一类二阶迟滞非线性控制系统简谐激励响应的IHB分析方法

针对一类迟滞特性和线性特性可分离的二阶迟滞非线性控制系统,用Backlash神经网络模型逼近系统迟滞非线性部分,建立动力学模型,采用增量谐波平衡法（IHB法）求解该类含比例控制器的迟滞非线性闭环控制系统在简谐激励下的稳态周期解,并引入Floquet理论分析系统周期解的稳定性。通过Runge-Kutta数值积分法对近似迭代法的精确性进行了验证,最后分析了控制器参数对系统性能的影响。     

基于增量谐波平衡方法的Spar平台垂荡纵摇耦合内共振响应研究

针对经典的Spar平台垂荡纵摇耦合运动问题,为解决传统小参数摄动方法和时间步进分析方法的不足,提出将增量谐波平衡方法(Incremental Harmonic Balance Method,IHBM)应用于研究其内共振响应特性。根据Floquet稳定性分析理论,对周期解的稳定性和分叉特性进行分析;在此基础上,通过将该方法与增量弧长法相结合,实现了快速、连续获得Spar平台垂荡纵摇耦合周期运动响应的目的;将IHBM计算结果与时域模拟和多尺度法计算结果进行对比,验证了该方法的准确性和高效性,该方法能够准确预测当波浪激励力频率满足一定条件,系统发生内共振时引起的纵摇不稳定运动现象。对于垂荡纵摇耦合产生的概周期运动,该方法结合Floquet理论能准确预测其发生的参数区间,从而为该周期运动的分析提供良好的基础。     

基于OGY的含间隙单级齿轮系统混沌运动控制

针对含齿侧间隙和轴承支承间隙的单级齿轮系统在部分参数区域内的混沌运动,用改进的OGY混沌控制原理实现了混沌吸引子内部不稳定周期轨道的稳定化。通过有限差分法替代非光滑点Jacobi矩阵实现光滑系统的OGY控制向非光滑多维系统转变,用伪不动点法(PNF)搜索混沌区域内不稳定周期伪不动点,根据动力学方程和变分形式,求解改进OGY算法中的Jacobi矩阵和敏感度列向量,结合Poincaré映射截面解析了混沌吸引子向多周期轨道转迁时的轨道间隔及迁移特性。仿真结果表明改进后的OGY控制法对高维非光滑齿轮系统混沌控制同样有效;多周期轨道持续控制时随目标周期轨道增加控制难度增大,所需参数摄动量相应增加。     

倾斜转子-滑动轴承系统周期解稳定性研究

摘　要：针对倾斜转子-滑动轴承系统的周期解稳定性问题,考虑倾斜状态下滑动轴承径向载荷的变化,基于有限元法建立了系统的动力学方程。使用Newmark方法仿真得到了倾斜转子-轴承系统的动力学响应,并分析了倾斜角度变化对转子周期解失稳阈速和失稳区宽度的影响。仿真结果表明,转子倾斜角度增大会导致转子失稳阈速减小,失稳宽度增大,但对周期解失稳区域上边界影响不大。倾斜转子的升速实验验证了仿真结果。     

非线性振动方程多重解求解方法

非线性振动方程多重解的求解过程中,迭代初值难以有效确定,不稳定周期解收敛域很小,利用通常的微分方程解法无法直接求解。针对这个问题,引入同伦算法,使得初始值的选取无任何限制;同时利用预测-校正算法对外激励参数变化下的解曲线进行追踪,得到系统的多重解。该方法不但可以计算稳定的周期解,而且不稳定的周期解也可以求出。采用Duffing振子运动方程对该方法进行了计算验证,通过与理论近似解以及龙格-库塔法计算结果的对比,验证了该方法的有效性。     

盘式分布拉杆转子系统扭转振动非线性动力学特性分析

随着燃气轮机技术的发展,盘式分布拉杆转子系统在燃气轮机等动力机械中得到广泛应用。主要研究盘式分布拉杆转子扭转振动的非线性动力学特性,通过考虑叶盘接触效应和拉杆等效简化,建立一个新的系统扭转振动方程。利用多尺度方法求解动力学方程解析解,并获得拉杆转子系统扭转振动幅频方程和解析曲线,根据奇异性理论获得系统转迁集,并利用动力学系统的扰动方程零解稳定性研究原系统的周期解的稳定特性,并发现系统动力学参数对其影响规律,并根据新模型建立实际结构参数与非线性动力学参数的联系,给出系统稳定性边界条件。分析结果对燃气轮机转子系统动力学设计具有一定的指导意义。     

一族无条件稳定的显式结构动力学算法

利用离散控制理论分析HHT-α算法,提出了一族具有可控数值阻尼的无条件稳定显式结构动力学算法—显式HHT-α法,用于线性和非线性结构动力学分析。新算法采用显式的位移、速度递推式。研究了所提算法的精度,稳定性,数值色散和能量耗散特性。研究表明该算法对于线弹型和刚度软化型非线性系统是无条件稳定的,算法数值阻尼由单个参数控制,对于特定的参数值,所提算法不会产生数值能量耗散。此外所提出的显式算法的数值色散和能量耗散特性与隐式HHT-α算法相同。数值算例验证了理论分析的正确性。     

基于速度协调法的齿轮碰撞动力学分析

建立了基于速度协调法的齿轮副碰撞动力学模型,提出了针对该模型的"碰撞"数值算法,讨论了系统在不同参数激励下的动力学特性。采用经典龙格库塔法进行了Adams/Matlab联合仿真,证明了该算法的精确性和有效性,并利用该算法计算系统周期解对应的离散状态转移矩阵,进而求得了Floquet乘子,并借此判断了系统周期解的稳定性。研究结果表明:在相同速度波动量的条件下,齿轮系统动态误差、相对速度和加速度与主动轮的转速成正比;系统输入转速决定了系统周期解的稳定性,在不同转速下系统出现不同周期的运动,甚至出现混沌;拖力矩的出现打破了系统运动的对称性,使得系统由双边碰撞转变为单边碰撞,从而在某种程度上降低了系统的振动和噪声;另外,系统周期解的稳定性对拖力矩非常敏感,在拖力矩较小时,系统不受速度波动量和拖力矩波动量的影响,始终处于不稳定状态。     

五次非线性自激系统的同宿解及其分岔

推广了双曲函数Lindstedt-Poincaré (L-P)法摄动步骤,定量求解一类派生系统含五次强非线性项的自激振子的同宿解及其分岔值。对极限环的同宿分岔参数进行摄动展开,给出同宿摄动解奇异项的定义,以消除同宿摄动解奇异项作为确定极限环同宿分岔点的条件,给出能够严格满足同宿条件的同宿轨道显式摄动解,推导出任意阶解和同宿分岔点判别的一般表达式。应用该法具体分析了一类推广的Liénard振子的同宿解和同宿分岔问题,指出方法的优点和存在的问题。算例表明,在相平面内该方法的结果与Runge-Kutta法数值周期轨道的逼近结果较吻合,相应的同宿分岔点判定值也具备较好的精度。该方法可以进一步研究推广应用于分析其它形式更一般的系统的同(异)宿解和同(异)宿分岔问题。     

时滞位移反馈作用下多自由度微陀螺的刚度非线性及控制研究

为揭示多自由度微陀螺非线性系统中位移反馈项对系统动力学特性的影响规律,探索对非线性的控制方法,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,采用多尺度法对微陀螺受控系统在频域和时域中的动力学特性进行了分析。研究发现:时滞量为整周期或半周期时反馈增益可有效的对系统共振频率进行调节;时滞量为四分之一或四分之三周期时,反馈增益主要影响幅值大小,共振频率基本保持不变;反馈控制参数选取得当可消除非线性引起的多稳态解,增加陀螺的灵敏度稳定性,选取不当会导致系统出现复杂的概周期运动使灵敏度稳定性遭到破坏。     

Existence and global asymptotic behaviour of positive periodic solution of an SI epidemic model with delays

In this paper, a periodic SI model with delays is studied. By utilizing the Lyapunov–Krasovskii functional method, a novel explicit criterion for the existence and uniqueness and global asymptotic stability of positive periodic solution is established. Finally, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of the obtained results.     

阻尼和刚度项含时变参数的强非线性振动系统周期解研究

对一类阻尼和刚度系数均含有时变参数的强非线性系统进行了研究,针对时变阻尼项和刚度项之间的耦合作用使周期解的平均值发生漂移问题,为能够在任意参数平面范围内求出该系统的周期解,提出了一种改进的能量迭代法,给出了用改进的能量迭代法求此类强非线性系统主振动解及谐振解的过程与结果,推导出了系统主振动的幅频和相频响应方程。以主振动为例,把求得的周期解和幅频曲线与数值仿真结果进行了比较,结果表明解析解与数值解吻合良好。     

Semi‐discretization method for delayed systems

The paper presents an efficient numerical method for the stability analysis of linear delayed systems. The method is based on a special kind of discretization technique with respect to the past effect only. The resulting approximate system is delayed and also time periodic, but still, it can be transformed analytically into a high‐dimensional linear discrete system. The method is applied to determine the stability charts of the Mathieu equation with continuous time delay. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

Bifurcation analysis of nonlinear time‐periodic time‐delay systems via semidiscretization

Bifurcations of the periodic stationary solutions of nonlinear time‐periodic time‐delay dynamical systems are analyzed. The solution operator of the governing nonlinear delay‐differential equation is approximated by a sequence of nonlinear maps via semidiscretization. The subsequent nonlinear maps are combined to a single resultant nonlinear map that describes the evolution over the time period. Fold, flip, and Neimark‐Sacker bifurcations related to the fixed point of this map are analyzed via center manifold reduction and normal form theorems. The analysis unfolds the approximate stability properties and bifurcations of the stationary solution of the delay‐differential equation and, at the same time, allows the approximate computation of the arising period‐1, period‐2, and quasi‐periodic solution branches. The method is demonstrated for the delayed Mathieu‐Duffing equation, and the results are verified by numerical continuation.     

一类周期系数力学系统的Hopf-Flip分岔

研究了一类周期系数力学系统因周期运动失稳而产生Hopf-Flip分岔的问题.首先根据拉格朗日方程给出了该力学系统的运动微分方程,并确定其周期运动的具有周期系数的扰动运动微分方程,再根据周期系数系统的稳定性理论建立了其给定周期运动的Poincaré映射,进一步根据该系统的特征矩阵的特征值穿越单位圆情况分析判断该Poincaré映射不动点失稳后将发生Hopf-Flip分岔,并用数值计算加以验证.结果表明,非共振条件下,系统的周期运动可通过Hopf-Flip分岔,进而演变成次谐运动,而三阶强共振条件下系统周期运动失稳后形成不稳定的次谐运动.     

多圆盘转子系统的周期运动及其稳定性分析

采用短轴承理论方法 ,把油膜力作为转子系统的约束力加入到转子的动力学方程中 ,分析了多圆盘转子系统在非线性油膜力作用下的周期性运动及稳定性。对转子系统的周期运动 ,使用近似级数表达形式 ,对于非线性的油膜力 ,根据周期运动的特点 ,采用周期级数展开形式 ,求解了非线性动力学方程 ,得到了转子的周期运动轨道。在分析周期运动的稳定性时 ,采用谐波平衡方法 ,得到转子周期运动的稳定条件 ,为工程设计提供了一定的依据。最后对刚性非平衡对称支承单圆盘的周期运动及稳定性进行了数值模拟 ,证明了本文方法的有效性     

多自由度不对称分段线性系统强迫振动的Fourier级数解法

研究了多自由度不对称分段线性系统的强迫振动问题。把恢复力中的非线性部分表成与激振力具有同一周期的Fourier级数后，导出了以Fourier级数各谐波系数为未知数的联立方程组，把求周期解的问题最终归结为求解一组代数方程组的问题。在周期解的稳定性分析中，利用求周期解时得到的2N个相位角把一个周期区间分割成为若干个线性子区间，使得在全周期上求解周期系数方程组的问题转化成在各个子区间上求解常系数方程组的问题，因而大大地简化了建立单值矩阵的工作。     

Periodic orbit analysis of two dynamical systems for electrical engineering applications

Mathematical properties of two nonlinear adaptive filters for electrical engineering applications are presented. These filters are designed to extract a desired sinusoidal component of a given periodic signal and estimate its amplitude, phase angle and frequency. Two sets of non-autonomous ordinary differential equations govern the dynamics of the filters. It is shown that each of the filters possesses a unique and stable periodic orbit. The averaging theorem is used to prove the uniqueness and stability of the periodic orbit of one of the filters. Uniqueness and stability of the periodic orbit of the other filter are proven using the Poincaré map theorem. Computer simulations and numerical results are presented to provide numerical verification of the theoretical proofs, and finally experimental results of the laboratory implementation of the filters are presented.