计算球面对称动力系统Lyapunov指数

通过跟踪球面上相距很近的两个点的球面轨道并计算球面点之间的球内弦长,提出计算球面动力系统轨道的平均Lyapunov指数的计算公式.采用该方法,实现了随机搜索参数并自动计算相应动力系统的Lyapunov指数.当Lyapunov指数大于0时,可得到一个构造球面混沌吸引子的动力系统;当Lyapunov指数小于0时,可得到一个构造球面充满Julia集的动力系统.文中提出的方法可用于随机搜索参数进而生成球面上的对称混沌吸引子和充满Julia集图形.     

构造球面对称混沌吸引子

为了自动生成球面对称混沌吸引子,提出了计算球面动力系统的Lyapunov指数(L)的计算方法.该方法选取球面上去掉瞬态后的迭代点以及另一个与之球内弦长距离很近的点,通过跟踪它们的球面轨道,利用球面迭代点之间的球内弦长计算球面动力系统轨道的平均Lyapunov指数.采用该方法实现了随机搜索参数并自动计算相应动力系统的Ly...     

基于Melnikov 方法的单自由度干摩擦振子的混沌分析

本文考虑了一个含小阻尼、受周期激励的单自由度干摩擦振子,运用Melnikov方法得到了系统出现马蹄型混沌的参数区域.通过数值方法,给出了不同参数下系统的相图和Poincaré截面图,计算了系统的Lyapunov指数.数值结果验证了解析结果,并且表明系统经历周期倍化进入混沌.     

基于RBF网络的动力系统Lyapunov指数的计算方法

提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络的动力系统Lyapunov指数计算方法，设计了一个RBF网络结构，推导了基于RBF网络的Lyapunov指数计算公式．仿真实验表明，与其它现有方法相比，此方法计算精度较高，收敛速度较快，而且只需要较少的样本数据量．本方法能更准确、更快速地计算动力系统的Lyapunov指数．     

含摩擦阻尼器非光滑振动系统的建模与数值仿真

研究了含干摩擦粘/弹性构件的两类非光滑减振器的动力学问题.首先,建立了含摩擦粘性构件和含摩擦弹性构件的力学模型,其中摩擦模型采用Coulomb干摩擦模型,不计弹性构件和粘性构件的质量,给出了该构件粘性力和弹性力的计算方法,通过控制摩擦阻尼器的正压力调整混合阻尼器的粘性力的最大值和弹簧力的最大值.分别建立了含摩擦粘/弹性阻尼器的单自由度和二自由度振动系统的动力学方程,通过数值仿真,首先分析了动、静摩擦系数对含摩擦粘/弹性构件单自由度振动系统动力学特性的影响,然后分析了含摩擦粘/弹性构件二自由度振动系统的动力学特性,仿真结果表明,通过控制摩擦阻尼器受到的的正压力获得更好的减振效果.     

基于最大Lyapunov指数的交通流仿真数据混沌状态识别

利用交通流模型产生交通流时间序列：再利用Lyapunov指数的矩形阵算法，计算出交通流时间序列的最大Lyapunov指数。由于Lyapunov指数是定量描述混沌吸引子的重要指标，可根据Lyapunov指数对混沌序列的辨别原理，进而识别该由基于模型的动力系统是否处于混沌状态。     

具有双面约束单点摩擦多体系统的数值计算方法

研究了一类具有双面约束单点摩擦的单自由度多体系统动力学方程的算法问题.首先给出了系统的动力学方程,该方程具有很强的非光滑性,不能应用已有的一些光滑系统的数值方法研究系统的动力学特性.因此,本文利用方程的特点和所求变量的物理含义,给出了一种简便的数值计算方法.该方法的计算效率和精度与迭代法相比均较高.     

受两个频率激励和皮带驱动的具有干摩擦的振子的动力学分析

一个可调节速度的皮带驱动的干摩擦振子系统,设其干摩擦力大小是常值且两个激励频率是谐调的,本文对这个简单的力学模型进行了研究,分析了Filippov系统中可能出现的四种余维-1sliding分岔并给出数值模拟.分析表明：该系统具有极其丰富的sliding分叉现象,较小的激励频率易引起非光滑分岔现象.     

非线性仿射控制系统的C0镇定性

通过Lyapunov函数设计反馈控制器使得非线性仿射控制系统全局渐进稳定是一种有效的方法. 为了使得反馈控制器具有连续性, Sontag提出控制Lyapunov函数应具有小控制性, 即要求在原点连续反馈控制器存在, 该条件在实际中无法应用. 针对这一问题本文提出了聚点条件来保证反馈控制器具有连续性, 该条件直接对选择的控制Lyapunov函数进行检验, 并且聚点条件还是必要的; 文章将控制Lyapunov函数的严格不等式放宽为非严格的不等式, 提出非严格控制Lyapunov函数, 利用LaSalle定理得到: 采用满足聚点条件的非严格控制Lyapunov函数来设计连续反馈控制器, 非线性仿射控制系统是全局渐进稳定, 扩大了控制Lyapunov函数的寻找范围; 最后通过对一种带摩擦的弹簧系统进行验证.     

基于LuGre模型非光滑柱铰链平面多体系统动力学的建模和数值方法

以含非光滑柱铰链平面多刚体系统为研究对象,将间隙充分小的柱铰链视为双边约束,用LuGre摩擦模型描述柱铰链内的摩擦;由第一类Lagrange方程导出该系统的动力学方程(微分 代数方程).铰链处的摩擦使得其动力学方程是关于Lagrange乘子的非线性代数方程组,由于LuGre摩擦模型具有很好的连续性,可将非线性代数方程组与常微分方程组的数值算法(如拟牛顿法和龙格 库塔法)相结合求解其动力学方程.最后,通过数值仿真算例说明了该算法的可行性和有效性,既能很好地反映柱铰链摩擦对系统动力学特性的影响,又能避免Coulomb干摩擦给方程求解带来的困难.     

李雅普诺夫指数谱的研究与仿真

李雅普诺夫指数在研究动力系统的分岔、混沌运动特征中起着重要的作用。该文介绍了李雅普诺夫指数的定义、计算原理及数值计算的实现方法，应用Matlab软件，编制了计算李雅普诺夫指数的程序，分析了一维、二维和三维非线性动力系统中分岔和混沌与李雅普诺夫指数之间的关系。绘制了逻辑斯蒂映射、埃农映射和洛仑兹方程的分岔图，并计算了相应的李雅普诺夫指数。实例的计算机仿真表明李雅普诺夫指数是研究分岔、混沌运动，解决工程实际问题的有效方法之一。     

混沌系统最大Lyapunov指数估计新方法研究

Lyapunov指数是定量描述混沌系统的重要指标。本文提出一种基于混沌同步的最大Lyapunov指数估计方法,通过构造反馈控制耦合混沌同步系统,应用混沌同步条件,估计原系统最大Lyapunov指数即为满足两耦合系统达到同步的最小控制增益。以Lorenz混沌和静摩擦Duffing振子为仿真对象,仿真结果验证了方法的有效性。     

The Exponential Stability for a Class of Hybrid Systems

The exponential stability with a nonsmooth Lyapunov function for a class of hybrid systems is studied in this paper. First, a sufficient condition is derived that has to be satisfied by the feedback control for the hybrid systems. Then, for the special case where the Lyapunov function involved is a kind of nonsmooth function, the maximum of finitely many smooth functions (for short, max‐type function), the stability of a hybrid system is considered, and a convenient criterion to determine the stability of the system is established. Finally, a numerical method of determining the control input value is developed.     

3-D Snake Robot Motion: Nonsmooth Modeling, Simulations, and Experiments

A nonsmooth (hybrid) 3-D mathematical model of a snake robot (without wheels) is developed and experimentally validated in this paper. The model is based on the framework of nonsmooth dynamics and convex analysis that allows us to easily and systematically incorporate unilateral contact forces (i.e., between the snake robot and the ground surface) and friction forces based on Coulomb's law of dry friction. Conventional numerical solvers cannot be employed directly due to set-valued force laws and possible instantaneous velocity changes. Therefore, we show how to implement the model for numerical treatment with a numerical integrator called the time-stepping method. This method helps to avoid explicit changes between equations during simulation even though the system is hybrid. Simulation results for the serpentine motion pattern lateral undulation and sidewinding are presented. In addition, experiments are performed with the snake robot ldquoAikordquo for locomotion by lateral undulation and sidewinding, both with isotropic friction. For these cases, back-to-back comparisons between numerical results and experimental results are given.     

基于秩一摄动理论配置Lyapunov指数的新方法

本文提出一种混沌控制与反控制的新算法。利用秩一摄动理论精确摄动离散受控系统矩阵的特征值,来配置Lyapunov指数。新算法完全吻合混沌的Lyapunov指数判据。既能更准确地配置正的Lyapunov指数,又能配置传统算法无法获得的负Lyapunov指数。仿真结果显示了新算法的有效性。     

基于无退化混沌系统的序列密码研究

针对连续时间混沌系统的退化问题,提出一种基于矩阵特征值配置的方法来构造具有多个正Lyapunov指数的连续时间混沌系统。提出一种基于特征值定义的特征值配置方法,通过设计一个线性反馈控制器,可以配置任何系统为以稳定焦点为原点的渐近稳定线性系统;通过设计一个非线性反馈控制器来配置多个正Lyapunov指数。相比于现有算法,对于任意受控系统,该方法都能系统地配置该受控系统的Lyapunov指数,使之成为无退化混沌系统。将该方法得到的无退化混沌系统转换为二进制序列,对得到的混沌序列进行分析后证明该序列具有良好的加密特性。     

On stability analysis via Lyapunov exponents calculated based on radial basis function networks

The concept of Lyapunov exponents is a powerful tool for analysing the stability of nonlinear dynamic systems, especially when the mathematical models of the systems are available. For real world systems, such models are often unknown. Estimating Lyapunov exponents using a time series has the advantage in that no mathematical model is required. However the time-series-based methods are believed to be reliable only for estimating positive exponents. Furthermore, when nonlinear mapping is applied for deriving the neighbourhood-to-neighbourhood matrices, the loads of mathematical deduction and programming increase significantly, which makes it unfeasible to nonlinear systems with high dimensions. In contrary, the model-based methods are constructive and reliable for calculating both positive and non-positive exponents. The use of the system Jacobians is the key to the advantage of the model-based methods. In this article, a novel approach is proposed, where the system Jacobians are derived based on system approximation using the radial basis function network. The proposed method inherits the advantage of the model-based methods, yet no mathematical model is required. Two case studies are presented to demonstrate the efficacy of the proposed method. We believe that the work can contribute to the stability analysis of nonlinear systems of which the dynamics are either difficult to model due to complexities or unknown.     

Passivity analysis for delayed discontinuous neural networks

In this paper, we have integrated the passivity of delayed neural networks with discontinuous activations which are unbounded. Based on differential inclusion theory and nonsmooth analysis, some sufficient conditions are presented by means of the generalized Lyapunov method. The results are established in form of linear matrix inequality. In addition, Some numerical examples are proposed to show the effectiveness of the developed results.     

内共振系统的混沌同步现象

研究了两耦合混沌系统之间 2∶1内共振条件下的相位混沌同步现象 ,发现随着耦合程度的增加 ,系统会进入相位混沌同步 .当耦合程度的增加到一定值时 ,相位混沌同步现象消失 .通过计算相应的Lyapunov指数 ,发现相位混沌同步现象的产生与消失与耦合系统的Lyapunov指数之间存在一定的关系     

一类非光滑优化及其在控制系统稳定化中的应用

研究一类来自控制系统稳定化中的非光滑优化问题．考虑Lyapunov函数是非光滑的,特别是有限个光滑函数的极大值函数．建立了相应的非光滑优化模型,进一步导出了这类非光滑优化的KKT系统,然后基于非线性互补函数将KKT系统转化成一个非光滑方程组,最后分别用广义牛顿法和光滑化牛顿法求解此非光滑方程组。使得此类稳定化设计可以具体实现．