多分界面下四维蔡氏电路的张弛簇发及其机制研究

在经典蔡氏电路的基础上,引入反馈元件,建立了包含多个分界面的四维广义蔡氏电路.在适当的参数条件下,状态变量之间会存在量级上的差距,从而构成了包含两个时间尺度的快慢耦合系统.分析了快子系统的平衡点及其性质,进而利用微分包含理论,探讨了不同的非光滑分界面上的奇异性.给出了系统在两组参数条件下的不同周期簇发行为,应用快慢分析法探讨了系统轨迹在经过多个分界面时的特殊簇发现象,揭示了多吸引子共存时不同的簇发行为的形成机理以及非光滑分岔对簇发行为的影响.     

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.     

快慢型超混沌Lorenz系统分析

讨论了快慢两时间尺度下超混沌Lorenz系统原点的稳定性问题,分析了原点的Hopf分岔,包括Hopf分岔的存在性,分岔方向以及分岔周期解的稳定性等问题,并用数值例子对所得到的结果加以验证.在一定的参数条件下,快慢系统会产生对称簇发并能达到超混沌状态.基于快慢分析法,揭示了对称簇发中沉寂态与激发态相互转迁的不同分岔模式,并进一步分析了耦合强度对慢过效应的影响. 关键词： 超混沌Lorenz系统 Hopf分岔 对称式fold/subHopf簇发 慢过效应     

余维-1非光滑分岔下的簇发振荡及其机理

不同尺度耦合会导致一些特殊的振荡行为,通常表现为大幅振荡与微幅振荡的组合,也即所谓的簇发振荡.迄今为止,相关工作大都是围绕光滑系统开展的,而非光滑系统中由于存在着各种形式的非常规分岔,从而可能会导致更为复杂的簇发振荡模式.本文旨在揭示存在非光滑分岔时动力系统的不同尺度耦合效应.以典型的含两个非光滑分界面的广义蔡氏电路为例,通过引入周期变化的电流源以及一个用于控制的电容,选取适当的参数使得周期频率与系统频率之间存在量级差距,建立了含不同尺度的四维分段线性动力系统模型.基于快子系统在不同区域中的平衡点及其稳定性分析,以及系统轨迹穿越非光滑分界面时的分岔分析,得到了不同余维非光滑分岔的存在条件及其分岔行为.重点探讨了余维-1非光滑分岔下的簇发振荡的吸引子结构及其产生机理,揭示了非光滑分岔下系统复杂振荡行为的本质.     

两时间尺度下非光滑广义蔡氏电路系统的簇发振荡机理

通过引入周期变化的电流源并选择适当参数, 使得周期激励频率与系统固有频率之间存在量级差距, 建立了两时间尺度即快慢耦合非光滑广义蔡氏电路模型. 基于相应的广义自治系统, 考察了其不同区域中的平衡态及其稳定性, 得到了不同分岔行为及其相应的临界条件. 同时, 利用广义Clarke导数得到的广义Jacobian矩阵, 探讨了系统轨迹穿越非光滑分界面时的各种非常规分岔模式, 进而结合广义相图, 深入分析了Fold/Fold周期簇发振荡以及Fold/Hopf周期簇 发振荡两种典型的周期簇发行为及其相应的分岔机制. 关键词： 非光滑 广义蔡氏电路 两时间尺度 分岔机制     

广义Chua电路簇发现象及其分岔机理

通过引入由电感和电阻组成的控制电路模块,并适当选定参数,建立了具有快慢效应的四阶广义Chua电路的模型.探讨了快子系统随慢变量变化产生fold分岔及Hopf分岔的条件,进而探讨了整个系统的动力学演化过程,重点分析了系统中存在的各种快慢效应,给出了两种典型的对称式fold/fold和fold/Hopf周期簇发现象及其相应的分岔机制,从分岔的角度,指出了两种簇发现象的本质区别.     

广义Chua电路簇发现象及其分岔机理

通过引入由电感和电阻组成的控制电路模块,并适当选定参数,建立了具有快慢效应的四阶广义Chua电路的模型.探讨了快子系统随慢变量变化产生fold分岔及Hopf分岔的条件,进而探讨了整个系统的动力学演化过程,重点分析了系统中存在的各种快慢效应,给出了两种典型的对称式fold/fold和fold/Hopf周期簇发现象及其相应的分岔机制,从分岔的角度,指出了两种簇发现象的本质区别. 关键词： 广义Chua电路系统 簇发 静息态 激发态     

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     

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.     

切换电路系统的振荡行为及其非光滑分岔机理

探讨了周期时间开关及控制阈值下在两个Rayleigh型子系统之间切换的电路系统随参数变化的复杂动力学演化过程, 通过对子系统平衡点的分析, 给出了参数空间中Fold分岔和Hopf分岔的条件, 考察了切换面处广义Jacobian矩阵特征值随辅助参数变化的分布情况, 得到了切换面处系统可能存在的各种分岔行为, 进而讨论了系统不同行为的产生机理, 指出系统的相轨迹存在分别由周期开关和控制阈值决定的两类不同的分界点, 而系统轨迹与非光滑分界面的多次碰撞将导致系统由周期倍化分岔导致混沌振荡.     

Bursting phenomena as well as the bifurcation mechanism in controlled Lorenz oscillator with two time scales

A controlled Lorenz model with fast-slow effect has been established, in which there exist order gap between the variables associated with the controller and the original Lorenz oscillator, respectively. The conditions of fold bifurcation as well as Hopf bifurcation for the fast subsystem are derived to investigate the mechanism of the behaviors of the whole system. Two cases in which the equilibrium points of the fast subsystem behave in different characteristics have been considered, leading to different dynamical evolutions with the change of coupling strength. Several types of bursting phenomena, such as fold/fold burster, fold/Hopf burster, near-fold/Hopf burster, fold/near-Hopf buster have been observed. Theoretical analysis shows that the bifurcations points which connect the quiescent state and the repetitive spiking state agree well with the turning points of the trajectories of the bursters. Furthermore, the mechanism of the period-adding bifurcations, resulting in the rapid change of the period of the movements, is presented.     

多平衡态下簇发振荡产生机理及吸引子结构分析

以周期激励下受控Lorenz模型为例, 考察了多平衡态共存下激励频率与系统固有频率之间存在量级差距也即存在频域上的不同尺度时的耦合效应. 由于激励频率远小于系统的固有频率, 因此将整个激励项视为慢变参数, 分析随慢变参数变化下的各种分岔模式及其相应的分岔行为, 指出在一定条件下, 不同平衡点会产生Hopf分岔和fold分岔. 根据分岔条件的不同, 给出了两种典型情况下的簇发振荡, 并通过引入转换相图, 揭示了不同簇发的产生机理, 指出多平衡态和多种分岔共存不仅会导致沉寂态和激发态的多样性, 而且会使得不同沉寂态和激发态之间存在着不同的转换形式.     

慢变控制下Chen系统的复杂行为及其机理

由于Chen系统的控制分析大都是基于同一时间尺度,而两时间尺度耦合问题的相关研究基本上局限于单维慢变量情形.本文探讨了基于慢时间尺度上的Duffing振子,即含有两维慢子系统控制下Chen系统的动力学演化过程.给出了诸如对称式fold/fold、对称式fold/Hopf、对称式homoclinic/homoclinic等不同形式的簇发振荡行为,并揭示了其相应的产生机制,指出慢子系统中两维慢变量的相互影响导致系统产生了类似于周期激励下的簇发行为.     

Different types of bursting in Chay neuronal model

Based on actual neuronal firing activities, bursting in the Chay neuronal model is considered, in which V _K, reversal potentials for K⁺, V _C, reversal potentials for Ca²⁺, time kinetic constant λ _n and an additional depolarized current I are considered as dynamical parameters. According to the number of the Hopf bifurcation points on the upper branch of the bifurcation curve of fast subsystem, which is associated with the stable limit cycle corresponding to spiking states, different types of bursting and their respective dynamical behavior are surveyed by means of fast-slow dynamical bifurcation analysis. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10432010, 10526002 and 10702002)     

An elementary model of torus canards

We study the recently observed phenomena of torus canards. These are a higher-dimensional generalization of the classical canard orbits familiar from planar systems and arise in fast-slow systems of ordinary differential equations in which the fast subsystem contains a saddle-node bifurcation of limit cycles. Torus canards are trajectories that pass near the saddle-node and subsequently spend long times near a repelling branch of slowly varying limit cycles. In this article, we carry out a study of torus canards in an elementary third-order system that consists of a rotated planar system of van der Pol type in which the rotational symmetry is broken by including a phase-dependent term in the slow component of the vector field. In the regime of fast rotation, the torus canards behave much like their planar counterparts. In the regime of slow rotation, the phase dependence creates rich torus canard dynamics and dynamics of mixed mode type. The results of this elementary model provide insight into the torus canards observed in a higher-dimensional neuroscience model.