色关联色噪声驱动的动力系统的熵变化率上界

研究一种由色关联乘性和加性色噪声驱动的随机耗散动力学系统随时间演化的熵变化率上界.通过统一色噪声近似方法给出了该系统的近似Fokker-Planck方程.结合Shannon信息熵的定义及Schwartz不等式原理得到了该系统经近似后熵变化率上界随时间演化的精确表达式.分析了色关联乘性和加性色噪声及耗散参数对熵变化率上界的显著影响.     

双稳系统中随机共振与相同步时间的相关性

研究了双稳系统的随机共振(SR)与输入输出之间的相同步相关性. 首先得到系统的输出信噪比(SNR)与输入输出之间的平均相同步时间的表达式,然后讨论了随机共振与输入输出之间的平均相同步时间之间的关系. 结果表明:(1)系统出现了随机共振现象,且平均相同步时间对噪声是敏感的;由于加性与乘性噪声的相互影响,随加性噪声强度的增加,输出信噪比及平均相同步时间曲线上首先出现抑制现象,然后出现峰值,并且, 减小乘性与加性噪声强度比率,可提高输出信噪比和增长平均相同步时间. (2)系统的随机共振与平均相同步时间达到最大值不同步出现,但平均相同步时间对输出信噪比是敏感的. 该结论为信号传输中利用随机共振原则改变系统工作环境提供了依据.      

高斯噪声激励下分段线性双稳系统的稳态特性研究

研究了关联乘性和加性高斯白噪声激励下分段线性双稳系统的稳态特性。通过随机等价变换方法得到了该系统稳态概率密度函数的表达式,讨论了噪声关联性和噪声强度对系统稳态概率密度函数的影响,并通过数值计算发现该系统出现了一些新的随机现象。研究结果表明,乘性噪声强度、加性噪声强度、噪声互关联强度都能使稳态概率密度函数曲线峰的数目发生改变,这说明系统出现了相变现象,且两关联高斯白噪声对系统稳态概率密度具有相同的影响作用。     

加性和乘性三值噪声激励下周期势系统的动力学分析

周期势系统是一类在机械工程、物理、化学、神经生物等领域应用十分广泛的系统,其随机动力学特性的研究是非线性科学的一个热点和难点问题.三值噪声是真实噪声的典型模型, 不仅包含二值噪声和高斯白噪声情形,而且能更好地描述自然界中随机环境扰动的多样性,本文研究了由加性和乘性三值噪声驱动的周期势系统中概率密度的演化和随机共振.通过计算系统的平均稳态联合概率密度函数和瞬态联合概率密度函数,发现随着外周期力振幅的增大, 单自由度系统在多个稳态之间跃迁,其平均稳态联合概率密度具有多峰结构. 此外,利用随机能量法揭示了系统的随机共振,发现存在最优的噪声强度和外周期力振幅使得平均输入能量曲线存在一个极大值,即出现随机共振现象. 对于仅考虑加性噪声或乘性噪声激励的情况,平均输入能量曲线随噪声转迁率是否出现共振现象依赖于外周期激励振幅的大小.特别是仅考虑加性噪声的情形, 对于较小的外周期激励振幅,加性噪声转迁率诱导产生抑制共振现象, 而对于较大的外周期激励振幅,加性噪声转迁率诱导产生随机共振现象.      

高斯色噪声和谐波激励共同作用下耦合SD振子的混沌研究

耦合SD振子作为一种典型的负刚度振子, 在工程设计中有广泛应用. 同时高斯色噪声广泛存在于外界环境中, 并可能诱发系统产生复杂的非线性动力学行为, 因此其随机动力学是非线性动力学研究的热点和难点问题. 本文研究了高斯色噪声和谐波激励共同作用下双稳态耦合SD振子的混沌动力学, 由于耦合SD振子的刚度项为超越函数形式, 无法直接给出系统同宿轨道的解析表达式, 给混沌阈值的分析造成了很大的困难. 为此, 本文首先采用分段线性近似拟合该振子的刚度项, 发展了高斯色噪声和谐波激励共同作用下的非光滑系统的随机梅尔尼科夫方法. 其次, 基于随机梅尔尼科夫过程, 利用均方准则和相流函数理论分别得到了弱噪声和强噪声情况下该振子混沌阈值的解析表达式, 讨论了噪声强度对混沌动力学的影响. 研究结果表明, 随着噪声强度的增大混沌区域增大, 即增大噪声强度更容易诱发耦合SD振子产生混沌. 当阻尼一定时, 弱噪声情况下混沌阈值随噪声强度的增加而减小; 但是强噪声情况下噪声强度对混沌阈值的影响正好相反. 最后, 数值结果表明, 利用文中的方法研究高斯色噪声和谐波激励共同作用下耦合SD振子的混沌是有效的.本文的结果为随机非光滑系统的混沌动力学研究提供了一定的理论指导.      

Lévy噪声和高斯白噪声共同激励的FHN神经元系统的动力学特性

研究了Lévy噪声和高斯白噪声共同激励下的一维FHN神经元系统的动力学特性。利用Janicki-Weron算法产生Lévy噪声,并采用四阶Runge-Kutta算法模拟出方程的稳态概率密度函数;然后通过稳态概率密度函数图像进一步对FHN神经元系统进行了稳态分析。通过数值仿真发现:乘性噪声强度D、加性噪声强度Q、稳定性指标α、偏斜参数β这些参数都可以诱导系统产生相变现象;乘性噪声强度D和稳定性指标α的增大使得FHN神经元系统停留在激发态的概率逐渐升高;加性噪声强度Q和偏斜参数β的增大使得神经元系统逐渐从激发态转变到静息态;乘性噪声强度D和加性噪声强度Q的改变对系统的作用正好相反。     

1∶1内共振对随机振动系统可靠性的影响

研究了二自由度耦合非线性随机振动系统在高斯白噪声激励下基于首次穿越模型的可靠性问题. 在1:1内共振情形,原始系统的运动方程经平均后化为一组关于慢变量的伊藤随机微分方程. 建立了后向柯尔莫哥洛夫方程以及庞德辽金方程,在一定的边界条件和(或) 初始条件下求解这两个偏微分方程,分别得到系统的条件可靠性函数以及平均首次穿越时间. 进而建立了无内共振情形系统的后向柯尔莫哥洛夫方程与庞德辽金方程.将无内共振情形的结果与1:1 内共振情形的结果做比较,发现1:1 内共振能显著降低系统可靠性. 用蒙特卡罗数值模拟验证了理论结果的有效性.     

含时滞反馈与涨落质量的记忆阻尼系统的随机共振

针对具有记忆效应的欠阻尼系统, 存在时滞反馈与涨落质量, 本文主要研究了其输出稳态响应振幅的随机共振效应. 首先通过引入新变量和运用小时滞近似展开理论, 将具有非马尔科夫特性的原系统转化为等价的两维马尔科夫线性系统, 再利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换获得了系统响应的一阶稳态矩和稳态响应振幅的解析表达式. 结果表明: 当系统参数满足Routh-Hurwitz稳定条件时, 稳态响应振幅随质量涨落噪声强度、周期驱动信号频率以及时滞的变化均存在随机共振现象, 其中随机多共振现象也被观察到. 在适当范围内, 通过控制时滞反馈, 系统的随机共振效应随着时滞的增大而增强, 而较长的记忆时间及增大阻尼参数均对共振行为呈现抑制作用.有效调控时滞反馈与记忆效应的变化关系将有助于增强系统对周期驱动信号的响应强度. 最后, 通过数值模拟计算验证了理论结果的有效性.      

含时滞反馈与涨落质量的记忆阻尼系统的随机共振

针对具有记忆效应的欠阻尼系统,存在时滞反馈与涨落质量,本文主要研究了其输出稳态响应振幅的随机共振效应.首先通过引入新变量和运用小时滞近似展开理论,将具有非马尔科夫特性的原系统转化为等价的两维马尔科夫线性系统,再利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换获得了系统响应的一阶稳态矩和稳态响应振幅的解析表达式.结果表明:当系统参数满足Routh-Hurwitz稳定条件时,稳态响应振幅随质量涨落噪声强度、周期驱动信号频率以及时滞的变化均存在随机共振现象,其中随机多共振现象也被观察到.在适当范围内,通过控制时滞反馈,系统的随机共振效应随着时滞的增大而增强,而较长的记忆时间及增大阻尼参数均对共振行为呈现抑制作用.有效调控时滞反馈与记忆效应的变化关系将有助于增强系统对周期驱动信号的响应强度.最后,通过数值模拟计算验证了理论结果的有效性.     

STOCHASTIC P-BIFURCATION OF TRI-STABLE VAN DER POL-DUFFING OSCILLATOR

分析了乘性和加性噪声作用下三稳态Van der Pol-Duffing振子的随机P分岔. 首先用随机平均法得到系统的随机微分方程,求得系统响应幅值的稳态概率密度函数. 然后应用分岔分析的奇异性理论,求得随机P分岔发生的临界参数条件,得到多种定性不同的稳态概率密度曲线. 讨论了2种激励噪声强度和系统阻尼对响应稳态概率密度曲线峰的个数、各峰值相对大小的影响. 通过Monte-Carlo数值模拟对理论计算结果进行了验证.该方法可用于其他系统的随机P分岔分析.