运动光学晶格中Bose-Einstein凝聚的混沌

利用Lyapunov指数和分岔图研究了运动光学晶格中的Bose-Einstein condensate(BEC)粒子数密度的时空演化.数值分析了从周期运动改变到混沌运动的各种吸引子及相应的时间变化图,本文从理论上和数值模拟上来研究BEC的混沌性质.     

弹簧车摆的动力学模拟研究

弹簧牵引下的车摆模型是一个复杂的不可积非线性动力学体系,采用牛顿力学定律建立了车摆模型的动力学方程,运用Matlab软件进行计算机数值模拟并详细讨论了车摆模型中小球和车随时间动力学演化过程和运动特征。研究发现摆球的运动在多数情况下是混沌的,同时也会出现拟周期运动,并在一定范围内出现混沌和拟周期运动并存且交替变化的阵发性混沌运动现象。直观描绘出摆球运动中轨迹图、相图、时域图对下落角度初始值的极端敏感依赖性。通过数值模拟处理不可积系统得到的计算结果为车摆相关模型的物理教学和研究提供参考依据。     

非线性动力系统分岔图中的暗线

基于非线性动力系统混沌运动的回归特性，构造了一种对分岔图中穿过混沌区的暗线进行研究的数值回归算法。运用该算法求得抛物线映射的暗线，并与通过暗线方程精确求得的暗线进行比较，验证了算法的有效性。对Brussel振子系统和分段线性单级齿轮动力系统的暗线进行了研究。通过对非线性动力系统分岔图中暗线的研究，由其切点可以得到嵌在混沌区中的周期窗口，由其交点可以得到混沌吸引子的激变点。研究结果表明该算法有助于分析系统的动力学行为和控制混沌运动。     

玻色-爱因斯坦凝聚体系中的混沌隧穿行为

研究了双势阱玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)系统在外加周期调制下的混沌相变过程,着重讨论了混沌现象对BEC系统隧穿的影响.当外加调制频率与系统固有频率达到共振时,相平面会出现不稳定现象,即混沌现象.在量子情况下,研究了系统的Husimi函数随时间的演化.研究发现：当混沌现象出现时,系统中粒子间相互作用增大,使得混沌区域扩大,进而引起混沌辅助隧穿程度的变化. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 混沌 隧穿     

一类非线性相对转动系统的组合共振分岔与混沌

研究一类具有异宿轨道的非线性相对转动系统的分岔与混沌运动. 应用耗散系统的拉格朗日方程建立一类组合谐波激励作用下非线性相对转动系统的动力学方程. 利用多尺度法求解相对转动系统发生组合共振时满足的分岔响应方程并进行奇异性分析, 得到了系统稳态响应的转迁集. 根据相对转动系统异宿轨道参数方程, 求解了异宿轨道的Melnikov函数, 并给出了系统发生Smale马蹄变换意义下混沌的临界条件. 最后采用数值方法, 通过分岔图, 最大Lyapunov指数图, 相轨迹图和庞加莱截面图研究系统参数对混沌运动的影响.     

分数阶Lorenz系统的分析及电路实现

频域传递函数近似方法不仅是常用的 分数阶混沌系统相轨迹的数值分析方法之一, 而且也是设计分数阶混沌系统电路的主要方法. 应用该方法首先研究了分数阶Lorenz系统的混沌特性, 通过对Lyapunov指数图、分岔图和数值仿真分析, 发现了其较为丰富的动态特性, 即当分数阶次从0.7到0.9以步长0.1变化时, 该分数阶Lorenz系统既存在混沌特性, 又存在周期特性, 从数值分析上说明了在更低维的Lorenz系统中存在着混沌现象. 然后又基于该方法和整数阶混沌电路的设计方法, 设计了一个模拟电路实现了该分数阶Lorenz系统, 电路中的电阻和电容等数值是由系统参数和频域传递函数近似确定的. 通过示波器观测到了该分数阶Lorenz系统的混沌吸引子和周期吸引子的相轨迹图, 这些电路实验结果与数值仿真分析是一致的, 进一步从物理实现上说明了其混沌特性. 关键词： 分数阶系统 Lorenz系统 分岔分析 电路实现     

超混沌Lorenz系统

对Lorenz系统添加一个非线性控制器，使之构成四维超混沌Lorenz系统.利用分岔图、Lyapunov指数谱及相图分析方法，研究了超混沌Lorenz系统的运动规律.数值模拟结果表明：新引入参数处于不同取值范围时，超混沌Lorenz系统可以分别呈现收敛、发散、周期、混沌及超混沌动力学行为. 关键词： Lorenz系统 超混沌 Lyapunov指数 分岔     

双δ激光脉冲作用下Paul阱中单离子的规则与混沌运动

考虑赝势近似下囚禁于Paul阱中的单离子与双δ脉冲型周期势相互作用系统的规则与混沌运动.应用积分方程方法得到系统的经典运动精确解,通过数值方法作出相空间轨道图和平均能量的时间演化曲线.结合分析与数值结果,发现两个有趣的结论.即在离子与单δ脉冲作用出现共振失稳的情形,在双δ脉冲作用下却出现了稳定的规则运动;离子随着双δ脉冲中两个脉冲之间的时间间隔减小而由规则运动转为混沌运动,其平均能量扩散的快慢与混沌运动的混乱程度相关.还研究了系统的共振失稳,发现通过调节激光波矢可以控制这种不稳定性.     

双δ激光脉冲作用下Paul阱中单离子的规则与混沌运动

考虑赝势近似下囚禁于Paul阱中的单离子与双δ脉冲型周期势相互作用系统的规则与混沌运动.应用积分方程方法得到系统的经典运动精确解,通过数值方法作出相空间轨道图和平均能量的时间演化曲线.结合分析与数值结果,发现两个有趣的结论.即在离子与单δ脉冲作用出现共振失稳的情形,在双δ脉冲作用下却出现了稳定的规则运动;离子随着双δ脉冲中两个脉冲之间的时间间隔减小而由规则运动转为混沌运动,其平均能量扩散的快慢与混沌运动的混乱程度相关.还研究了系统的共振失稳,发现通过 关键词： 双δ脉冲 囚禁离子 精确解 混沌     

一种具有隐藏吸引子的分数阶混沌系统的动力学分析及有限时间同步

对于具有隐藏吸引子的混沌系统,既有文献大多只针对整数阶系统进行分析与控制研究.基于Sprott E系统,构建了仅有一个稳定平衡点的分数阶混沌系统,通过相位图、Poincare映射和功率谱等,分析了该系统的基本动力学特征.结果显示,该系统展现出了丰富而复杂的动力学特性,且通过随阶次变化的分岔图可知,系统在不同阶次下呈现出周期运动、倍周期运动和混沌运动等状态,这些动力学特征对于保密通信等实际工程领域有重要的研究价值.针对该具有隐藏吸引子的分数阶系统,应用分数阶系统有限时间稳定性理论设计控制器,对系统进行有限时间同步控制,并通过数值仿真验证了其有效性.     

有界噪声与谐和激励联合作用下Duffing-Rayleigh振子的Melnikov混沌

研究了有界噪声与谐和激励作用下的Duffing-Rayleigh振子的动力学行为.首先运用随机Melnikov过程方法得到系统出现混沌的条件,结果表明随着非线性阻尼参数的增加系统会从混沌运动到周期运动,随着Wiener过程强度参数的增加,系统由混沌进入周期的临界幅值会先递增后不变.最后,用两类数值方法即最大Lyapunov指数与Poincare截面验证了上述结果. 关键词： 有界噪声 随机Melnikov过程 混沌运动 周期运动     

混沌系统的辅助参考反馈控制

研究了保守系统混沌运动的控制问题．在线性反馈控制方法的基础上提出了一种新的控制方法——辅助参考反馈法,给出了控制参数的选择原则,适当调整反馈系数和参考项即可以得到不同的周期轨道．数值研究证明了该方法能够有效地控制耗散混沌系统和保守系统,同时周期窗口在弱噪声干扰下具有很强的鲁棒性． 关键词：     

谐振子势阱囚禁玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚

基于Thomas-Fermi半经典近似方法研究了谐振子势阱约束下任意维理想玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)．导出了玻色气体的BEC转变温度、基态粒子占据比例、内能和热容量等物理量的解析表达式,讨论了空间维度和谐振子势阱的影响．以二维和三维玻色系统为例,数值计算了上述热力学量,并与解析结果进行了对比,二者获得了较好的吻合．     

谐和激励与有界噪声作用下具有同宿和异宿轨道的Duffing振子的混沌运动

研究了具有同宿轨道、异宿轨道的双势阱Duffing振子在谐和激励与有界噪声摄动下的混沌运动.基于同宿分叉和异宿分叉，由Melnikov理论推导了系统出现混沌运动的必要条件及出现分形边界的充分条件.结果表明：当Wiener过程的强度参数大于某一临界值时，噪声增大了诱发混沌运动的有界噪声的临界幅值，相应地缩小了参数空间的混沌域，且产生混沌运动的临界幅值随着噪声强度的增大而增大.同时数值计算了最大Lyapunov指数，由最大Lyapunov指数为零从另一角度得到了系统出现混沌运动的有界噪声的临界幅值，发现在Wi 关键词： 混沌 同宿和异宿分叉 随机Melnikov方法 最大Lyapunov指数     

环形运动势搅拌下偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的von Kármán涡街

数值研究了偶极玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate, BEC)在环形运动高斯势搅拌时的动力学行为.当高斯势运动速度和尺寸逐渐变化时,偶极BEC中将出现稳定层流、涡旋偶极子、Bénard–von Kármán(BvK)涡街以及混乱激发4种模式.结果表明高斯势在偶极BEC中圆周运动时产生涡街的条件非常苛刻,只有适当尺寸的高斯势以合适的速度运动时,尾流中周期性脱落的具有相同旋量的涡旋对稳定的分布在内外两个圆环上,形成BvK涡街.在实验参数下进行系统数值计算得到了不同偶极相互作用时的相图,讨论了偶极相互作用以及高斯势速度和尺寸对不同激发模式的影响.通过高斯势所受拖拽力的计算,分析了不同激发的物理学机制.     

空气阻力对完全非弹性蹦球动力学行为的影响

一个在振动台面上蹦跳的小球具有复杂的运动形式，如倍周期分岔和混沌．如果球与台面间的碰撞是完全非弹性的，则球的运动是倍周期的，不存在混沌．在分岔相图中，鞍一结不稳定性引入“平台”结构，同时存在倍周期轨道的密集区．这里将研究空气的黏滞阻力对完全非弹性蹦球动力学行为的影响．分析表明，空气阻力很弱时，分岔序列不受影响，但分岔点的数值变大，“平台”和密集区加宽．空气阻力较大时，“平台”与密集区重叠．重叠区内原有产生倍周期运动的机理被破坏，球的运动是混沌的．     

混沌运动的数值特征

 混沌,被誉为继相对论和量子力学之后的本世纪最重要的科学发现之一,它揭示了自然界及人类社会中普遍存在的复杂性,加深了人们对客观世界的认识。混沌理论及应用是一个具有广阔前景的前沿课题和学术热点,并逐渐成为一门新兴的产业,显示出巨大的经济效益和优越性。因此,研究混沌运动有着重大的理论和现实意义。一、计算机是研究混沌运动的有力工具因为混沌运动十分复杂,在研究和模拟混沌运动的过程中,不但要进行大量的数值计算,而且要将计算结果直观地展示出来以便观察混沌现象,完成这一任务非计算机不可。     

环形腔中激光振荡输出的横向斑图及向光学湍流的转变

在研究环形腔中激光振荡输出的分岔与混沌的基础上,采用耦合映象格子模型研究了其空间扩展系统的横向效应.数值模拟表明,随着参数的改变,空间扩展系统由均匀稳态、行波解向时空混沌演化.在一定的参数条件下,空间扩展系统从光场取入射平面波(均匀分布)开始,经对称破缺向光学湍流转变. 关键词： 横向斑图 时空混沌 湍流 数值模拟     

一个新混沌系统及其电路仿真

提出了一个新的三维自治混沌系统,并对系统的基本动力学特性进行了深入研究, 得到系统的Lyapunov指数和维数,给出了系统数值仿真图、Poincaré 映射图、Lyapunov指数谱和分岔图, 重点分析了不同参数变化对系统动力学行为的影响.最后,设计了该混沌系统的硬件电路并运用Multisim软件 对该电路进行仿真实现,数值仿真和电路仿真证实了该混沌系统与以往发现的混沌系统并不拓朴等价, 是一个新的混沌系统.     

电光双稳态系统的混沌特性分析

从理论上分析了电光双稳态系统的稳定性,通过图解方式研究了各不动点的稳定性.用数值求解的方法,确定了分岔点的具体位置,分析了该系统是经过倍周期分岔和阵发混沌途径产生混沌.数值模拟由系统状态随参量变化的分岔图和最大李雅普诺夫指数随参量的变化关系,表明本文的理论分析结果是完全自洽的.