van der Pol系统极限环幅值的时滞控制

对含有时滞位移和时滞速度的van der Pol方程进行了研究,着重研究了时滞参数对van der Pol方程极限环幅值的影响．首先采用摄动法从理论上推导出极限环幅值与时滞参数之间的关系,分析时滞参数对幅值大小的影响,并着重讨论了不改变振动频率情况下对幅值的控制．最后用数值计算的方法验证了理论计算结果,结果表明数值计算结果与理论结果相当吻合．     

Qi系统的Hopf分叉分析与幅值控制

通过非线性状态反馈,不改变Hopf分叉点,实现对四维Qi系统极限环的幅值控制．推导出Qi系统在第一类非零平衡点上产生Hopf分叉的条件,绘制第一类平衡点的分叉图．采用washout filter非线性控制律,利用中心流形定理对受控系统降维,得到极限环的幅值与控制增益之间的近似解析式．通过数值模拟以及幅值解析解与数值解的比较,验证幅值预测的正确性与控制的有效性．     

多自由度 Van der Pol 型系统振幅增大控制

研究多自由度Van der Pol型非线性振动系统振幅增大的控制,设计反馈控制器,用数值方法对控制系统的幅值进行了计算,绘制了在不同控制参数下,系统响应的时间历程曲线和极限环.研究表明通过调整控制参数,能够增大极限环的幅值,有工程应用价值,对高维系统的分岔控制研究有一定的理论意义.     

机床无刷直流电机系统的分岔分析与控制

文章主要研究了机床无刷直流电机系统的Hopf分岔控制问题.首先,对系统进行分岔分析,通过计算极限环曲率系数判定系统的Hopf分岔类型;然后设计Washout滤波器对系统进行分岔控制,根据Hopf分岔理论给出使原系统Hopf分岔位置发生改变的参数条件,利用Normal Form方法计算出受控系统的Hopf分岔正规型,根据正规型的实部大小判定Hopf分岔类型,给出使原系统Hopf分岔类型发生改变的参数条件;并借助MATLAB软件对理论结果进行数值仿真,理论结果和数值仿真表明:控制器中的线性增益能使系统在所期望的参数值处发生Hopf分岔,甚至消除Hopf分岔,控制器中的非线性增益能改变原系统的Hopf分岔类型及极限环幅值的大小.研究结果对无刷直流电动机系统的工程实际具有一定的指导意义.     

环面上van der Pol方程混沌解的可视化计算

研究了环面上非线性van der Pol方程的图形建模及可视化计算的问题,在图形环境下,对van der Pol环面方程从建模,实验到结果分析的全过程进行了可视化建模和计算,并建立了一个对系统运动轨迹进行全面自动分析试验的可视化仿真框架,该方法不但可以不用传统程序代码对模型及算法编程,而且可方便地对系统进行多参数自动迭代试验及智能分析。     

规范形Qi系统的Hopf分岔分析及控制

文章研究了一个Qi系统的Hopf分岔控制问题.根据计算的极限环曲率系数,判定原系统的Hopf分岔类型,并采用washout滤波器控制该系统的分岔行为.首先讨论了控制器的线性增益对Hopf分岔点位置的影响,然后引入规范形计算方法,求出受控系统的Hopf分岔规范形.分析了规范形中系数对控制参数的选择原则所产生之影响,以及对Hopf分岔类型及极限环幅值的影响.理论和仿真结果表明,控制器的线性增益能使原系统的Hopf分岔点延迟或消失,而非线性增益能则改变极限环的稳定性和极限环幅值的大小.最后把washout滤波器和线性控制器的控制效果作了对比,发现washout滤波器比之线性控制器具有一定的优势.     

继电型系统中Hopf分叉的控制

基于计算机图形实验法,本文讨论了一类继电型系统。研究表明,既使在二维情况下,也会出现 Hopf分叉,且具有一定幅值的极限环突然地由平衡点的失稳演变而来。接着给出两种控制 Hopf 分叉的策略:其一是在输入端引入适当的控制信号 u(t)=Esin2πft,消除系统中的 Hopf 分叉,使之始终处于稳定的工况;其二是引入速度反馈来任意配置 Hopf 分叉点,     

分数阶随机Duffing系统的Hopf分岔

运用正交多项式逼近原理，研究了分数阶随机Duffing系统在零平衡点的Hopf分岔．首先，运用Laguerre正交多项式逼近法将含有随机参数的分数阶Duffing系统转化为等价的确定性系统，然后通过数值计算求得其响应．最后，利用两个引理求得等价系统发生Hopf分岔行为的临界值，并通过数值模拟验证了理论分析结果．     

一类具有饱和发生率的时滞恶意病毒传播模型的分岔控制策略

考虑非线性的饱和发生率,建立一种刻画信息物理融合系统(cyber-physical systems, CPS)中恶意病毒传播的SIRS(susceptible-infected-recovered-susceptible)模型.为了避免因Hopf分岔的产生致使恶意病毒传播扩散,采用参数调节法和状态反馈法相结合的混合分岔控制策略,研究信息物理融合系统的Hopf分岔控制问题,建立受控系统的稳定性条件和分岔判据,探明控制增益参数对Hopf分岔点和分岔极限环幅值的影响规律,并给出分岔阈值与增益参数间的关系图.数值仿真结果表明,所提出的混合分岔控制策略不仅能够改变Hopf分岔点的位置,而且可以有效调节极限环幅值的大小,使得信息物理融合系统产生预期的动力学行为,有效降低恶意病毒传播的危害.     

时滞反馈与多频激励联合作用下Duffing振子的快慢动力学

研究了状态时滞反馈与多频混合激励联合作用下Duffing振子模型的非线性动力学.通过讨论特征方程根的分布情况,给出了时滞系统Hopf分岔条件,得到时滞量和反馈增益的分岔曲线,揭示了系统稳态解的共存与动力学转迁方式.结合数值算例,揭示系统在不同参数条件下的快慢动力学行为.结果表明,时滞量及其反馈增益可以显著影响系统的多尺度效应,调谐多频激励幅值亦可以改变快慢变流形的动态特性,从而使得Duffing振子产生不同振荡模式下的复杂动力学行为.     

时滞耦合van der Pol-Duffing振子环的动力学分析

研究含时滞的大规模van der Pol-Duffing耦合振子系统的非线性动力学.通过讨论特征方程根分布情况确定系统的稳定性,并在耦合时滞和强度平面上给出振幅死亡区域.结合数值算例,揭示同步和异步周期振荡、概周期运动以及混沌吸引子等现象.基于非线性振子电路和时滞电路,构建电路实验平台,有效验证理论和数值结果.研究结果表明,时滞可以显著影响系统动力学特性,如诱发振幅死亡、稳定性切换以及复杂振荡等.     

多自由度粘弹性非线性随机系统的瞬态响应

研究了高斯白噪声激励下多自由度粘弹性非线性系统的瞬态响应.首先,通过将粘弹性项对系统的作用近似地简化为对原系统阻尼部分以及刚度部分的修正,得到近似的不具粘弹性项的等效非线性随机系统.然后,应用基于广义谐和函数的随机平均法,导出关于幅值瞬态概率密度的平均Fokker-Planck-Kolmogorov方程.该方程的解可通过多重级数式表示,基函数为幅值相关正交函数,系数为时间函数.应用Galerkin方法,关于时间的系数可由一阶线性微分方程组解得,从而得出幅值响应的瞬态概率密度、状态空间概率密度及幅值统计矩的半解析表达式.最后,以耦合的二自由度Duffing-van der Pol振子系统为例,通过与原系统数值模拟结果的比较分析验证了所提出的半解析方法的有效性,并讨论了粘弹性对系统响应的影响.     

Modeling the instability of CNT tweezers using a continuum model

Carbon nanotube (CNT) tweezers are composed of two parallel cantilever CNTs with a distance in between. In this paper, the static response and instability of CNT-made nano-tweezers is theoretically investigated considering the effects of Coulomb electrostatic force and van der Waals molecular attraction. For this purpose, a nano-scale continuum model is employed to obtain the nonlinear constitutive equation of the nano-tweezers. The Euler–Bernoulli beam theory is applied to model the elastic response of the CNT. The van der Waals attraction is computed from the simplified Lennard-Jones potential. In order to solve the nonlinear constitutive equation of the system, three approaches, e.g. the hemotopy perturbation method (HPM), the Adomian decomposition (AD) and the finite difference method (FDM) are employed. The obtained results are in good agreement with the experimental measurements. As a case study, freestanding CNT tweezers has been investigated and the detachment length and minimum initial gap of the tweezers are determined. Moreover, the effective operation range of the van der Waals attraction that affects the instability behavior of the CNT tweezers is discussed.     

带有延迟的三维股票价格系统的控制

构建了带有延迟的脉冲控制的三维股票价格系统,研究了脉冲控制参数和延迟变化对股票价格的稳定性影响.应用脉冲微分方程控制稳定性理论,得到了在带有延迟的脉冲控制系统中,由原先的不稳定和发散达到稳定的保守且充分的条件,从而使股票金融市场达到了一个新的持续发展的稳定状态.利用Matlab软件对该系统进行数值仿真,验证了脉冲控制方法的可行性,有效性和提出理论的准确性.结果表明合理脉冲控制可以有效控制带延迟系统的稳定性.     

具有外部干扰的不稳定剪切梁的输入–状态稳定

本文针对一端受到范德华力的不稳定剪切梁方程,考虑其输入–状态稳定性问题.通过可逆变换把方程等价地变成一个具有反馈循环的2×2的一阶运输方程与常微分方程的耦合系统.通过自抗扰控制方法,给出具有时变增益的扩张状态观测器来估计干扰.应用Backstepping变换和干扰估计量,设计系统的反馈控制来补偿系统本身的不稳定以及消除匹配干扰.通过C₀–半群方法证明闭环系统的适定性,以及Lyapunov方法证明闭环系统的输入–状态稳定性.数值仿真验证理论结果的正确性.     

Theoretical study of van der Waals dispersion pressures considering one-dimensional material distributions in the in-plane direction

The van der Waals dispersion pressures between a half-space consisting of a uniform material and a half-space with a one-dimensional material distribution in the in-plane direction have been theoretically derived. Two patterns of material distribution were considered: a periodic distribution of materials (Pattern 1) and a distribution of two materials with a single interface (Pattern 2). The van der Waals pressure for Pattern 1 was derived based on a Fourier series, while the van der Waals pressure for Pattern 2 was derived as elementary functions. Both of the van der Waals pressures derived consist of two terms: a conventional term between half-spaces made of uniform materials and a spatial fluctuation term due to the material distribution. The basic characteristics of these van der Waals pressures were quantitatively clarified. Furthermore, an approximate method for obtaining the van der Waals pressure of Pattern 1 from Pattern 2 was proposed.     

高斯白噪声激励下分数阶Duffing-Van der Pol系统的稳态响应

应用随机平均法研究了高斯白噪声激励下含有分数阶阻尼项的Duffing-Van der Pol系统的稳态响应.首先应用基于广义谐和函数的随机平均法得到系统关于幅值的平均伊藤微分方程并建立相应的平稳FPK方程,求解该平稳FPK方程的近似理论解得到系统幅值的稳态概率密度.分析幅值、位移和速度的稳态概率密度探究分数阶阻尼项以及其它参数对系统稳态响应的影响.发现降低分数阶的阶数可以增强系统的响应而增大分数阶的系数可以减弱系统响应.最后对原系统进行Monte Carlo数值模拟验证近似理论解的有效性.     

关于多尺度法的一个注记

以van der Pol系统为例,揭示了多尺度法在求解非线性系统三次以上近似解时似乎存在的二义性问题．通过将多尺度法的结果与KBM法所得结果进行比较,指出了如何利用多尺度法求解非线性系统三次以上近似解的正确步骤．