快慢型超混沌Lorenz系统分析

讨论了快慢两时间尺度下超混沌Lorenz系统原点的稳定性问题,分析了原点的Hopf分岔,包括Hopf分岔的存在性,分岔方向以及分岔周期解的稳定性等问题,并用数值例子对所得到的结果加以验证.在一定的参数条件下,快慢系统会产生对称簇发并能达到超混沌状态.基于快慢分析法,揭示了对称簇发中沉寂态与激发态相互转迁的不同分岔模式,并进一步分析了耦合强度对慢过效应的影响. 关键词： 超混沌Lorenz系统 Hopf分岔 对称式fold/subHopf簇发 慢过效应     

具有多分界面的非线性电路中的非光滑分岔

本文分析了具有多分界面的非线性电路在不同时间尺度下的快慢动力学行为. 在一定的参数条件下,系统的周期解为簇发解,表现出明显的快慢效应. 根据状态变量变化的快慢,把全系统划分为快子系统和慢子系统两组. 根据快慢分析法将慢变量看作快子系统的控制参数,分析了快子系统的平衡点在向量场不同区域内的稳定性. 非光滑系统的分岔与向量场的分界面密切相关,对于具有快慢效应的两时间尺度非光滑系统,快子系统的分岔则取决于分界面两侧平衡点的性质. 通过在临界面引入广义Jacobi矩阵,讨论了快子系统非光滑分岔的类型,即多次穿越分 关键词： 非线性电路 多分界面 非光滑分岔 快慢效应     

周期激励下Chen系统的簇发现象分析

对于周期激励下的Chen系统,当激励项的频率和原系统的固有频率存在量级上的差异时,系统表现出两个时间尺度下的动力学行为.首先,将激励项作为一个变量对系统进行了分岔分析.然后应用快慢分析法探讨了在不同的参数条件下,激励项周期变化时产生的对称式折叠簇发、对称式亚临界Hopf簇发、对称式Hopf-同宿簇发现象及其产生机制.同时还讨论了激励幅值和频率对系统不同簇发的影响.     

多分界面下四维蔡氏电路的张弛簇发及其机制研究

在经典蔡氏电路的基础上,引入反馈元件,建立了包含多个分界面的四维广义蔡氏电路.在适当的参数条件下,状态变量之间会存在量级上的差距,从而构成了包含两个时间尺度的快慢耦合系统.分析了快子系统的平衡点及其性质,进而利用微分包含理论,探讨了不同的非光滑分界面上的奇异性.给出了系统在两组参数条件下的不同周期簇发行为,应用快慢分析法探讨了系统轨迹在经过多个分界面时的特殊簇发现象,揭示了多吸引子共存时不同的簇发行为的形成机理以及非光滑分岔对簇发行为的影响.     

广义Chua电路簇发现象及其分岔机理

通过引入由电感和电阻组成的控制电路模块,并适当选定参数,建立了具有快慢效应的四阶广义Chua电路的模型.探讨了快子系统随慢变量变化产生fold分岔及Hopf分岔的条件,进而探讨了整个系统的动力学演化过程,重点分析了系统中存在的各种快慢效应,给出了两种典型的对称式fold/fold和fold/Hopf周期簇发现象及其相应的分岔机制,从分岔的角度,指出了两种簇发现象的本质区别. 关键词： 广义Chua电路系统 簇发 静息态 激发态     

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.     

两时间尺度下非光滑广义蔡氏电路系统的簇发振荡机理

通过引入周期变化的电流源并选择适当参数, 使得周期激励频率与系统固有频率之间存在量级差距, 建立了两时间尺度即快慢耦合非光滑广义蔡氏电路模型. 基于相应的广义自治系统, 考察了其不同区域中的平衡态及其稳定性, 得到了不同分岔行为及其相应的临界条件. 同时, 利用广义Clarke导数得到的广义Jacobian矩阵, 探讨了系统轨迹穿越非光滑分界面时的各种非常规分岔模式, 进而结合广义相图, 深入分析了Fold/Fold周期簇发振荡以及Fold/Hopf周期簇 发振荡两种典型的周期簇发行为及其相应的分岔机制. 关键词： 非光滑 广义蔡氏电路 两时间尺度 分岔机制     

广义Chua电路簇发现象及其分岔机理

通过引入由电感和电阻组成的控制电路模块,并适当选定参数,建立了具有快慢效应的四阶广义Chua电路的模型.探讨了快子系统随慢变量变化产生fold分岔及Hopf分岔的条件,进而探讨了整个系统的动力学演化过程,重点分析了系统中存在的各种快慢效应,给出了两种典型的对称式fold/fold和fold/Hopf周期簇发现象及其相应的分岔机制,从分岔的角度,指出了两种簇发现象的本质区别.     

分段Filippov系统的簇发振荡及擦边运动机理

本文旨在揭示非光滑Filippov系统中由频域上不同尺度耦合导致的簇发振荡行为及其产生机理.以经典的周期激励Duffing振子为例,通过引入对状态变量的分段控制及适当选取参数,使得激励频率与系统固有频率之间存在量级差距,建立了频域两尺度耦合的Filippov系统.当激励频率远小于系统的固有频率时,可以将整个激励项视为慢变参数或慢变子系统,从而得到广义自治快子系统.分析了由非光滑分界面划分的不同区域中各快子系统的平衡点及其分岔特性随慢变参数变化的演化过程.考察了两种典型参数条件下系统的振荡行为及其动力学特性,指出参数变化不仅会引起其相应子系统平衡曲线及其分岔特性的改变,也会导致不同模式的簇发振荡.同时,轨迹穿越非光滑分界面时会产生不同的动力学行为,特别是在一定参数条件下,由于运动轨迹受不同子系统的交替控制,存在着擦边运动现象,从而导致特殊形式的非光滑簇发振荡.基于转换相图及各区域中快子系统的平衡曲线及其分岔特性,揭示了非光滑分界面对系统簇发振荡的影响规律及不同簇发振荡的分岔机理.     

非对称型簇发振荡吸引子结构及其机理分析

旨在揭示频域不同尺度耦合时非对称动力系统簇发振荡的特点及其分岔机理,并进一步揭示快子系统多平衡点共存导致的不同簇发模式及其产生原因.以经典的蔡氏振子为例,通过引入非对称控制项及周期变化的电流源,选取适当参数,构建存在频域两尺度耦合的非对称动力系统模型.当周期激励频率远小于系统的固有频率时,将整个周期激励项视为慢变参数,得到随慢变参数变化的快子系统平衡曲线及其不同的分岔点以及分岔行为.重点分析了三种不同周期激励幅值下典型的非对称簇发振荡及吸引子结构,揭示其相应的产生机理.指出外激励幅值的变化不仅会引起不同稳定平衡点吸引域的变化,也会使得慢变量穿越不同分岔点的时间间隔发生变化,导致系统产生不同形式的簇发振荡.     

Symmetric bursting behaviour in non-smooth Chua’s circuit

<正>The dynamics of a non-smooth electric circuit with an order gap between its parameters is investigated in this paper.Different types of symmetric bursting phenomena can be observed in numerical simulations.Their dynamical behaviours are discussed by means of slow-fast analysis.Furthermore,the generalized Jacobian matrix at the non-smooth boundaries is introduced to explore the bifurcation mechanism for the bursting solutions,which can also be used to account for the evolution of the complicated structures of the phase portraits.With the variation of the parameter,the periodic symmetric bursting can evolve into chaotic symmetric bursting via period-doubling bifurcation.     

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.     

铂族金属氧化过程中的簇发振荡及其诱发机理

铂族金属表面氧化过程是典型的多相催化反应之一, 具有广泛的应用背景及丰富的振荡行为, 因此深入研究铂族金属的氧化中的物理及化学过程具有重要的理论意义及工程应用前景. 通过对铂族金属CO的氧化过程中实测数据的回归分析, 建立了不同尺度耦合解析动力学理论模型. 通过对平衡态的稳定性分析, 指出在一定条件下稳态解会由鞍-结同宿轨道分岔导致周期振荡. 当快子系统产生Hopf分岔时, 该周期振荡会进一步演化为两尺度耦合的周期簇发振荡, 即N^k振荡, 并由加周期分岔使得系统处于激发态的时间显著增加.在此基础上, 利用分岔理论进一步分析了周期簇发及加周期分岔的产生机理, 揭示了周期簇发中沉寂态和激发态相互转化时的不同分岔模式.     

Symmetric bursting of focus-focus type in the controlled Lorenz system with two time scales

By employing a special feedback controlling scheme, a hyperchaotic Lorenz system with the structure of two time scales is constructed. Two kinds of bursting phenomena, symmetric fold/fold bursting and symmetric sub-Hopf/sub-Hopf bursting, can be observed in this system. Their respective dynamical behaviors are investigated by means of slow-fast analysis. In particular, symmetric fold/fold bursting is of focus-focus type, namely, both the up-state and the down-state are stable focus, which is different from the usual fold/fold bursting; Symmetric sub-Hopf/sub-Hopf bursting is also of focus-focus type, which has not been reported in previous work. Furthermore, phase plane analysis has been introduced to explore the evolution details of the fast subsystem for symmetric sub-Hopf/sub-Hopf bursting. With the variation of the parameter, symmetric sub-Hopf/sub-Hopf bursting can evolve to symmetric chaotic bursting or even hyperchaos.     

Exact Helically Symmetric Plasma Equilibria

The global helically symmetric plasma equilibria are derived as exact solutions to the JFKO equation. The obtained plasma equilibria model astrophysical jets and provide a helically symmetric counterexample to the well-known Parker theorem.     

Routes to bursting in a periodically driven oscillator

The dynamical behaviors of a periodic excited oscillator with multiple time scales in the form that order gap exists between the frequency of the excitation and the natural frequency, are investigated in this Letter. By regarding the whole excitation term as a parameter, bifurcation sets are derived, which divide the generalized parameter space into several regions corresponding to different kinds of dynamics. Different types of bursting phenomena, such as fold/Hopf bursting, fold/Hopf/homoclinic bursting and Hopf/homoclinic bursting, are presented, the mechanism of which is obtained based on the bifurcations of the generalized autonomous system as well as the introduction of the so-called transformed phase portraits. Furthermore, the evolution of the bursting is discussed in details, in which one may find that when the two limit cycles caused by the Hopf bifurcations of the two related equilibrium points interact with each other, homoclinic bifurcation may occur, leading to the merge of the two cycles to form a large amplitude cycle. The homoclinic bifurcation may cause the two asymmetric bursters to merge into a symmetric enlarged burster, in which the large amplitude of the spiking state agrees well with the amplitude of the cycle caused by the homoclinic bifurcation.     

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.     

Multirhythmic bursting

A complex modeled bursting neuron [C. C. Canavier, J. W. Clark, and J. H. Byrne, J. Neurophysiol. 66, 2107-2124 (1991)] has been shown to possess seven coexisting limit cycle solutions at a given parameter set [Canavier et al., J. Neurophysiol 69, 2252-2259 (1993); 72, 872-882 (1994)]. These solutions are unique in that the limit cycles are concentric in the space of the slow variables. We examine the origin of these solutions using a minimal 4-variable bursting cell model. Poincare maps are constructed using a saddle-node bifurcation of a fast subsystem such as our Poincare section. This bifurcation defines a threshold between the active and silent phases of the burst cycle in the space of the slow variables. The maps identify parameter spaces with single limit cycles, multiple limit cycles, and two types of chaotic bursting. To investigate the dynamical features which underlie the unique shape of the maps, the maps are further decomposed into two submaps which describe the solution trajectories during the active and silent phases of a single burst. From these findings we postulate several necessary criteria for a bursting model to possess multiple stable concentric limit cycles. These criteria are demonstrated in a generalized 3-variable model. Finally, using a less direct numerical procedure, similar return maps are calculated for the original complex model [C. C. Canavier, J. W. Clark, and J. H. Byrne, J. Neurophysiol. 66, 2107-2124 (1991)], with the resulting mappings appearing qualitatively similar to those of our 4-variable model. These multistable concentric bursting solutions cannot occur in a bursting model with one slow variable. This type of multistability arises when a bursting system has two or more slow variables and is viewed as an essentially second-order system which receives discrete perturbations in a state-dependent manner. (c) 1998 American Institute of Physics.