时滞非线性悬架系统的混沌动力学特性研究

针对时滞减振控制的非线性悬架系统,建立其二自由度系统的动力学方程。首先,对动力系统进行了数值模拟,通过不同控制参数下系统的动力学行为的分岔图、相轨迹、庞加莱截面、功率谱图来研究时滞非线性悬架系统的混沌动力学行为。研究表明,基于系统参数和外在激励,选择适当的时滞控制参数,可避免系统在运行过程中出现混沌现象,改善系统的运行品质。然后,以主系统幅值均方根为目标函数,对系统进行优化得出减振效果最优时的时滞和反馈增益系数,并与无时滞时非线性悬架系统的主振幅响应进行比较。结果表明,时滞对非线性悬架系统减振和系统品质的改善是能够同时实现的。最后,研究了时滞控制参数变化对系统动力学行为的影响,研究发现,同一系统在不同时滞参数下其分岔形式以及通往混沌的形式具有着多样性,会出现倍周期分岔、Hopf分岔、阵发性分岔以及它们各自通往混沌的不同演化模式,这为实现悬架参数的优化控制提供了理论依据。     

一类生物流体力学连续系统的分岔研究

连续动力系统的非线性动力学研究,由于其应用的广泛性与问题的复杂性,近年来越来越受到重视。本文对一类生物流体力学中的连续系统-动脉局部狭窄时血液流动的分岔特性进行了研究,采用有限差分方法,将由偏微分方程组描述的边境动力系统约化为由常微分方程组描述的高维离散动力系统。求得了离散动力系统的平衡解并分析其稳定性,同时讨论了流场中变量空间分布的变化情况。求得了离散动力系统的前三个Lyapunov指数,以此作为系统是否发生混沌的判别条件。     

动力学,振动与控制学科未来的发展趋势

对近年来动力学，振动与控制的研究进展作了简要回顾，概述了非线性动力学与振动主动控制这两个研究热点的现状，提出了世纪之初应关注的若干研究前沿，即高维非线性系统的全局摄动法，全局分岔和混沌动力学，高维强非线性系统分岔与混沌动力学的实验研究，非线性时滞系统的动力学，流体－弹性体－刚体耦合系统动力学与控制，碰撞与变结构系统动力学，微机电系统动力学。最后，对我国动力学，振动与控制的发展提出了一些建议。     

一类平面自治非线性时滞控制系统的多稳态和混沌

众所周知，平面自治系统即使具有光滑非线性存在，系统也不会出现复杂的动力学行为。本文研究这样的系统存在时滞时，时滞量对系统的动力学行为的影响。通过对一个平面自治非线性系统引入时滞反馈，得到数学模型。利用泛函分析和平均法建立系统平衡态随时滞量变化的失稳机理，研究表明：时滞量平面自治系统动力学行为的影响是本质的．时滞量不但可以使系统出现Hopf分岔，产生周期振动。而且还可以使系统出现多稳态的周期运动或周期吸引子，这些共存的吸引子相碰是导致系统复杂的动力学行为，包括概周期和混沌运动。     

粘弹性矩形板的混沌和超混沌行为

从薄板Karman理论的基本假设出发；利用线性粘弹性理论中的Boltzman叠加原理，建立了粘弹性薄板非线性动力学分析的初边值问题，其运动方程是一组非线性积分──微分方程．在空间域上利用Galerkin平均化法之后，得到了变型的非线性积分──微分型的Duffing方程．综合利用动力系统中的多种方法，揭示了粘弹性矩形板在横向周期激励下的丰富的动力学行为，如不动点、极限环、混沌、奇怪吸引子、超混沌等，其中，混沌和超混沌是交替出现的．     

一类空间连续系统稳定性与分岔的数值研究

空间连续系统的非线性动力学研究，由于其工程背景与复杂性，近年来越来越受到重视。局部狭窄圆管内的流体流动即为空间连续系统。本文采用有限差分方法，将由偏微分方程组描述的空间连续系统约化为由常微分方程组描述的高维离散动力系统。求得了动力系统的平衡解及判断其稳定性的最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数，求得了动力系统的前三个Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数，以此作为系统是否出现分岔的判别条件。     

基于脉冲控制下的复杂时滞动力网络的鲁棒同步

近年来复杂网络已经引起了科学和工程技术等各个领域的广泛关注,尤其是复杂网络中的非线性动力学行为,以及网络的拓扑结构如何影响它的动力学行为的研究,已成为当前一项极其重要的战略课题.本文主要讨论基于脉冲控制下复杂时滞动力网络的同步动力学,应用时滞动力系统的脉冲控制理论,给出了复杂时滞动力网络的一些简单而又一般的鲁棒同步化准则,这些准则能够提供一个新的和有效的控制方法来同步一个任意给定的时滞动力网络到一个期望的同步态,进一步地将所获得的结果应用到由混沌FHN神经元振子为动力节点所构成的一个具有近邻耦合结构的复杂动力网络,数值模拟表明了所获理论结果的正确性和控制方法的有效性.     

非自治时滞反馈控制系统的周期解分岔和混沌

研究时滞反馈控制对具有周期外激励非线性系统复杂性的影响机理,研究对应的线性平衡态失稳的临界边界,将时滞非线性控制方程化为泛函微分方程,给出由Hopf分岔产生的周期解的解析形式．通过分析周期解的稳定性得到周期解的失稳区域,使用数值分析观察到时滞在该区域可以导致系统出现倍周期运动、锁相运动、概周期运动和混沌运动以及两条通向混沌的道路：倍周期分岔和环面破裂．其结果表明,时滞在控制系统中可以作为控制和产生系统的复杂运动的控制“开关”．     

时滞反馈控制的若干问题

近几十年来, 时滞系统动力学的研究得到了众多学者的大量关注, 研究者在时滞系统的稳定性、非线性、辨识、时滞消除与利用技术等方面做了大量研究, 取得了许多成果. 本文主要介绍作者十多年来在时滞系统动力学方面的研究成果, 包括时滞辨识、两种基于时滞方程的控制律的设计方法、时滞鲁棒控制律的设计、时滞正反馈控制技术、非线性结构时滞控制律的设计、时滞实验等内容.     

摩擦学复杂系统及其问题的量化研究方法

以摩擦学的三个公理为基础 ,提出摩擦学系统复杂性质的具体定义 ,即摩擦学系统的动力性、摩擦学系统的非线性、摩擦学系统的随机性、摩擦学系统的混沌性和摩擦学系统的分形性 ,并且指出摩擦学系统是一个复杂的非线性动力系统 ,因而将摩擦学研究与动力学相结合有助于摩擦学问题的定量化描述 .根据摩擦学系统及其行为的特定性质 ,从系统学观点出发 ,将摩擦磨损过程分为自组织阶段、混沌阶段和失稳阶段等 3个阶段 ,并提出了磨合吸引子的概念 ,同时讨论了研究摩擦学非线性复杂问题的正解和反解方法     

时滞耦合系统非线性动力学的研究进展

随着对自然界客观规律的深入认识,工程系统设计的精细化和复杂性要求也与日剧增.在许多耦合的动态系统设计过程中要考虑由耦合过程的时滞所引发的动力学行为,该时滞来自于与传感系统、作动系统和控制系统耦合的过程.耦合时滞也广泛存在于交通、系统生物学、电子通讯、神经和信息网络等技术中.本文首先从耦合时滞出发,在以时滞为中心的耦合系统复杂动力学机制、时滞镇定耦合系统的实验基础和实现、快慢变时滞耦合系统动力学和时滞神经网络同步和去同步4个方面,对耦合时滞诱发的动力学研究进展进行综述.着重介绍了时滞耦合系统中耦合时滞诱发的高余维分岔奇异性及新的定量分析方法、中立型时滞微分方程的规范型计算、具有耦合时滞的非线性系统中耦合时滞和非线性参数的辨识方法与实验实现、快慢变时滞耦合系统的张弛振荡、耦合时滞诱发的网络系统的同步模式切换等问题的研究进展;然后在应用方面重点介绍了车床磨削加工过程中耦合时滞诱发的颤振及其机理、具有惯性项和耦合时滞的神经网络系统中耦合时滞诱发的高余维分岔和复杂动力学、时滞动力吸振器与隔振装置的设计与实验实现.最后,从耦合时滞系统的一般性理论和工程应用两个方面展望了近期值得关注的一些问题.     

论迟滞与时滞

迟滞和时滞是自然科学、工程科学、乃至社会科学中常见的两种现象,但在我国学术界常被混淆.从两种现象的定义和本质出发,阐述两者的共性、个性及其联系.通过多个例子说明:迟滞现象反映两个相关参变过程周期变化时彼此间的相位滞后关系;而时滞现象则反映两个相关动态过程任意变化时彼此间的时间滞后关系.在某些特定的情况下,它们可以等同;但在一般情况下,它们是具有不同性质的两类现象,尤其在描述记忆特性方面,两者有本质的差异.     

Almost local stability in discrete delayed chaotic systems

This work studies dynamic of delayed discrete chaotic systems with bounded and unbounded delays. The time lags appear in additive which is coupled with a smooth function and nonadditive forms. It has been shown that, in both additive and nonadditive cases, the primal (non-delayed) system is neutral to the bounded delay to possess an attractive fixed point. Nevertheless, if a nonadditive and unbounded delay is supposed to affect a chaotic and measure preserving system locally, then the delay function might be sensitive to initial states. A local stabilization to the dynamics of Logistic and Gaussian maps are made and creation of attractive fixed points is illustrated.     

Complex dynamics of a four neuron network model having a pair of short-cut connections with multiple delays

This paper deals with dynamic behaviors on Hopfield type of ring neural network of four neurons having a pair of short-cut connections with multiple time delays. By suitable transformation and under certain assumptions on multiple time delays, the model is reduced to four dimensional nonlinear delay differential equations with three delays. Regarding these time delays as parameters, delay independent sufficient conditions for no stability switches of the trivial equilibrium of the linearized system are derived. Conditions for stability switching with respect to one delay parameter which is not associated with short-cut connection are obtained. Hopf bifurcations with respect to two other delays which are associated with short-cut connection are also obtained. Using the normal form method and center manifold theory, the direction of the Hopf bifurcation, stability and the properties of Hopf-bifurcating periodic solutions are determined. Using numerical simulations of the nonlinear model, different rich dynamical behaviors such as quasiperiodicity, torus attractor and chaotic-bands are also observed for suitable range of three delay parameters. Lyapunov exponents are also calculated using the AnT 4.669 tool for verification of chaotic dynamics.     

Differential quadrature method for analyzing nonlinear dynamic characteristics of viscoelastic plates with shear effects

The integro-partial differential equations governing the dynamic behavior of viscoelastic plates taking account of higher-order shear effects and finite deformations are presented. From the matrix formulas of differential quadrature, the special matrix product and the domain decoupled technique presented in this work, the nonlinear governing equations are converted into an explicit matrix form in the spatial domain. The dynamic behaviors of viscoelastic plates are numerically analyzed by introducing new variables in the time domain. The methods in nonlinear dynamics are synthetically applied to reveal plenty and complex dynamical phenomena of viscoelastic plates. The numerical convergence and comparison studies are carried out to validate the present solutions. At the same time, the influences of load and material parameters on dynamic behaviors are investigated. One can see that the system will enter into the chaotic state with a paroxysm form or quasi-periodic bifurcation with changing of parameters.     

时滞系统动力学近期研究进展与展望

综述了1999年以来时滞系统动力学 在力学、机械工程、航空航天、生态学、生物学、神经网络、激光、电子和信息技 术、保密通讯和经济学等领域的研究进展, 总结了其中的研究方法. 通过本文 可以看出时滞系统普遍存在于自然和工程实际中, 即使对已经非常熟悉的简单振 子,考虑到时滞的影响, 仍有许多问题有待作更深入的理论研究和新现象的发现. 针对以往研究中出现的问题, 提出今后几年的发展方向、建议和展望, 同时指 出了在理论上急需解决的一些科学问题,例如以时滞反馈控制为中心的控制策略、 非线性因素和时滞联合作用的影响、时滞导致的多级分岔使系统呈现出复杂动力学 行为、以时滞状态变量耦合为中心构成的网络系统计算模型对系统的影响等问题都 是非线性动力学系统所遇到的科学基础问题.     

非线性被动隔振的若干进展

工程中航空航天、船舶与海洋结构物及其上装备和精密仪器易受极端环境干扰和破坏,使得非线性隔振理论在近十年来迅猛发展;针对日益严峻的隔振和抗冲击等要求,工程师和科学家们已发展出各种不同的非线性隔振系统,包括主动、半主动、被动和复合隔振.利用非线性改善的被动隔振兼具传统被动隔振的鲁棒性和主动隔振的高效性成为振动控制领域的先进技术.本文主要综述了非线性隔振理论和应用的近十年进展,包括非线性隔振设计、建模、分析、仿真和实验.在隔振系统的构建中,既考虑了刚度非线性又考虑了阻尼非线性;动力学响应的研究中,既有确定性分析又有随机分析.首先提出了适用于非线性隔振系统改进的评价方式;其次综述了高静态低动态刚度隔振及其加强形式非线性阻尼加强和双层非线性隔振,混沌反控制技术、内共振影响、非线性能量阱应用等振动机制利用型隔振和非线性隔振功能材料.最后,对非线性隔振研究发展的热点和关键性问题进行了分析和展望.     

Nonlinear dynamic analysis and sliding mode control for?a?gyroscope system

This paper employs differential transformation (DT) method to analyze and control the dynamic behavior of a gyroscope system. The analytical results reveal a complex dynamic behavior comprising periodic, subharmonic, quasiperiodic, and chaotic responses of the center of gravity. Furthermore, the results reveal the changes which take place in the dynamic behavior of the gyroscope system as the external force is increased. The current analytical results by DT method are found to be in good agreement with those of Runge?CKutta (RK) method. In order to suppress the chaotic behavior in gyroscope system, the sliding mode controller (SMC) is used and guaranteed the stability of the system from chaotic motion to periodic motion. Numerical simulations are shown to verify the results. The proposed DT method and controlling scheme provide an effective means of gaining insights into the nonlinear dynamics and controlling of gyroscope systems.