参外联合激励下的簇发振荡及其机理

当周期激励频率远小于系统固有频率时，会存在快慢耦合效应，与单项激励不同，参外联合激励不仅会导致快子系统平衡曲线和分岔行为的复杂化，也会产生一些特殊的非线性现象，为此，本文以两耦合Hodgkin-Huxley细胞模型为例，引入周期参外联合激励，探讨在频域不同尺度耦合时该系统的簇发振荡的特点及其分岔机制．通过建立相应的快慢子系统，得到慢变参数变化下的快子系统的各种分岔模式以及相应的分岔行为，结合转换相图，揭示耦合系统随激励幅值变化时的动力学行为及其机理．研究表明，在激励幅值较小时，系统表现为概周期振荡，两频率分别近似于快子系统平衡曲线由Hopf分岔引起的两稳定极限环的振荡频率．概周期解随激励幅值的增加进入簇发振荡，导致这些簇发振荡的主要原因是在慢变参数变化的部分区间内，存在唯一稳定的平衡曲线，使得系统的轨迹逐渐趋向该平衡曲线，产生沉寂态，并随着慢变参数的变化，由分岔进入激发态．同时，快子系统中参与簇发振荡的稳定吸引子随激励幅值的变化也会不同，导致不同形式的簇发振荡．另外，与单项激励下的情形不同，联合激励时快子系统的部分稳定吸引子掩埋在其它稳定吸引子内，从而失去对簇发振荡的影响．     

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(pulsed-shaped 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.      

参数激励耦合系统的复杂动力学行为分析

分析了耦合van der Pol振子参数共振条件下的复杂动力学行为．基于平均方程，得到了参数平面上的转迁集，这些转迁集将参数平面划分为不同的区域，在各个不同的区域对应于系统不同的解．随着参数的变化，从平衡点分岔出两类不同的周期解，根据不同的分岔特性，这两类周期解失稳后，将产生概周期解或3—D环面解，它们都会随参数的变化进一步导致混吨．发现在系统的混沌区域中，其混吨吸引子随参数的变化会突然发生变化，分解为两个对称的混吨吸引子．值得注意的是，系统首先是由于2—D环面解破裂产生混吨，该混吨吸引子破裂后演变为新的混吨吸引子，却由倒倍周期分岔走向3—D环面解，也即存在两条通向混沌的道路：倍周期分岔和环面破裂，而这两种道路产生的混吨吸引子在一定参数条件下会相互转换．     

强非线性系统的亚谐共振解和其转迁集

本文通过非线笥时间变换，引入共振关系式，求出了强非线性振动系统主共振解和亚谐解。进而求得Ｄｕｆｆｉｇｎ方程主共振解以及从主共振取１／３亚谐分岔的转迁集，与ＩＨＢ（Ｉｎｃｃｒｍｅｎｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｌ Ｂａｌａｎｃｃ）方法的结果比较表明，两者吻合良好。     

谐波齿轮系统的快慢振荡机制研究

谐波齿轮减速器是一种新型的传动装置, 因其具有诸多的优点, 因而得到了广泛应用. 谐波齿轮减速器涉及不同振荡尺度之间的耦合作用, 这通常会诱发复杂的快慢振荡, 严重影响了谐波齿轮系统的正常工作. 本文考虑涉及扭转刚度非线性因素的谐波齿轮系统, 旨在研究系统的快慢动力学, 揭示新型的快慢振荡机制. 首先, 构建了非线性扭转刚度下的谐波齿轮系统的快慢动力学模型. 然后, 通过改变扭转刚度系数, 得到了系统从常规振荡向快慢振荡的转迁过程. 接着, 简要地论述了有关快慢系统的基础理论. 在此基础上, 采用快慢分析法研究了快子系统的动力学特性, 揭示了快慢振荡的产生机制. 研究表明, 当系统参数改变时, 快子系统的平衡点曲线并未发生失稳或分岔; 然而, 在某一点附近, 平衡点曲线能够产生急剧量变, 其特征是平衡点在局部小范围内可以在正坐标值与负坐标值之间快速转迁. 在此基础上, 揭示了一种诱发快慢振荡的新型动力学机制, 比较了这种诱发机制与其他相关机制之间的区别. 本文丰富了系统通向快慢振荡的路径, 为实际谐波齿轮传动系统中的快慢振荡机理与控制研究提供参考.      

高维广义蔡氏电路中的快慢动力学行为及其分岔分析

讨论了四阶广义蔡氏电路在两时间尺度下的动力学行为. 由数值模拟得到了系统在不同参数条件下的周期簇发解和混沌吸引子. 通过引入快慢分析法,从分岔的角度,以周期解为例, 对系统动力学行为产生的机理及其演化规律进行了理论分析和解释, 其结论与数值计算的结果基本符合.     

广义BVP电路系统的振荡行为及其非光滑分岔机理

探讨了具有分段线性特性的广义BVP电路系统随参数变化的复杂动力学演化过程. 其非光滑分界面将相空间划分成不同的区域, 分析了各区域中平衡点的稳定性, 得到其相应的简单分岔和Hopf分岔的临界条件. 给出了不同分界面处广义Jacobian矩阵特征值随辅助参数变化的分布情况, 讨论了分界面处系统可能存在的分岔行为, 指出当广义特征值穿越虚轴时可能引起Hopf分岔, 导致系统由周期振荡转变为概周期振荡, 而当出现零特征值时则导致系统的振荡在不同平衡点之间转换. 针对系统的两种典型振荡行为, 结合数值模拟验证了理论分析的结果.     

脉冲作用下Chen系统的非光滑分岔分析

研究了脉冲作用下Chen系统的复杂动力学行为. 对脉冲作用下的Chen系统进行了非光滑分岔分析. 该系统可经级联倍周期分岔到达混沌, 也可由周期解经鞍结分岔直接到达混沌. 最后通过Floquet理论揭示了该系统周期解的非光滑分岔机理.     

切换电路系统的复杂行为及其机理

建立了不同类型Jerk电路之间存在开关的切换电路系统．基于平衡态分析,指出随参数的变化,两子系统分别存在着稳定的焦点以及由Hopf分岔导致其失稳而产生的周期振荡．考察了开关周期切换引起的各种复杂行为,分别给出了点／环和环／环切换周期振荡现象及其相应的产生机理．在不同的切换振荡过程中,切换点的数目随参数的变化会产生倍化序列,导致系统由倍周期分岔进入混沌,同时,由于参数的变化影响着子系统周期振荡的幅值,进而引起整个切换系统吸引子结构的变化．     

复合Ginzburg-Landau方程的动力学行为分析

目前对非线性波动方程的研究大都仅限于静态波解,即所考虑的波解的波速、振幅、波宽都是不变的,考虑动态波解,以复合Ginzburg-Landau(CGLE)方程为研究对象,探讨其动力学行为.在假设示性函数的基础上,所研究的无穷维耗散系统转化为三维向量场,给出了简单分岔和Hopf分岔存在的条件,揭示了系统平衡点和极限环随系统参数的变化规律,分析了参数平面的不同区域中系统的相图特性,得到系统存在两种不同频率的周期解,此外还数值模拟了系统由倍周期分岔导致混沌的过程,揭示了系统的复杂性.