to the appearance of a special quiescent state in the interface as well as a non-smooth homoclinic bifurcation phenomenon. Due to these bifurcation behaviors, a special transition between spiking and quiescent state can also occur.     

带有分数阶热流条件的时间分数阶热波方程及其参数估计问题

研究了Caputo导数定义下带有分数阶热流条件的一维时间分数阶热波方程及其参数估计问题.首先,对正问题给出了解析解;其次,基于参数敏感性分析,利用最小二乘算法同时对分数阶阶数α和热松弛时间τ进行参数估计;最后对不同的热流分布函数所构成的两个初边值问题,分别进行参数估计仿真实验,分析温度真实值和估计值的拟合程度.实验结果表明,最小二乘算法在求解时间分数阶热波方程的两参数估计问题中是有效的.本文为分数阶热波模型的参数估计提供了一种有效的方法.     

Surface wave modes in PEMC backed chiral slab

The characteristics of surface wave modes in a PEMC backed chiral slab are studied theoretically. First, the analytical solution of electromagnetic fields and dispersion relations are carried out. Then, the fractional field solutions are found using the fractional curl operator. The numerical results are given by assuming that wave numbers k and k_± are either real or imaginary. These results are also evaluated at real and imaginary values of fractional parameter describing the order of curl operator. The discussion contains fractional dispersion curves at various cut-off frequencies and the fractional surface waves in chiral-PEMC and achiral-PMC slabs respectively. For numerical analysis it is assumed that the fractional order of the curl operator is related to chiral admittance, thickness of the slab, and PEMC admittance. For the values of the fractional order equal to 0, 1, and 2 geometry corresponds to PMC backed ordinary dielectric slab, PEMC backed chiral slab, and PEC backed chiral slab respectively. Consequently TE, HE (even), and HE (odd) modes are produced in the respective geometries.     

随机Duffing单边约束系统的倍周期分岔

通过引进平均约束面和平均跃变方程对随机约束系统的约束条件进行处理，把研究随机光滑系统倍周期分岔的Chebyshev多项式逼近的方法运用到随机非光滑系统中，数值研究表明随机Duffing单边约束系统同样存在丰富的倍周期分岔现象，Chebyshev多项式逼近是研究带有约束的随机非光滑动力系统的有效方法. 关键词： 非光滑动力系统 随机Duffing系统 Chebyshev多项式 倍周期分岔     

双线性双滞后环系统的约束分岔

含双滞后环力-位移关系的系统在工程中有增多的趋势,但相关的动力学研究还较少.以形状记忆合金减振系统为背景,研究了双线性双滞后环系统的主共振分岔问题.首先用平均法求得了正弦激励下系统主共振幅频响应方程.然后利用非光滑系统的约束分岔理论,讨论了环境温度和外激励幅值变化对幅频响应曲线的影响.结果表明:环境温度和外激励幅值组成的参数平面可分成11个区域,每个区域对应一种定性不同的幅频响应解.此外,为便于幅频响应图的描述和比较,提出了一种编码规则来描述响应在扫频时的跳跃现象.这对于系统频响模式的设计具有直接的指导作用. 关键词： 双线性 滞后 约束分岔     

Effects of pre-placed coating thickness on thermal fatigue resistance of cast iron with biomimetic non-smooth surface treated by laser alloying

In order to enhance the thermal fatigue resistance of gray cast iron with biomimetic non-smooth surface further, studies on laser alloying of Cr powder with different pre-placed coating thickness were performed to change both the composition and the microstructure of non-smooth unit. Additionally, the optimization of coating thickness was done based on the content of Cr in alloyed zone and the thermal fatigue behaviors of non-smooth samples. The results indicated that there was a critical coating thickness which corresponded to the increase of Cr content in alloyed zone under a definitive laser processing conditions, and the critical thickness was 0.3 mm in this paper. Any coating thicker than 0.3 mm would lead to the waste of alloying powder. The thermal fatigue resistance of non-smooth samples was better than that of smooth sample. In addition among all the non-smooth samples, the sample which was treated by the laser alloying of Cr had superior resistance to thermal fatigue compared with laser melting treated samples. And the thermal fatigue resistance increased with increasing of Cr content in alloyed zone which was caused by pre-placed coating thickening.