一个分数阶忆阻器模型及其简单串联电路的特性

忆阻器是具有时间记忆特性的非线性电阻. 经典HP TiO₂忆阻器模型的忆阻值为此前通过忆阻器电流的时间积分, 即记忆没有损失. 而最近研究证实HP TiO₂ 线性忆阻器掺杂层厚度不能等于零或者器件整体厚度, 导致器件的记忆有损失. 基于此发现, 本文首先提出了一个阶数介于0 与1间的分数阶HP TiO₂ 线性忆阻器模型, 研究了当受到周期外激励时, 分数阶导数的阶数对其忆阻值动态范围和输出电压动态幅值的影响规律, 推导出了磁滞旁瓣面积的计算公式. 结果表明, 分数阶导数阶数对磁滞回线的形状及所围成区域面积有重要影响. 特别地, 在外激频率大于1时, 分数阶忆阻器的记忆强度达到最大. 然后讨论了此分数阶忆阻器与电容或电感串联组成的单口网络的伏安特性. 结果表明, 在周期激励驱动时, 随着分数阶导数阶数的变化, 此分数阶忆阻器与电容的串联电路呈现出纯电容电路与忆阻电路的转换, 而它与电感的串联电路则呈现出纯电感电路与忆阻电路的转换.     

反馈时滞对vanderPol振子张弛振荡的影响

研究反馈控制环节时滞对van der Pol振子张弛振荡的影响。首先，通过稳定性切换分析，得到了系统的慢变流形的稳定性和分岔点分布图，结果表明，当时滞大于某临界值时，系统慢变流形的结构发生本质的变化。其次，基于几何奇异摄动理论，分析了慢变流形附近解轨线的形状，发现时滞反馈会引起张弛振荡中的慢速运动过程中存在微幅振荡，其中微幅振荡来自于内部层引起的振荡和Hopf分岔产生的振荡两个方面；同时，时滞对张弛振荡的周期也具有显著的影响。实例分析表明理论分析结果与数值结果相吻合。     

益智游戏“汉诺塔”中的矩阵运算

汉诺塔(Tower of Hanoi)问题源于印度一个古老传说,据此做成了益智游戏,蕴含大量的数学思想与方法.本文采用矩阵描述汉诺塔状态和圆盘移动过程,将圆盘从一个位置移动到另一个位置转化为矩阵的加法,进而构造由若干可能状态矩阵组成的图的邻接矩阵,计算其幂矩阵,由此很方便地求得完成汉诺塔游戏的所有可能的圆盘移动方案,求解过程简单,含义清晰,易于理解和实现.     

非线性时滞动力系统的研究进展

具有时滞的动力系统广泛存在于各工程领域．本文从动力学角度对时滞动力系统的研究进展作一综述,内容包括时滞动力系统的特点、研究方法、动力学热点问题的研究进展等．由于时滞动力系统的演化趋势不仅依赖于系统的当前状态,还依赖于系统过去某一时刻或若干时刻的状态,其运动方程要用泛国微分方程来描述,解空间是无穷维的．即使系统中的时滞非常小,在许多情况下也不能忽略不计．对于非线性时滞常微分方程,目前的研究思路基本上与常微分方程系统理论相平行．主要研究方法可分为时域法和频域法,前者包括Ｔａｙｌｏｒ级数法,中心流形法,Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射法等,后者包括Ｎｙｑｕｉｓｔ法等．目前对这类系统的动力学研究主要集中在稳定性、Ｈｏｐｆ分岔、混沌等方面．研究表明：时滞动力系统具有非常丰富和复杂的动力学行为,如单变量的一维非线性时滞动力系统可发生混沌现象,与用常微分方程描述的系统有本质性差别．另一方面,人们可巧妙地利用时滞来控制动力系统的行为,如时滞反馈控制是控制混饨的主要方法之一．最后,本文展望了存在的一些问题以及近期值得关注的研究．     

第七届欧洲非线性动力学大会(ENOC 2011)简介

本文对2011年7月在意大利罗马召开的第七届欧洲非线性动力学大会(ENOC 2011)会议情况做一个简要介绍.      

反馈时滞对van der Pol振子张弛振荡的影响

研究反馈控制环节时滞对van derPol振子张弛振荡的影响. 首先, 通过稳定性切换分析, 得到了系统的慢变流形的稳定性和分岔点分布图, 结果表明, 当时滞大于某临界值时, 系统慢变流形的结构发生本质的变化.其次, 基于几何奇异摄动理论, 分析了慢变流形附近解轨线的形状, 发现时滞反馈会引起张弛振荡中的慢速运动过程中存在微幅振荡, 其中微幅振荡来自于内部层引起的振荡和Hopf分岔产生的振荡两个方面; 同时, 时滞对张弛振荡的周期也具有显著的影响. 实例分析表明理论分析结果与数值结果相吻合.      

时滞状态正反馈在振动控制中的新特征

控制理论中广泛采用负反馈,而正反馈的应用不多, 一个重要原因是正反馈将系统的变化放大而使系统的稳定性变差. 如果反馈环节具有时滞, 那么正反馈未必使系统稳定性变差. 本文以线性振动系统为例, 采用稳定性切换方法和利用确定时滞系统稳定性的最大实部特征根, 详细研究了时滞状态正反馈在镇定系统不稳定运动和改善系统稳定性方面的作用. 我们发现,时滞位移正反馈明显优于时滞位移负反馈, 表现为: (1). 正反馈控制可以用较小的时滞去镇定不稳定运动和改善系统稳定性; (2). 正反馈控制可容许的时滞范围很大, 而负反馈控制的可容许时滞范围很小; (3). 正反馈对应的闭环系统的最大实部特征根的实部的极小值可显著小于负反馈对应的闭环系统的最大实部特征根的实部的极小值, 因而在相同的初始条件下, 正反馈作用下的闭环系统比之负反馈作用下的闭环系统可以更快地稳定到平衡点. 我们还发现, 对时滞速度反馈与时滞加速度反馈来说, 负反馈优于正反馈; 而对相同的反馈增益, 时滞位移正反馈优于时滞速度正反馈和时滞加速度正反馈. 关键字镇定,振动控制,时滞正反馈, 稳定性切换, 特征根      

Hopf bifurcation of an oscillator with quadratic and cubic nonlinearities and with delayed velocity feedback

This paper studies the local dynamics of an SDOF system with quadratic and cubic stiffness terms, and with linear delayed velocity feedback. The analysis indicates that for a sufficiently large velocity feedback gain, the equilibrium of the system may undergo a number of stability switches with an increase of time delay, and then becomes unstable forever. At each critical value of time delay for which the system changes its stability, a generic Hopf bifurcation occurs and a periodic motion emerges in a one-sided neighbourhood of the critical time delay. The method of Fredholm alternative is applied to determine the bifurcating periodic motions and their stability. It stresses on the effect of the system parameters on the stable regions and the amplitudes of the bifurcating periodic solutions. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (19972025)     

时滞动力系统的稳定性与分岔:从理论走向应用

本文综述了近年来时滞动力系统稳定性与分岔方面的研究进展, 重点阐述了作者及其团队在稳定性分析、Hopf分岔计算、利用时滞改善系统稳定性等方面的一些理论和方法研究结果, 介绍了时滞对颤振主动控制系统、不稳定系统镇定、网络系统的影响等方面的研究. 基于研究体会, 对进一步的研究提出了若干展望.