一类混沌系统中的簇发振荡及其延迟叉形分岔行为

由于多时间尺度问题在实际工程系统中广泛存在,关于其复杂动力学行为及其产生机制的研究已成为当前国内外的热点课题之一.簇发振荡是多时间尺度系统复杂动力学行为的典型代表,而分岔延迟又是簇发振荡中的常见现象.本文为探讨非线性系统中分岔延迟所引发的簇发振荡的分岔机制,在一个三维混沌系统中引入参数激励,当激励频率远小于系统的固有频率时,系统产生了两时间尺度簇发振荡.将整个激励项看做慢变参数,激励系统转化为广义自治系统也即快子系统,分析快子系统平衡点的稳定性以及分岔条件,并运用快慢分析法和转换相图揭示了簇发振荡的动力学机理.文中考察了4组参数条件下系统的动力学行为,研究发现当慢变激励项周期性地通过分岔点时,系统产生了明显的超临界叉形分岔延迟行为,随着参数激励振幅的增大,分岔延迟的时间也逐渐延长,当这种延迟的动态行为终止于不同的参数区域时,导致系统轨线围绕不同稳定吸引子(平衡点,极限环)运动,从而得到了不同的簇发振荡行为.     

正负双向脉冲式爆炸及其诱导的簇发振荡

簇发振荡普遍存在.探索通向簇发振荡的可能路径是簇发研究的热点问题之一."脉冲式爆炸(pulsedshaped explosion, PSE)"是一种最近被报道的可以诱发簇发振荡的新机制,其特征为平衡点和极限环表现出了与参数变化相关的脉冲式急剧量变. PSE会导致系统轨线急剧跃迁,从而诱发典型的簇发振荡.然而,目前报道的PSE中仅含有"单向的尖峰",未发现"双向的尖峰",且由其诱发的簇发振荡仅含单向的振荡簇.本文以多频激励Rayleigh系统为例,旨在揭示PSE的不同表现形式以及与此相关的簇发动力学.利用频率转换快慢分析法得到了Rayleigh系统的快子系统和慢变量.针对快子系统的分析表明,PSE表现出了较为复杂的动力学特性,其特征是PSE包含了正负双向两个不同的尖峰,此即所谓的正负双向PSE.其急剧量变行为,导致了系统轨线在单个振荡周期内出现正向和负向的多次跃迁,由此得到了由正负双向PSE所诱发的簇发振荡.根据吸引子类型分别揭示了点–点型和环–环型两类簇发振荡模式的产生机制.本文的研究给出了PSE的不同表现形式,丰富了多时间尺度下的簇发振荡的诱发机制.     

一类三维非线性系统的复杂簇发振荡行为及其机理

由多时间尺度耦合效应引起的簇发振荡行为是非线性动力学研究的重要课题之一.本文针对一类参数激励下的三维非线性电机系统(该系统可以描述两种自激同极发电机系统的动力学行为,两种系统在数学上等效),研究了当参数激励频率远小于系统自然频率时的各种复杂簇发振荡行为及其产生机理.通过快慢分析方法, 将参数激励作为慢变参数,得到了非自治系统对应的广义自治系统及快子系统和慢变量,并给出了快子系统的稳定性和分岔条件以及系统关于典型参数的单参数分岔图.借助转换相图与分岔图的叠加, 分析了对称式delayed subHopf/fold cycle簇发振荡的产生机理及其动力学转迁, 即delayed subHopf/fold cycle簇发振荡、焦点/焦点型对称式叉形分岔滞后簇发振荡和焦点/焦点型叉形分岔滞后簇发振荡.研究结果表明, 系统会出现两种不同的分岔滞后形式, 一种是亚临界Hopf分岔滞后,另一种是叉形分岔滞后,而且控制参数显著影响平衡点的稳定性和分岔滞后区间的宽度.同时初始点的选取则会影响系统动力学行为的对称性.本文的研究进一步加深了对由分岔滞后引起的簇发振荡的认识和理解.      

余维三fold-fold-Hopf分岔下簇发振荡及其分类

不同尺度耦合系统存在着广泛的工程背景, 通常表现为大幅振荡与微幅振荡交替出现的簇发振荡, 其产生机理一直是当前国内外研究的前沿课题之一. 传统的几何奇异摄动分析方法仅对时域上的两尺度耦合有效, 无法揭示频域上不同尺度之间的相互作用, 同时, 当前相关研究仅针对余维一fold或Hopf分岔展开. 本文针对频域两尺度耦合向量场存在余维三fold-fold-Hopf分岔时的复杂动力特性, 基于包含三阶非线性项以内的该分岔向量场的标准型及其普适开折, 给出相应的分岔集, 从而将双开折参数平面划分为对应于不同行为的子区域. 引入慢变周期激励项取代其中一个开折参数, 随慢变激励项的变化, 会存在两类轨迹访问子区域途径, 产生周期Hopf/LPC, Hopf/LPC/Hopf/LPC, fold/LPC/Hopf/Homoclinic和fold/LPC 4种簇发振荡类型. 在分析过程中, 发现系统轨迹上的真实分岔, 往往与理论上的分岔点之间存在着滞后效应, 这种滞后效应的滞后时间也会随着激励幅值的增大而延长, 因为激励幅值的增大, 会导致轨迹沿相应平衡态运动的惯性增大, 特别是, 当激励幅值增大到一定值后, 会导致轨迹沿某平衡态运动并穿越该区域, 也即相关分岔效应来不及出现, 从而导致振荡形式的改变. 本工作表明, 对于局部分岔下的快慢效应, 通过向量场标准型开折参数的周期扰动, 在一定程度可以对该分岔所导致的所有可能的各种簇发进行归类, 并得到其相应的产生机制.      

慢变控制下Chen系统的复杂行为及其机理

由于Chen系统的控制分析大都是基于同一时间尺度,而两时间尺度耦合问题的相关研究基本上局限于单维慢变量情形.本文探讨了基于慢时间尺度上的Duffing振子,即含有两维慢子系统控制下Chen系统的动力学演化过程.给出了诸如对称式fold/fold、对称式fold/Hopf、对称式homoclinic/homoclinic等不同形式的簇发振荡行为,并揭示了其相应的产生机制,指出慢子系统中两维慢变量的相互影响导致系统产生了类似于周期激励下的簇发行为.     

Bifurcation analysis of a double pendulum with internal resonance

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｍａｙｅｘｈｉｂｉｔｃｏｍｐｌｅｘｄｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｔｈｅｖｉｃｉｎｉｔｙｏｆａｃｏｍｐｏｕｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔ[1].ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＪａｃｏｂｉａｎｅｖａｌｕａｔｅｄａｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔ,ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｍａｙｂｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ,ｉｎｇｅｎｅｒａｌ,ａｓｃｏ＿ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｎｅ,ｃｏ＿ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｔｗｏ,ｅｔｃ.[2].Ｗｈｅｎｏ…     

Extremely hidden multi-stability in a class of two-dimensional maps with a cosine memristor

We present a class of two-dimensional memristive maps with a cosine memristor. The memristive maps do not have any fixed points, so they belong to the category of nonlinear maps with hidden attractors. The rich dynamical behaviors of these maps are studied and investigated using different numerical tools, including phase portrait, basins of attraction, bifurcation diagram, and Lyapunov exponents. The two-parameter bifurcation analysis of the memristive map is carried out to reveal the bifurcation mechanism of its dynamical behaviors. Based on our extensive simulation studies, the proposed memristive maps can produce hidden periodic, chaotic, and hyper-chaotic attractors, exhibiting extremely hidden multi-stability, namely the coexistence of infinite hidden attractors, which was rarely observed in memristive maps. Potentially, this work can be used for some real applications in secure communication, such as data and image encryptions.     

一个跃变电路切换系统的振荡行为及分岔机理分析

本文研究两个非线性电路系统通过开关组成的时间切换系统的复杂振荡行为及其产生机理.利用开环运算放大器放大倍数为极大值的特性,即运算放大器总是处于正的或负的饱和状态,当输入电压从负过零变正时,输出电压从正饱和状态跃变为负饱和状态,本文选择子电路系统中的非线性部分为跃变函数.首先对两个子系统进行了稳定性分析,给出了不同参数条件下的振荡行为,然后在子系统单个参数在一定范围内变化,而其他参数保持不变的情况下,研究了切换系统的复杂振荡特征,并分析了其产生机理.由于子系统方程的非光滑性和切换带来的整个系统的非光滑性,使得整个系统的周期振荡轨迹有四个切换点,随着参数的变化,周期振荡轨线与非光滑分界面发生擦边分岔,导致周期振荡分裂成两个对称的周期振荡.并且研究了切换点位置改变对整个系统周期振荡行为的影响以及切换点处的分岔机理.     

非线性切换系统的动力学行为分析

建立了周期切换下的非线性电路模型,基于子系统平衡点及其稳定性分析,分别给出了其相应的fold分岔和Hopf分岔条件,讨论了子系统在不同平衡态下由周期切换导致的各种复杂行为,指出切换系统的周期解随参数的变化存在着倍周期分岔和鞍结分岔两种失稳情形,并相应地导致不同的混沌振荡,进而结合系统轨迹及其相应的分岔分析,揭示了各种振荡模式的动力学机理. 关键词： 周期切换 倍周期分岔 鞍结分岔 混沌     

两子系统在周期切换连接下的振荡行为及其机理

研究了两非线性系统在周期切换连接下的分岔和混沌行为.通过局部分析,分别给出了两子系统参数空间诸如Fold分岔、Hopf分岔等临界条件,进而考虑两子系统存在不同稳态解时通过周期切换连接下的复合系统的分岔特性,给出了不同的周期振荡行为,并揭示了其相应的产生机理.指出系统轨迹可以由切换点分割成不同的部分,分别受两子系统的控制,而随参数的变化,切换点数目成倍增加,导致系统由倍周期分岔序列进入混沌.同时,在其演化过程中,虽然子系统定性保持不变,但由于切换导致的非光滑性,复合系统不仅仅表现为两子系统动力特性的简单连接,而是会产生各种分岔,导致诸如混沌等复杂振荡行为.