局部相空间压缩实现对时空混沌和螺旋波的控制

采用相空间压缩方法研究时空混沌和螺旋波系统的抑制问题．以局部控制方式将系统变量的幅值限制在一定范围内，对CO在Pt（110）表面氧化模型（Filzhugh-Nagumo方程）与心肌组织模型（Panfilov方程）的数值研究表明：无论是否存在外界噪声，该方案都可以消除螺旋波和时空混沌；尤其是存在噪声时，相空间压缩控制暂态过程会更短，系统很快达到稳定均匀态（从几个到几十个时间单位）．     

时变反应扩散系统中螺旋波和湍流的控制

研究了一类参数时变的反应扩散系统中螺旋波和湍流对外电场的响应问题.在数值模拟中,以一类改进的Fitzhugh-Nagumo模型为研究对象(在恰当参数值下可分别描述激发介质和振荡介质),考虑随机和不确定因素(如内外噪声、气压、温度梯度分布和介质形变等)所引起的系统参数涨落对斑图演化的影响,在模拟中选取的参数涨落范围确保系统可以观测到稳定旋转的螺旋波、漫游的螺旋波和湍流,经历一定的暂态过程后,对介质施加极化电场,研究螺旋波和湍流在外电场中的演化.数值计算结果表明：在系统参数发生涨落和外电场强度比较小情况下,主 关键词： 螺旋波 湍流 时变系统 Fitzhugh-Nagumo模型     

局部激励法产生靶波来消除螺旋波

提出采用局部激励方法产生靶波来消除抑制激发介质中的漂移(和稳定的)螺旋波．通过在系统中任意选择一个格点进行采样，将采样格点信号反馈到系统局部区域可产生一个稳定的靶波．数值计算表明：该方法可以消除均匀和非均匀介质(扩散系数随时间或空间变化)中的螺旋波(稳定旋转的螺旋波和漂移的螺旋波)，并且对于时空噪声具有一定的抗干扰性．     

随机相位扰动抑制激发介质中漂移的螺旋波

研究了一类二维变量描述的激发系统中漂移螺旋波的抑制问题.通过在整个系统中局部注入带随机相位的电信号，如在系统256×256格点的边界或中心区域中选取4×4或者5×5格点区域施加一个带随机相位的外部激励电信号，在系统内部产生一个持续的靶波信号，实现靶波对螺旋波的动态竞争.数值计算表明：该方法对于Barkley模型中螺旋波有很强的抑制作用，与简单的局部周期信号驱动比较，具有暂态过程比较短的特点，而且对于时空噪声具有一定的抗干扰性.在一定的噪声范围内，即使系统出现不均匀性，也可以观测到靶波，新出现的靶波对螺旋波有抑制作用. 关键词： 螺旋波 靶波 Barkley模型 随机相位     

时空调制引起的漫游螺旋波与旅行螺旋波共存现象

以Barkley模型为研究对象, 研究了在时空调制作用下螺旋波时空动力学行为特性. 发现在适当的调制参数的作用下, 能够在同一系统中同时观察到漫游螺旋波与旅行螺旋波. 通过数值模拟研究分析, 给出了能产生漫游螺旋波与旅行螺旋波共存现象的潜在机理, 并详细讨论了在Barkley 模型中要产生这种共存现象的两个必要条件. 关键词： 时空调制 漫游螺旋波 旅行螺旋波     

激发介质中螺旋波失稳的微观机理研究

采用晶格Boltzmann方法研究了激发介质中螺旋波的失稳,计算机数值模拟给出了激发介质中螺旋波失稳前后的速度场分布,并结合斑图和波头轨迹进行讨论发现,稳定螺旋波的速度场分布表现为螺旋波旋转中心处的速度做周期突变;在螺旋波开始失稳时,速度场分布表现为该位置粒子速度突变加快最后变得无规律,使速度集团分解无规律,导致速度场分布越来越混乱,并最终使系统进入时空混沌态. 关键词： 晶格Boltzmann方法 激发介质 螺旋波 时空混沌     

相空间压缩实现时空混沌系统的广义同步

提出了一种通过相空间压缩实现时空混沌系统广义同步的方法. 以Fitzhugh-Nagumo反应扩散时空混沌系统为例,仿真模拟说明了该方法的有效性与实用性. 通过研究有界噪声作用下该系统的同步效果,表明这种同步方法具有较强的抗干扰能力. 此方法可以实现任意时空混沌系统的广义同步,具有普适性. 同步控制器结构简单、易于应用. 关键词： 时空混沌 广义同步 相空间压缩     

用同步复极化终止心脏中的螺旋波和时空混沌

为了模拟电击除颤导致动作电位持续时间缩短, 在Luo-Rudy相I心脏模型中引入了同步复极化. 研究了同步复极化对螺旋波和时空混沌动力学的影响. 数值结果表明: 在控制周期比较小的情况下, 同步复极化可以有效消除螺旋波和时空混沌, 在有一些控制参数下, 同步复极化只能消除螺旋波, 或者只能消除时空混沌. 当螺旋波不被控制时, 观察到螺旋波转变为长周期和长波长的螺旋波或破碎成时空混沌的现象. 并对控制机制进行了分析. 关键词： 螺旋波 时空混沌 同步复极化 控制     

用钙离子通道激动剂抑制心脏组织中的螺旋波和时空混沌

本文以LuoRudy91模型为基础,研究心脏组织中的螺旋波和时空混沌的抑制.提出应用钙离子通道激动剂来提高慢速内行钙离子流的最大电导率—Gsi,达到抑制螺旋波和时空混沌的目的.研究结果表明:该方法可以有效抑制心脏组织中的螺旋波和时空混沌,即使系统出现含时外行钾离子流的最大电导率—GK分布不均匀,该控制方法仍然有效.对控制机理进行了分析.     

时空调制对可激发介质螺旋波波头动力学行为影响及控制研究

本文首先研究了时空调制对可激发介质中周期螺旋波波头动力学行为的影响. 随着时空调制的增大, 螺旋波经历了周期螺旋波、外滚螺旋波、旅行螺旋波和内滚螺旋波的显著变化. 通过定义序参量来定量的描述由时空调制引起的螺旋波在不同态之间非平衡跃迁的临界条件, 及漫游螺旋波波头圆滚圆半径随调制参数的变化情况. 当时空调制增大到某个临界值时, 螺旋波发生了破碎; 再增加时空调制, 螺旋波则发生了衰减, 系统最终演化为空间均匀静息态. 在文中给出了螺旋波发生破碎和衰减的机理和原因. 最后将时空调制方法运用于漫游螺旋波, 实现了将漫游螺旋波控制成周期螺旋波, 或将其控制为空间均匀静息态.     

非连续反馈控制激发介质中的螺旋波

采用非连续反馈方法来控制Fitz-Hugh-Nagumo方程描述的激发介质中的螺旋波. 在控制过程中,对于系统各个格点快变量的幅值进行观测并和设定的阈值进行比较,当采样格点的快变量的值大于这个阈值时,则对系统进行直接小幅度的负反馈. 研究发现：在对系统所有格点快变量幅值观测时选择比较小的阈值则更容易将系统的螺旋波消除掉并使系统达到稳定均匀态. 在比较大的阈值下,系统的螺旋波则变得稀疏,也可以导致螺旋波的破裂. 在任意选择单个格点的快变量观测下,比较小的反馈强度仍然可以消除螺旋波,系统也达到稳定均匀态. 当 关键词： 螺旋波 Fitz-Hugh-Nagumo方程 反馈控制     

耦合复金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)方程中的模螺旋波

以双层耦合复金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)方程系统为时空模型, 研究了其中的模螺旋波, 讨论了这种特殊波动现象的稳定条件和相关影响因素. 模螺旋波与该类时空系统中常见的相螺旋波相比, 其中心不存在缺陷点, 同时仅在其变量的振幅部分(而非相位部分) 表现为螺旋结构. 本文通过数值方法研究了耦合复金兹堡-朗道方程中产生模螺旋波所需要的初始和参数条件.研究表明, 当双层耦合系统的初始斑图之间的差距较大时, 才能够产生模螺旋波; 同时观察到系统在参数不匹配的条件下会发生相螺旋波向模螺旋波的转变.通过对同步函数的计算, 发现该转变过程具有非连续性.     

FitzHugh-Nagumo系统中螺旋波的控制

采用FitzHugh-Nagumo方程,研究了二维时空系统中螺旋波的控制问题,利用相空间压缩方法对部分系统变量的振幅进行限制从而影响螺旋波的稳定性.研究表明,控制过程可分为三个不同的阶段:在较小压缩限条件下螺旋波可以被完全消除,系统进入均匀定态;在较大的压缩限条件下螺旋波能够稳定存在,而且其振荡频率不随控制参数的改变而发生变化;当压缩限介于上述两者之间时,系统表现为时空混沌态.对上述控制过程进行了进一步的讨论,研究了不同控制参数条件下的系统斑图、变量的演化、相空间轨道等性质,并且对振幅函数和振荡频率特征进 关键词： 螺旋波 相空间压缩 FitzHugh-Nagumo方程     

The structure of spatio-temporal defects in a spiral pattern in the Couette-Taylor flow

Disorder in spiral pattern arising in the counter-rotating Couette-Taylor flow has been investigated. It was revealed that in a certain range of flow control parameters, defects may be generated on the background of spirals periodically in time. Spatio-temporal structure of a single defect has been investigated in detail. A simple theoretical model based on asymptotic solution of the complex Ginzburg-Landau equation was proposed to explain characteristics of a defect. We found that, for a given super-criticality, defects appear at a definite value of the spiral wave phase.     

Multi-component Dirac equation hierarchy and its multi-component integrable couplings system

A general scheme for generating a multi-component integrable equation hierarchy is proposed. A simple 3M- dimensional loop algebra ~X is produced. By taking advantage of ~X a new isospectral problem is established and then by making use of the Tu scheme the multi-component Dirac equation hierarchy is obtained. Finally, an expanding loop algebra ~FM of the loop algebra ~X is presented. Based on the ~FM, the multi-component integrable coupling system of the multi-component Dirac equation hierarchy is investigated. The method in this paper can be applied to other nonlinear evolution equation hierarchies.     

Conservation Quantities of the Explicit Symplectic Scheme for Time-evolution of Quantum System

ＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＱｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅＥｘｐｌｉｃｉｔＳｙｍｐｌｅｃｔｉｃＳｃｈｅｍｅｆｏｒＴｉｍｅ－ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＱｕａｎｔｕｍＳｙｓｔｅｍＺｈｏｕＺｈｏｎｇｙｕａｎＤｉｎｇＰｅｉｚｈｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｏｍｉｃａｎ...     

On the development of a dispersion-relation-preserving dual-compact upwind scheme for convection–diffusion equation

In this paper a dual-compact scheme, which accommodates a better dispersion relation for the convective terms shown in the transport equation, is proposed to enhance the convective stability of the convection–diffusion equation by virtue of the increased dispersive accuracy. The dispersion-relation-preserving compact scheme has been rigorously developed within the three-stencil point framework through the dispersion and dissipation analyses. To verify the proposed method, several problems that are amenable to the exact and benchmark solutions will be investigated. The results with good rates of convergence are demonstrated for all the investigated problems.     

线性反馈抑制螺旋波

研究了激发介质FitzhughNagumo方程中螺旋波的控制问题.基于稳定性和自适应理论,对系统格点变量进行采样,将采样变量与外界标准的周期信号和稳定信号进行线性作差,进一步将误差线性反馈到系统(局部反馈和全局反馈)中,当系统达到稳定均匀态,控制器自动关闭.并研究了噪声对该方法的影响.数值计算表明,选择不同的控制区域和外部标准信号,可将螺旋波抑制,系统很快达到均匀态,螺旋波转化成靶波或者形成新的斑图,控制器对噪声有一定鲁棒性.     

Drive Control of Spiral Wave and Turbulence by a Target Wave in CGLE

Suppression of spiral wave and turbulence in the complex Ginzburg-Landau equation (CGLE) plays a prominent role in nonlinear science and complex dynamical system. In this paper, the nonlinear behavior of the proposed drive-response system, which consists of two coupled CGLEs, is investigated and controlled by a state error feedback controller with the lattice Boltzmann method. First, spiral wave and turbulence are, respectively, generated by selecting appropriate parameters of the response system under the no-flux boundary and perpendicular gradient initial conditions. Then, based on the random initial condition, the target wave yielded by introducing spatially localized inhomogeneity into the drive system is applied on the above response system. The numerical simulation results show that the spiral wave and turbulence existing in the response system could be successfully eliminated by the target wave in the drive system during a short evolution time. Furthermore, it turns out that the transient time for the drive course is related to the control intensity imposed on the whole media.     

Explicit and implicit finite difference schemes for fractional Cattaneo equation

In this paper, the numerical solution of fractional (non-integer)-order Cattaneo equation for describing anomalous diffusion has been investigated. Two finite difference schemes namely an explicit predictor–corrector and totally implicit schemes have been developed. In developing each scheme, a separate formulation approach for the governing equations has been considered. The explicit predictor–corrector scheme is the fractional generalization of well-known MacCormack scheme and has been called Generalized MacCormack scheme. This scheme solves two coupled low-order equations and simultaneously computes the flux term with the main variable. Fully implicit scheme however solves a single high-order undecomposed equation. For Generalized MacCormack scheme, stability analysis has been studied through Fourier method. Through a numerical test, the experimental order of convergency of both schemes has been found. Then, the domain of applicability and some numerical properties of each scheme have been discussed.