倒摆运动的混沌行为

设计一个受周期外力驱动的倒摆实验装置,并建立该系统的动力学方程,用线性稳定性分析方法讨论了平衡点附近邻域的稳定性,利用数值计算并结合多种分析方法求解非线性方程并判断解的性质．通过改变系统参数,画出时域图、相图及分岔图,计算分析和实验发现,这个简单的力学系统存在十分丰富的动力学行为（分岔、混沌）．理论分析、数值模拟和实验结果一致．     

耦合发电机系统的分岔和双参数特性

在综合分析系统基本动力学特性的基础上,通过数值计算Lyapunov指数谱、分岔图等,讨论了耦合发电机系统的混沌分岔行为和周期窗口的性态变化;计算和分析了系统在二维参数空间的双参数特性.结果显示系统在倍周期分岔中会出现缺边现象,在双参数空间系统出现复杂的分岔结构,两个控制参数对系统动力学行为的影响特性有所差别. 关键词： 耦合发电机系统 分岔 周期窗口 双参数特性     

风力发电机自循环蒸发内冷系统稳定性的研究

自循环蒸发内冷系统的冷却效率高,可以实现无泵自循环,运行安全可靠,基本免维护,因此适合在大型风力发电机中使用.蒸发内冷系统的稳定性对风力发电机的安全运行十分重要,本文基于非线性分岔理论及其数值延拓法,对自循环蒸发内冷系统应用于风力发电机的的静态稳定性进行了深入研究.获得了系统静态分岔解图,分析了系统演化特性,同时分析了系统分岔现象的参数效应.搭建了实验平台,通过实验观测到了自循环蒸发内冷系统的静态分岔现象,验证了理论计算的正确性.     

最简荷控型忆阻器混沌电路的设计及实现

利用惠普荷控型忆阻器、电感、电容和负电导串联设计了一类单回路忆阻器混沌电路.采用常规的动力学分析目的 研究系统的基本动力学特性,如平衡点稳定性分析、李雅普诺夫指数谱和分岔图等.数值仿真表明该系统在一个平衡点的情况下产生一类特殊的单涡卷混沌吸引子,且随系统参数的改变产生丰富复杂的混沌行为.为验证电路的正确性,利用Pspice进行相应电路仿真,仿真结果与理论分析、数值计算基本一致.     

二维正弦离散映射的分岔和吸引子

由一个正弦映射和一个三次方映射通过非线性耦合,构成一个新的二维正弦离散映射. 基于此二维正弦离散映射得到系统的不动点以及相应的特征值,分析了系统的稳定性,研究了系统的复杂非线性动力学行为及其吸引子的演变过程. 研究结果表明：此二维正弦离散映射中存在复杂的对称性破缺分岔、Hopf分岔、倍周期分岔和周期振荡快慢效应等非线性物理现象. 进一步根据控制变量变化时系统的分岔图、Lyapunov指数图和相轨迹图分析了系统的分岔模式共存、快慢周期振荡及其吸引子的演变过程,通过数值仿真验证了理论分析的正确性. 关键词： 正弦离散映射 对称性破缺分岔 Hopf分岔 吸引子     

负参数空间分数阶Chua系统的动力学行为及实验验证

Chua系统展现出丰富的动力学行为,易于电路实现,因而成为混沌研究的经典范例.然而,现有针对Chua系统的研究大都局限于系统的正参数空间.基于分数阶的时域求解法,研究了分数阶Chua系统在负参数空间下的动力学行为.采用分数阶稳定性理论分析了系统平衡点的稳定性,用分岔图、最大李雅普诺夫指数研究了系统控制参数和阶次变化时系统的动力学行为.为了实验验证系统的动力学行为,采用运放、电阻、电容等模拟器件实现了负参数空间下的分数阶Chua系统,实验结果与数值仿真结果完全一致.该研究成果对进一步完善Chua系统,推动Chua系统在混沌中的应用具有参考价值.     

电光双稳态系统的混沌特性分析

从理论上分析了电光双稳态系统的稳定性,通过图解方式研究了各不动点的稳定性.用数值求解的方法,确定了分岔点的具体位置,分析了该系统是经过倍周期分岔和阵发混沌途径产生混沌.数值模拟由系统状态随参量变化的分岔图和最大李雅普诺夫指数随参量的变化关系,表明本文的理论分析结果是完全自洽的.     

周期切换下Rayleigh振子的振荡行为及机理

本文研究了自治与非自治电路系统在周期切换连接下的动力学行为及机理.基于自治子系统平衡点和极限环的相应稳定性分析和切换系统李雅普诺夫指数的理论推导及数值计算.讨论了两子系统在不同参数下的稳态解在周期切换连接下的复合系统的各种周期振荡行为,进而给出了切换系统随参数变化下的最大李雅普诺夫指数图及相应的分岔图,得到了切换系统在不同参数下呈现出周期振荡,概周期振荡和混沌振荡相互交替出现的复杂动力学行为并分析了其振荡机理.给出了切换系统通过倍周期分岔,鞍结分岔以及环面分岔到达混沌的不同动力学演化过程.     

电光双稳态系统的混沌特性分析

从理论上分析了电光双稳态系统的稳定性,通过图解方式研究了各不动点的稳定性.用数值求解的方法,确定了分岔点的具体位置,分析了该系统是经过倍周期分岔和阵发混沌途径产生混沌.数值模拟由系统状态随参量变化的分岔图和最大李雅普诺夫指数随参量的变化关系,表明本文的理论分析结果是完全自洽的.     

一个新的三维混沌系统

构造了一个新的三维连续自治混沌系统.该系统含有两个参数、一个反正切函数形式的非线性项.基于线性矩阵不等式方法研究了系统的稳定性.通过理论分析、数值仿真、Lyapunov指数谱、分岔图以及Poincaré截面图分别研究了系统的复杂动力学特性. 关键词： 混沌系统 稳定性 线性矩阵不等式 Lyapunov指数谱     

Novel four-dimensional autonomous chaotic system generating one-, two-, three- and four-wing attractors

In this paper, we propose a novel four-dimensional autonomous chaotic system. Of particular interest is that this novel system can generate one-, two, three- and four-wing chaotic attractors with the variation of a single parameter, and the multi-wing type of the chaotic attractors can be displayed in all directions. The system is simple with a large positive Lyapunov exponent and can exhibit some interesting and complicated dynamical behaviours. Basic dynamical properties of the four-dimensional chaotic system, such as equilibrium points, the Poincaré map, the bifurcation diagram and the Lyapunov exponents are investigated by using either theoretical analysis or numerical method. Finally, a circuit is designed for the implementation of the multi-wing chaotic attractors. The electronic workbench observations are in good agreement with the numerical simulation results.     

一种非线性动力学系统混沌现象的深入研究

本文在实验教学中引入一种非线性混沌摆系统,通过调节混沌摆的驱动力周期演示了该非线性动力学系统出现混沌现象的过程,从而让学生了解混沌现象的参数敏感性、相图特点、频谱特性等基本特性.为了进一步了解该混沌摆的特性,本文建立了该非线性摆系统的简化动力学方程,在数值上对其进行了研究.基于动力学方程的数值模拟,克服了实验上相关参数定量改变困难、摆动稳定性不易控制、实验时间周期长等问题.在数值模拟中,通过改变不同参数得到了相图、频谱图以及分岔图,比较深入详细地对这种混沌摆的相关特性进行了描述,也有利于学生加深对混沌摆的理解.     

二维抛物线离散映射的动力学研究

由两个一维抛物线离散映射作推广并非线性耦合,实现了一个新的二维抛物线离散映射.利用不动点稳定性分析和映射分岔分析,研究了所提出的二维离散映射的复杂动力学行为及其吸引子的演变过程,阐述了它所特有的共存分岔模式和快慢周期振荡效应等动力学特性.研究结果表明:二维抛物线离散映射具有动力学特性调节和动态幅度调节的两个功能不同的控制参数,存在Hopf分岔、分岔模式共存、锁频和周期振荡快慢效应等非线性物理现象.并基于微控制器实现的数字电路验证了相应的理论分析和数值仿真结果. 关键词： 二维离散映射 分岔 吸引子 参数     

单模激光Haken-Lorenz系统的振荡解析解

研究了单模激光Haken-Lorenz系统在Hopf 分歧点处的动力学行为.求出了Haken-Lorenz系统的定态解，采用线性稳定性原理对定态解进行了稳定性分析，获得了本征值方程，进而确定了系统的Hopf 分歧点μc.利用级数法求出了系统在分歧点处的时间周期振荡解的解析表达式.通过计算机对系统分歧点处的动力学行为进行了数值模拟，结果表明，系统在分歧点处存在一个极限环，即时间周期振荡解.与理论分析的解析结果相一致.     

微波管中离子张弛振荡的混沌现象

微波管中离子张弛振荡引起的噪声对其工作性能有很大影响，已成为微波管领域研究的焦点之一.用包络方程描述电子束特性，用离散的宏粒子模型描述离子特性，在此基础上编写了一维粒子模拟程序，对行波管与速调管模拟，得到张弛振荡的时间序列；将振荡看作是一个复杂非线性动力学系统的响应，分析了离子张弛振荡时间序列的功率谱、重构相图及Lyapunov指数，指出离子张弛振荡具有混沌性质，为研究离子张弛振荡的控制与带有离子振荡噪声信号的处理提供了参考. 关键词： 张弛振荡 粒子模拟 微波管 混沌     

Towards a classification of models for the numerical simulation of premixed combustion based on a generalized regime diagram

The inner structure, and the physical behaviour of turbulent premixed flames are usually described, and classified by means of the regime diagram introduced by Borghi and Peters. Thereby properties related to both the flame and the (turbulent) flow are considered. In this work a diagram valid for all physical regimes, comprising suitable requirements for laminar simulations, direct numerical simulation (DNS), large-eddy simulation (LES), and Reynolds averaging based numerical simulation (RANS) is proposed. In particular the diagram describes essential situations within the validity limits of the “Borghi, Peters diagram” which physical phenomena are resolved by the simulation, and which have to be modelled. This information is used for systematic classification of various models by suggesting specific models that are appropriate depending on the regime and numerical resolution, and may provide guidance for numerical simulation methods and model development in turbulent premixed combustion. This might help users as a guideline in choosing appropriate models for a given device, and numerical effort available. The regime diagram suggested by Pitsch and Duchamp de Lageneste, which includes DNS and LES by explicitely accounting for the numerical related variable filterwidth, emerges here as one of the special two-dimensional cases possible. In contrast to the generalized regime diagram, their diagram does not include laminar simulations, and RANS based considerations, while transition between wrinkled and corrugated flamelets is not clearly established.     

基于描述函数方法的神经群自激振荡特性分析

在无外界刺激时神经群表现为节律性自激振荡,自激振荡是非线性系统特有的一种运动形式.在非线性描述函数法理论框架下,对神经群模型自激振荡特性进行分析,并揭示其产生机理.神经群模型的sigmoid非线性函数(简称为S函数)是其自激振荡的根源.首先,求解S函数的描述函数;然后,基于S函数的描述函数得到神经群模型正反馈回路S函数和负反馈回路S函数的等效增益,在此基础上将神经群模型转化为可用描述函数法分析的典型结构形式;最后,应用描述函数法理论对神经群模型自激振荡特性进行理论分析,得到自激振荡特性的定量描述,并通过仿真分析对理论分析结果进行了验证.理论分析及仿真分析结果表明基于描述函数方法的神经群自激振荡特性分析方法是正确有效的.S函数是神经系统的典型非线性环节,S函数的处理方法及神经群自激振荡特性分析方法对于其他神经模型的自激振荡特性分析具有参考价值.     

一种新的三维自治混沌系统

通过对蔡氏电路的研究,提出了一种新的混沌系统,并对该系统的基本动力学特性进行了深入研究,得到该系统的Lyapunov指数和Lyapunov维数,给出了相图、Lyapunov指数谱、分岔图、Poincaré映射以及功率谱等.利用OrCAD-PSpice软件设计了该新混沌系统的振荡电路并进行了仿真实验.研究结果表明,该系统与蔡氏电路产生的混沌吸引子并不拓扑等价,且该系统的参数变化范围较大,最大Lyapunov指数接近1,数值仿真和电路系统实验仿真具有很好的一致性,证实了该系统的存在性和物理上可实现性. 关键词： 混沌系统 Lyapunov指数谱 分岔图 电路实现