有界噪声和谐和激励联合作用下一类非线性系统的混沌研究

研究一类有界噪声和谐和激励联合作用下的非线性系统,首先用多尺度方法将该系统约化,针对约化后的平均系统,利用随机Melnikov过程方法结合均方值准则导出随机系统可能产生混沌运动的临界条件,结果表明在一定的参数范围内,随着Weiner过程强度参数值的增大,混沌的临界激励幅值先递减继而递增. 同时,用两类数值方法即最大Lyapunov指数法和Poincare截面法验证了解析结果. 关键词：有界噪声多尺度随机Melnikov过程混沌     

一类含三势阱Mathieu-Duffing振子的相对转动系统的分岔和混沌

建立了一类具有三势阱Mathieu-Duffing振子的两质量相对转动系统的非线性动力学方程.应用多尺度法和奇异性理论分析该系统在非自治情况下的余维3分岔特性.利用Melnikov方法获得系统在Smale马蹄意义下混沌的阈值.最后通过数值仿真,研究了系统的混沌行为和安全盆分岔,得到安全盆被侵蚀的过程与系统通向混沌的过程之间密切联系.     

非高斯噪声激励下FitzHugh-Nagumo神经元系统的随机共振

研究了乘性非高斯噪声和加性高斯白噪声共同激励下FitzHugh-Nagumo(FHN) 神经元系统的随机共振问题. 利用路径积分法和两态模型理论, 推导出系统信噪比的表达式. 研究结果表明: 系统参数在不同的取值条件下, FHN神经元模型出现了随机共振和双重随机共振现象. 此外, 非高斯参数q在不同的取值条件下, 乘性噪声强度和加性噪声强度对信噪比的影响是不同的. 非高斯噪声的加入有利于增强FHN神经元系统的信号响应.     

三态噪声激励下分数阶耦合系统的随机共振现象

为了刻画在黏弹性介质中具有质量涨落的耦合粒子的运动行为,本文提出了相应模型,即三态噪声激励下的分数阶耦合系统.利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换,发现了粒子间的统计同步性,并得到了系统输出幅值增益的解析表达.在此基础上,针对模型涉及的关键要素,即耦合系统、分数阶系统和三态噪声,着重分析了耦合系数、系统阶数和噪声稳态转移概率对系统输出幅值增益的广义随机共振现象的影响,并给出了合理解释.具体地说,1)随着耦合系数的增大,共振现象将先增强后减弱,直至收敛.该现象表明适当的耦合作用能够促进系统共振现象的产生,体现了研究耦合系统的重要性.2)随着系统阶数的增大,共振现象将逐渐减弱.当系统阶数取值为1,即系统退化为整数阶系统时,其输出幅值增益的峰值最小,该现象说明分数阶系统能比传统整数阶系统得到更大的输出幅值增益.3)噪声稳态转移概率对系统输出幅值增益的影响会随着与之相关的其他参数的变化而变化.在一定参数条件下,三态噪声不仅能够使系统输出幅值获得比双态噪声激励时更大的增益,还能改变系统的共振类型.最后,通过数值仿真验证了上述结果的正确性.     

乘性色噪声激励下三稳态van der Pol-Duffing振子随机P-分岔

研究了乘性色噪声作用下三稳态van der Pol-Duffing振子的随机P-分岔问题. 首先应用随机平均法得到系统振动幅值稳态概率密度函数的表达式, 进而应用奇异性理论, 得到刻画随机P-分岔发生的临界参数条件的转迁集以及系统存在的典型稳态概率密度曲线, 并通过Monte-Carlo数值模拟进行了验证. 以此为基础讨论了噪声强度、相关时间、系统线性阻尼系数对随机P-分岔和系统稳态响应行为的影响.     

随机激励下二自由度碰撞振动系统的响应分析

研究了一类二自由度碰撞振动系统在随机噪声激励下的响应问题.展示了这种非光滑系统在倍周期分岔通向混沌的道路中存在的擦边分岔行为.通过定义一种随机响应的度量,讨论了随机噪声对于系统响应的影响,并发现在某些参数条件下,随机噪声对于系统响应的影响是明显的,甚至改变了运动的性质.数值模拟表明此法是研究噪声激励下非光滑系统响应的一种有效方法.关键词：非光滑系统二自由度碰撞振动系统擦边分岔倍周期分岔     

二值噪声激励下欠阻尼周期势系统的随机共振

研究了二值噪声和周期信号共同激励下欠阻尼周期势系统的随机共振. 利用随机能量法计算了系统的平均输入能量和平均输出信号的振幅和相位差, 讨论了二值噪声对随机共振的影响. 发现随着噪声强度的增大, 平均输入能量曲线存在一个极小值和一个极大值, 系统出现先抑制后共振的现象; 同时, 系统信噪比曲线随噪声强度的增加出现单峰现象, 说明系统存在随机共振现象.     

Lévy稳定噪声激励下的Duffing-van der Pol振子的随机分岔

研究了Lévy稳定噪声激励下的双稳Duffing-van der Pol振子,利用Monte Carlo方法,得到了振幅的稳态概率密度函数.分析了Lévy稳定噪声的强度和稳定指数对概率密度函数的影响,通过稳态概率密度的性质变化,讨论了噪声振子的随机分岔现象,发现了不仅系统参数和噪声强度可以视为分岔参数,Lévy噪声的稳定指数 α 的改变也能诱导系统出现随机分岔现象.关键词：Lévy稳定噪声Duffing-van der Pol振子稳态概率密度函数随机分岔     

横向补给系统高架索的稳定性与分岔研究

考虑集中质量对系统动力学行为的影响,建立了横向补给系统高架索振动的理论模型.利用Galerkin方法和多尺度方法对动力学方程进行渐近分析.通过对系统Jacobi矩阵特征值的讨论,分析了系统的稳定性.根据系统渐近解的消除永年项条件,得到了系统的振幅分岔方程.借助Mathematica软件,对系统的局部分岔行为进行研究,得到了系统的转迁集以及相应的局部分岔图,研究表明横向补给系统高架索的振动中存在的多种分岔现象.     

周期混合信号和噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振

研究了周期混合信号和关联的乘性和加性噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振现象.运用两态理论,给出了基频和高阶谐频信噪比的理论结果.发现对于基频和高阶谐频情形下均出现随机共振,并且高阶谐频存在抑制现象.同时研究了非对称系数和噪声强度以及噪声之间关联强度对信噪比的影响.     

Nonlinear analysis of a maglev system with time-delayed feedback control

This paper undertakes a nonlinear analysis of a model for a maglev system with time-delayed feedback. Using linear analysis, we determine constraints on the feedback control gains and the time delay which ensure stability of the maglev system. We then show that a Hopf bifurcation occurs at the linear stability boundary. To gain insight into the periodic motion which arises from the Hopf bifurcation, we use the method of multiple scales on the nonlinear model. This analysis shows that for practical operating ranges, the maglev system undergoes both subcritical and supercritical bifurcations, which give rise to unstable and stable limit cycles respectively. Numerical simulations confirm the theoretical results and indicate that unstable limit cycles may coexist with the stable equilibrium state. This means that large enough perturbations may cause instability in the system even if the feedback gains are such that the linear theory predicts that the equilibrium state is stable.     

多平衡态下簇发振荡产生机理及吸引子结构分析

以周期激励下受控Lorenz模型为例, 考察了多平衡态共存下激励频率与系统固有频率之间存在量级差距也即存在频域上的不同尺度时的耦合效应. 由于激励频率远小于系统的固有频率, 因此将整个激励项视为慢变参数, 分析随慢变参数变化下的各种分岔模式及其相应的分岔行为, 指出在一定条件下, 不同平衡点会产生Hopf分岔和fold分岔. 根据分岔条件的不同, 给出了两种典型情况下的簇发振荡, 并通过引入转换相图, 揭示了不同簇发的产生机理, 指出多平衡态和多种分岔共存不仅会导致沉寂态和激发态的多样性, 而且会使得不同沉寂态和激发态之间存在着不同的转换形式.     

三自由度含间隙碰撞振动系统Neimark-Sacker分岔的反控制

分岔反控制作为传统分岔控制的逆问题, 其目的是在预先指定的系统参数点通过控制主动设计出具有所期望特性的分岔解. 以一类三自由度含间隙双面碰撞振动系统为研究对象, 在不改变原系统平衡解结构的前提下, 考虑到在碰撞振动系统反控制过程中由Poincaré映射的隐式特点和传统的映射Neimark-Sacker分岔临界准则带来的困难, 通过对原系统施加线性反馈控制器并利用不直接依赖于特征值计算的Neimark-Sacker分岔显式临界准则研究了此系统的分岔反控制问题. 首先对原系统施加线性反馈控制, 建立闭环控制系统的六维Poincaré映射. 由于六维映射的雅克比矩阵的特征值没有解析的表达式, 利用高维映射Neimark-Sacker分岔的显式临界准则, 获得了系统出现拟周期碰撞振动运动的控制参数区域. 然后采用中心流形-正则形方法分析了拟周期分岔解的稳定性. 数值仿真结果表明本文方法可以在指定的系统参数点通过控制设计出稳定的拟周期碰撞运动.     

随机Duffing单边约束系统的倍周期分岔

通过引进平均约束面和平均跃变方程对随机约束系统的约束条件进行处理,把研究随机光滑系统倍周期分岔的Chebyshev多项式逼近的方法运用到随机非光滑系统中,数值研究表明随机Duffing单边约束系统同样存在丰富的倍周期分岔现象,Chebyshev多项式逼近是研究带有约束的随机非光滑动力系统的有效方法. 关键词：非光滑动力系统随机Duffing系统Chebyshev多项式倍周期分岔     

基于Chebyshev多项式逼近的随机 van der Pol系统的倍周期分岔分析

应用 Chebyshev 多项式逼近法研究了谐和激励作用下具有随机参数的随机van der Pol系统 的倍周期分岔现象.随机系统首先被转化成等价的确定性系统,然后通过数值方法求得响应 ,借此探索了随机van der Pol系统丰富的随机倍周期分岔现象.数值模拟显示随机van der Pol 系统存在与确定性系统极为相似的倍周期分岔行为,但受随机因素的影响,又有与之不 同之处.数值结果表明,Chebyshev 多项式逼近是研究非线性系统动力学问题的一种新的有 效方法.关键词：Chebyshev 多项式随机van der Pol 系统倍周期分岔     

Stochastic responses of Duffing–Van der Pol vibro-impact system under additive colored noise excitation

A response analysis procedure is developed for a vibro-impact system excited by colored noise. The non-smooth transformation is used to convert the vibro-impact system into a new system without impact term. With the help of the modified quasi-conservative averaging, the total energy of the new system can be approximated as a Markov process, and the stationary probability density function （PDF） of the total energy is derived. The response PDFs of the original system are obtained using the analytical solution of the stationary PDF of the total energy. The validity of the theoretical results is tested through comparison with the corresponding simulation results. Moreover, stochastic bifurcations are also explored.     

Stochastic period-doubling bifurcation analysis of a Rssler system with a bounded random parameter

This paper aims to study the stochastic period-doubling bifurcation of the three-dimensional Rssler system with an arch-like bounded random parameter. First, we transform the stochastic Rssler system into its equivalent deterministic one in the sense of minimal residual error by the Chebyshev polynomial approximation method. Then, we explore the dynamical behaviour of the stochastic Rssler system through its equivalent deterministic system by numerical simulations. The numerical results show that some stochastic period-doubling bifurcation, akin to the conventional one in the deterministic case, may also appear in the stochastic Rssler system. In addition, we also examine the influence of the random parameter intensity on bifurcation phenomena in the stochastic Rssler system.