随机激励van der Pol-Duffing方程三峰P-分岔

本文讨论三稳态van der Pol-Duffing振子的随机P-分岔问题及参数影响．首先由随机平均法导出振动幅值的稳态概率密度函数,再应用突变理论得到系统发生随机P-分岔的临界参数条件．结果表明：参数变化时,系统经两次随机P一分岔,幅值稳态概率密度分布曲线峰的个数从1增加到3．随机激励的强度、系统阻尼系数对概率密度分布有重要影响,概率密度曲线峰的最大数目与确定性系统吸弓l子的数目相等．     

基于9阶van der Pol方程的三稳态电路设计及实现

基于9阶van der Pol方程的分岔结果,设计了1个平衡点和2个极限环共存的三稳态电路.利用平均法分析了9阶van der Pol方程的分岔性质,设计了能够实现三稳态现象的无量纲方程的系统参数.根据基尔霍夫电路定理,利用运算放大器和模拟乘法器等元件,构建了9阶van der Pol方程的电路原理图,并通过PSpice仿真和硬件电路试验验证了该电路的可行性和可靠性.试验结果表明,该电路系统中有1个稳定平衡点与2个稳定极限环共存的现象,为研究确定性激励以及随机激励下三稳态系统的动力学行为奠定了基础.     

色噪声激励下水轮机调节系统的分岔

基于水轮机饱和非线性比例积分(proportional-integral, PI)调节系统,建立了色噪声激励下的水轮机调节系统,研究了该系统的随机分岔行为。利用统一色噪声近似原理将系统简化为一个等效非线性白噪声模型;利用中心流形定理对系统降维处理,依据随机平均法得到了伊藤微分方程及FPK方程,讨论了系统的随机分岔条件;通过数值模拟,分别讨论了系统在不同自相关时间及噪声强度影响下的随机分岔行为,验证了随机平均法理论的有效性及分岔现象的发生。     

非线性切换系统的振荡行为及其Lyapunov指数计算

讨论了2组不同系数下的Chen系统经过周期切换生成的一类三维非线性切换系统的动力学行为及其演化过程.由平衡点的局部分岔行为分析,得到子系统不同分岔,如Fold分岔、Hopf分岔的临界条件和相关稳态解.两子系统的不同稳态解之间,如焦点与焦点、焦点与极限环之间,通过周期切换,呈现出丰富的振荡行为.随系统参数变化,切换系统会出现非光滑分岔,导致诸如混沌等复杂的非线性现象.利用Poincaré映射分析方法,计算了周期切换系统的Lyapunov指数.通过与相应的分岔图比对,验证了算法的有效性.以Lyapunov指数为判据,可以有效揭示此类混杂系统由倍周期分岔通向混沌的道路.     

相关噪声驱动下一种特殊非对称非线性系统的随机共振研究

本文分析了在乘性非高斯噪声与加性高斯噪声驱动下的一种特殊非对称双稳系统的随机共振现象. 我们使用统一色噪声逼近、路径积分法、二态模型理论对本文郎之万方程进行马尔科夫逼近,从而得到系统的稳态概率分布与信噪比. 仿真结果得知,非高斯噪声与高斯噪声强度驱动下的信噪比均存在随机共振,且非高斯噪声偏差参数、噪声相关时间、非对称系数、互相关强度等参数均对其有影响. 本文分别讨论了非高斯噪声偏差参数,非高斯噪声的相关时间,互相关强度,周期信号幅度和非对称系数等参数对信噪比的影响.     

一类随机血糖-胰岛素调节系统的渐近性分析

以最基本的IVGTT确定性模型为基础,构建了一个具有白噪声干扰的随机血糖-胰岛素系统.证明了系统正解的存在唯一性,讨论了系统正解的渐近行为.由于随机血糖-胰岛素系统加入了随机项后,其对应的确定性系统的正平衡点将不复存在,为了讨论系统的稳定性,证明了在一定条件下,随机系统的解将围绕确定性系统的正平衡点附近某点做随机振动,且其振动幅度与白噪声干扰强度大小有关.通过数值模拟,探讨了白噪声干扰对系统的影响.     

野生果蝇生物钟模型中的相干共振现象

采用数值模拟方法,研究了Kloss提出的果蝇生物钟模型的在不同控制参数下的动力学行为,随后对这个果蝇生物钟模型中加入加性白噪声进行随机扰动分析.在系统处在离分岔点较远的稳定态时, 在M速度项上加入高斯型白噪声,发现系统利用噪声,产生协同效应,发生相干共振现象.并且,存在一个最优的噪音强度,使得噪声和体系之间达到了最佳匹配;另一方面,通过计算还发现系统受到高斯白噪声的扰动时,引起振荡的周期保持在24 h左右.     

一类随机生态系统的分岔行为和稳定性研究

建立了外界激励下湖泊富营养化随机生态系统模型,基于Stratonovich-Khasminiskii随机平均原理,利用FPK方法,研究了该随机生态系统的分岔行为;采用随机微分方程四阶Runge-Kutta格式,选用500条样本路径,并做平均,通过对该随机模型进行数值模拟,讨论了噪声强度对该生态系统稳定性和稳态转换情况的影响.结果表明,对应于不同的营养盐输入率,磷浓度的平稳概率密度函数分布随噪声强度的变化而变化;同时,该外界激励下湖泊富营养化随机生态系统仍然存在双稳态,在双稳态区域,直接影响磷浓度的随机干扰使生态系统变得不稳定;并且一定的外界干扰强度可以使生态系统发生跃迁.     

路径积分法在非线性随机动力中的应用

利用路径积分法研究非线性动力系统的混沌响应,计算了高斯随机激励的混沌系统的瞬时概率密度等概率性质,并讨论高斯噪声对确定性系统混沌运动的影响.研究表明在噪声强度一定的情况下,其随机系统的概率密度的演化可以用来刻画该混沌吸引算子的结构特征.     

乘性色噪声激励下广义分数阶van der Pol-Duffing振子的随机分岔分析

本文研究了在乘性色噪声激励下含分数阶导数项的广义Duffing振子的随机分岔.首先，利用一种回复力和阻尼力的线性组合等效替换系统中的分数阶导数项；其次，对系统中的三次项进行线性化处理，利用最小均方误差原理，将系统转变成整数阶系统，由随机平均法求得系统的稳态概率密度函数；最后，通过拟不可积Hamilton系统随机平均法得到系统不变测度的最大Lyapunov指数，并对系统进行随机D-分岔和P-分岔分析.研究发现，分数阶导数阶数、噪声的自相关时间等参数的改变可以诱发系统发生随机P-分岔.     

具有非线性发病率的SIVS流行病模型的动力学行为

为了研究具有非线性发病率的SIVS流行病模型,在确定性模型中讨论无病平衡点与地方病平衡点的存在性和稳定性,给出基本再生数的表达式,并得出正平衡点稳定的充分条件;引入随机扰动,通过构造适当的Lyapunov函数,利用伊藤公式,研究相应的随机SIVS模型。结果表明:当基本再生数小于或等于1时,确定性系统有唯一的全局渐近稳定的平衡点,即无病平衡点;当基本再生数大于1时,该点不稳定,系统存在正平衡点,即地方病平衡点;如果因病死亡率满足一定条件,当基本再生数小于或等于1时,随机系统的无病平衡点全局随机渐近稳定,即疾病将会灭绝;当基本再生数大于1时,随机系统的解在相应确定性系统的地方病平衡点附近波动,并且波动强度与白噪声强度成正比,即白噪声强度充分小时,疾病将会盛行。     

一类接触率受到噪声干扰的随机SIS流行病模型研究

研究了一类接触率受到环境噪声干扰的随机SIS流行病模型.利用停时理论及Lyapunov分析方法,证明了该随机模型正解的全局存在唯一性与有界性.当相应的确定性模型基本再生数小于1时,证明了随机模型无病平衡点的随机渐近稳定性;当确定性模型基本再生数大于1时,揭示了随机模型的解围绕相应的确定性模型地方病平衡点的振荡行为;当确定性模型基本再生数大于1并且噪声强度较小时,证明了随机模型的解是平均持续的.另外,得到了强度较大的环境噪声可以导致疾病灭绝的结论.最后,数值模拟验证了所得理论结果的正确性.     

路径积分法在一类随机动力系统中的应用

利用路径积分法研究一类非线性动力系统的混沌响应,计算lévy噪声激励的混沌系统的瞬时概率密度等概率性质,并讨论lévy噪声对确定性系统混沌运动的影响.研究表明,在噪声强度一定的情况下,其随机系统的概率密度的演化可以用来刻画该混沌吸引算子的结构特征.     

具有非线性传染率的随机SIRS流行病模型的渐近性态

研究一类具有非线性传染率且接触率系数受到白噪声干扰的随机SIRS流行病模型,证明了该模型正解的全局存在唯一性.通过构造Lyapunov函数讨论了模型解的渐近性态:当基本再生数小于1时,模型的无病平衡点是随机全局渐近稳定的;当基本再生数大于1时,随机系统的解围绕确定性模型的正平衡点振荡,且白噪声强度越高,振幅越大.最后,数值模拟结果验证了主要结论.     

具有周期矩形信号的延迟非对称双稳系统的随机共振

在绝热近似条件下研究了具有周期矩形信号的延迟非对称双稳系统的随机共振现象.通过小时间延迟近似方法得到了非对称双稳系统的FPK方程,并推导得出了系统在延迟情况下的信噪比表达式,进一步研究了加性噪声强度Q、乘性噪声强度D、静态非对称性r、延迟时间τ以及噪声强度比率R对信噪比SNR的影响.研究发现在延迟情况下,改变加性噪声强度比改变乘性噪声强度更容易产生随机共振,且延迟时间对信噪比的影响是与噪声强度有关的.     

耦合白噪声作用下线性系统的随机共振

研究了耦合白噪声作用下的二阶过阻尼线性系统中的随机共振现象.基于线性系统理论和相关删去法方法,得到了系统平均输出幅度增益的精确表达式.研究表明:输出幅度增益是噪声的强度、系统的阻尼系数和系统的固有频率,以及激励信号的频率的非单调函数,适当的噪声强度和系统参数可以使噪声情况下的输出幅度增益大于无噪声时的输出幅度增益.     

噪声诱导的钙离子体系随机共振研究

研究了外噪声对细胞内钙离子体系振荡的影响,结果表明外噪声可以在确定性体系不存在振荡的区域诱导出随机钙离子振荡。随着噪声强度的改变,振荡会在某一强度下显示最佳的行为,表明随机共振现象的出现。     

一类非线性系统分岔混沌拓扑结构与全局复杂性

为了分析非线性系统在临界点附近的动力学行为,基于稳定性理论,讨论了CHEN系统平衡点的稳定性、局部拓扑结构及其全局复杂性.当2c-a≤0时,系统唯一的平衡点P=(0,0,0)是渐近稳定的;当2c-a>0时,系统有三个平衡点P和P±,且P是不稳定而P±是稳定的.系统在2c-a=0时产生分岔,其稳定的结点分岔出一双曲鞍点和两个稳定的汇,这就是Pitchfork分岔,可见在2c-a≤0变化到2c-a≥0时,吸引集A.从单点集变成为连接P和P±的两异宿轨道的并.同时给出了参数平面上的转迁集,这些转迁集将参数平面划分为不同的区域,在各个不同的区域对应于不同的解.系统随着参数的变化,从平衡点分岔出周期解.     

SPWM-H桥逆变器的非线性动力学行为研究

研究了SPWM-H桥逆变器的非线性动力学行为.运用频闪映射理论建立了系统在电流闭环比例控制下的一阶离散模型;采用功率谱图、折叠图、时域图、频闪图、分岔图和Lyapunov指数谱等数值仿真方法,详细分析了比例系数k和开关频率fS对系统性能的影响;利用分岔图描述了逆变器分别随输入电压E、负载电感L与电阻R等外部参数变化时所表现的非线性动力学行为.通过仿真绘制出了系统的稳定运行参数域,最后运用Jacobian矩阵法理论分析了系统稳定性变化的本质原因,数值仿真结果与理论分析相一致.研究表明,该逆变器中存在分岔与混沌现象,合理选择电路参数才能保证其运行稳定.     

Lévy噪声和高斯白噪声共同激励的非对称三稳系统的随机共振

将Lévy噪声和高斯白噪声引入非对称三稳系统模型中，采用数值方法计算不同参数下系统的信噪比，分析噪声参数、系统参数以及信号振幅对系统随机共振现象的影响机制．研究结果表明，较大的稳定性指标、偏斜参数、3次刚度系数以及信号振幅会抑制随机共振现象的发生，而较大的非对称参数则会促进随机共振现象的发生．特别地，当信噪比作为加性噪声强度的函数时，较大的5次刚度系数不易于出现随机共振现象，而当信噪比作为乘性噪声强度的函数时，情况则相反，即5次刚度系数越大越容易发生随机共振现象．