两子系统在周期切换连接下的振荡行为及其机理

研究了两非线性系统在周期切换连接下的分岔和混沌行为.通过局部分析,分别给出了两子系统参数空间诸如Fold分岔、Hopf分岔等临界条件,进而考虑两子系统存在不同稳态解时通过周期切换连接下的复合系统的分岔特性,给出了不同的周期振荡行为,并揭示了其相应的产生机理.指出系统轨迹可以由切换点分割成不同的部分,分别受两子系统的控制,而随参数的变化,切换点数目成倍增加,导致系统由倍周期分岔序列进入混沌.同时,在其演化过程中,虽然子系统定性保持不变,但由于切换导致的非光滑性,复合系统不仅仅表现为两子系统动力特性的简单连接,而是会产生各种分岔,导致诸如混沌等复杂振荡行为.     

切换电路系统的复杂行为及其机理

建立了不同类型Jerk电路之间存在开关的切换电路系统．基于平衡态分析,指出随参数的变化,两子系统分别存在着稳定的焦点以及由Hopf分岔导致其失稳而产生的周期振荡．考察了开关周期切换引起的各种复杂行为,分别给出了点／环和环／环切换周期振荡现象及其相应的产生机理．在不同的切换振荡过程中,切换点的数目随参数的变化会产生倍化序列,导致系统由倍周期分岔进入混沌,同时,由于参数的变化影响着子系统周期振荡的幅值,进而引起整个切换系统吸引子结构的变化．     

非线性切换系统的动力学行为分析

建立了周期切换下的非线性电路模型,基于子系统平衡点及其稳定性分析,分别给出了其相应的fold分岔和Hopf分岔条件,讨论了子系统在不同平衡态下由周期切换导致的各种复杂行为,指出切换系统的周期解随参数的变化存在着倍周期分岔和鞍结分岔两种失稳情形,并相应地导致不同的混沌振荡,进而结合系统轨迹及其相应的分岔分析,揭示了各种振荡模式的动力学机理. 关键词： 周期切换 倍周期分岔 鞍结分岔 混沌     

分段线性电路切换系统的复杂行为及非光滑分岔机理

分析了分段线性电路系统在周期切换下的复杂动力学行为及其产生的机理. 基于平衡点分析, 给出了两子系统Fold分岔和Hopf分岔条件. 考虑了在不同稳定态时两子系统周期切换的分岔特性, 产生了不同的周期振荡, 并揭示了其产生的机理. 在不同的周期振荡中, 切换点的数量随参数变化产生倍化, 导致切换系统由倍周期分岔进入混沌. 关键词： 分段线性电路 切换系统 非光滑分岔     

一个跃变电路切换系统的振荡行为及分岔机理分析

本文研究两个非线性电路系统通过开关组成的时间切换系统的复杂振荡行为及其产生机理.利用开环运算放大器放大倍数为极大值的特性,即运算放大器总是处于正的或负的饱和状态,当输入电压从负过零变正时,输出电压从正饱和状态跃变为负饱和状态,本文选择子电路系统中的非线性部分为跃变函数.首先对两个子系统进行了稳定性分析,给出了不同参数条件下的振荡行为,然后在子系统单个参数在一定范围内变化,而其他参数保持不变的情况下,研究了切换系统的复杂振荡特征,并分析了其产生机理.由于子系统方程的非光滑性和切换带来的整个系统的非光滑性,使得整个系统的周期振荡轨迹有四个切换点,随着参数的变化,周期振荡轨线与非光滑分界面发生擦边分岔,导致周期振荡分裂成两个对称的周期振荡.并且研究了切换点位置改变对整个系统周期振荡行为的影响以及切换点处的分岔机理.     

周期切换下Rayleigh振子的振荡行为及机理

本文研究了自治与非自治电路系统在周期切换连接下的动力学行为及机理.基于自治子系统平衡点和极限环的相应稳定性分析和切换系统李雅普诺夫指数的理论推导及数值计算.讨论了两子系统在不同参数下的稳态解在周期切换连接下的复合系统的各种周期振荡行为,进而给出了切换系统随参数变化下的最大李雅普诺夫指数图及相应的分岔图,得到了切换系统在不同参数下呈现出周期振荡,概周期振荡和混沌振荡相互交替出现的复杂动力学行为并分析了其振荡机理.给出了切换系统通过倍周期分岔,鞍结分岔以及环面分岔到达混沌的不同动力学演化过程.     

周期切换下Chen系统的振荡行为与非光滑分岔分析

研究了不同参数Chen系统之间进行周期切换时的分岔和混沌行为.基于平衡态分析,考虑Chen系统在不同稳态解时通过周期切换连接生成的复合系统的分岔特性,得到系统的不同周期振荡行为.在演化过程中,由于切换导致的非光滑性,复合系统不仅仅表现为两子系统动力特性的简单连接,而且会产生各种分岔,导致诸如混沌等复杂振荡行为.通过Poincaré映射方法,讨论了如何求周期切换系统的不动点和Floquet特征乘子.基于Floquet理论,判定系统的周期解是渐近稳定的.同时得到,随着参数变化,系统既可以由倍周期分岔序列进入混沌,也可以由周期解经过鞍结分岔直接到达混沌.研究结果揭示了周期切换系统的非光滑分岔机理.     

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.     

广义BVP电路系统的振荡行为及其非光滑分岔机理

探讨了具有分段线性特性的广义BVP电路系统随参数变化的复杂动力学演化过程. 其非光滑分界面将相空间划分成不同的区域, 分析了各区域中平衡点的稳定性, 得到其相应的简单分岔和Hopf分岔的临界条件. 给出了不同分界面处广义Jacobian矩阵特征值随辅助参数变化的分布情况, 讨论了分界面处系统可能存在的分岔行为, 指出当广义特征值穿越虚轴时可能引起Hopf分岔, 导致系统由周期振荡转变为概周期振荡, 而当出现零特征值时则导致系统的振荡在不同平衡点之间转换. 针对系统的两种典型振荡行为, 结合数值模拟验证了理论分析的结果.     

脉冲序列控制电流断续模式Buck变换器的动力学建模与边界碰撞分岔

通过建立一个开关周期内输出电容电荷变化量对应的输出电压变化量, 建立了工作于电感电流断续模式(discontinuous conduction mode, DCM)的脉冲序列(pulse train, PT)控制Buck变换器的近似离散时间模型, 研究了负载电阻及输入电压变化时PT控制DCM Buck变换器的边界碰撞分岔行为. 通过构造相应的迭代映射曲线, 分别分析了不同负载电阻时PT控制DCM Buck变换器的周期1、周期2和周期3运行轨迹的不动点稳定性, 揭示了PT控制DCM Buck变换器在不同周期态时的边界碰撞分岔的形成机理. 研究结果表明, 随参数变化, PT控制DCM Buck变换器始终运行在不同的周期态, 各周期态的切换由边界碰撞分岔引起, 李雅谱诺夫指数始终小于零. 利用PSIM电路仿真软件, 给出了不同负载电阻时的时域波形和相轨图. 实验结果验证了理论分析和仿真结果的正确性, 同时说明了本文动力学建模的可行性.     

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     

Delayed feedback control of time-delayed chaotic systems: Analytical approach at Hopf bifurcation

This Letter is concerned with bifurcation and chaos control in scalar delayed differential equations with delay parameter τ. By linear stability analysis, the conditions under which a sequence of Hopf bifurcation occurs at the equilibrium points are obtained. The delayed feedback controller is used to stabilize unstable periodic orbits. To find the controller delay, it is chosen such that the Hopf bifurcation remains unchanged. Also, the controller feedback gain is determined such that the corresponding unstable periodic orbit becomes stable. Numerical simulations are used to verify the analytical results.     

Equilibrium points and bifurcation control of a chaotic system

Based on the Routh--Hurwitz criterion, this paper investigates the stability of a new chaotic system. State feedback controllers are designed to control the chaotic system to the unsteady equilibrium points and limit cycle. Theoretical analyses give the range of value of control parameters to stabilize the unsteady equilibrium points of the chaotic system and its critical parameter for generating Hopf bifurcation. Certain nP periodic orbits can be stabilized by parameter adjustment. Numerical simulations indicate that the method can effectively guide the system trajectories to unsteady equilibrium points and periodic orbits.     

Equilibrium points and bifurcation control of a chaotic system

Based on the Routh-Hurwitz criterion, this paper investigates the stability of a new chaotic system. State feedback controllers are designed to control the chaotic system to the unsteady equilibrium points and limit cycle. Theoretical analyses give the range of value of control parameters to stabilize the unsteady equilibrium points of the chaotic system and its critical parameter for generating Hopf bifurcation. Certain nP periodic orbits can be stabilized by parameter adjustment. Numerical simulations indicate that the method can effectively guide the system trajectories to unsteady equilibrium points and periodic orbits.     

Suppression of chaos and other dynamical transitions induced by intercellular coupling in a model for cyclic AMP signaling in Dictyostelium cells

The effect of intercellular coupling on the switching between periodic behavior and chaos is investigated in a model for cAMP oscillations in Dictyostelium cells. We first analyze the dynamic behavior of a homogeneous cell population which is governed by a three-variable differential system for which bifurcation diagrams are obtained as a function of two control parameters. We then consider the mixing of two populations behaving in a chaotic and periodic manner, respectively. Cells are coupled through the sharing of a common chemical intermediate, extracellular cAMP, which controls its production and release by the cells into the extracellular medium; the dynamics of the mixed suspension is governed by a five-variable differential system. When the two cell populations differ by the value of a single parameter which measures the activity of the enzyme that degrades extracellular cAMP, the bifurcation diagram established for the three-variable homogeneous population can be used to predict the dynamic behavior of the mixed suspension. The analysis shows that a small proportion of periodic cells can suppress chaos in the mixed suspension. Such a fragility of chaos originates from the relative smallness of the domain of aperiodic oscillations in parameter space. The bifurcation diagram is used to obtain the minimum fraction of periodic cells suppressing chaos. These results are related to the suppression of chaos by the small-amplitude periodic forcing of a strange attractor. Numerical simulations further show how the coupling of periodic cells with chaotic cells can produce chaos, bursting, simple periodic oscillations, or a stable steady state; the coupling between two populations at steady state can produce similar modes of dynamic behavior.     

Double Hopf bifurcation induces coexistence of periodic oscillations in a diffusive Ginzburg–Landau model

We perform bifurcation analysis in a complex Ginzburg–Landau system with delayed feedback under the homogeneous Neumann boundary condition. We calculate the amplitude death region, and it turns out that the boundary of the amplitude death region consists of two Hopf bifurcation curves with wave number zero. The existence conditions for double Hopf bifurcations are established. Taking the feedback strength and time delay as bifurcation parameters, normal forms truncated to the third order at double Hopf singularity are derived, and the unfolding near the critical points is given. The bifurcation diagram near the double Hopf bifurcation is drawn in the two-parameter plane. The phenomena of amplitude death, the existence of stable bifurcating periodic solutions, and the coexistence of two stable periodic solutions with fast oscillation and slow oscillation respectively are simulated.