一类分段线性动力系统中的两尺度效应分析

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非光滑动力系统蕴含着很多特殊的非线性现象,它有着广泛的工程应用背景。当非光滑系统穿越临界面时往往会发生许多非常规分岔,特别地,轨迹在多次穿越分界面时可能会出现一些分岔的组合分岔;对于含不同时间尺度的非光滑系统,这些相对比较特殊的非常规分岔,不但可能影响该系统沉寂态与激发态的形式,而且也可能引起沉寂态与激发态之间的相互转迁,由此产生具有特殊振荡行为的簇发现象。因此我们有必要深入探究非光滑系统中的多尺度效应,因为这将有利于揭示当非光滑和多尺度两种因素同时存在时系统的复杂性及其发生机制,并且具有重要的理论意义。  一类分段线性动力系统中的不同尺度效应是本文重点研究内容。考虑到电路系统中存在着脉冲控制、开关以及阈值等大量的非光滑因素,本文基于经典传统的蔡氏电路,建立了含分段线性非光滑因素的四阶广义蔡氏电路系统,并在该电路系统中并联一个周期变化的交变电流源,使得电流源的周期变化频率与系统的固有频率在量级上存在差距,相差至少一个数量级,此时系统是由快慢两不同两时间尺度耦合而成的。基于相对应的广义自治系统,探究其不同区域的平衡态及其稳定性,获得了不同的分岔行为及其相应的临界条件。同时,运用微分包含理论,研究了系统轨迹在穿越非光滑分界面时所发生的各种非常规分岔模式,再结合广义相图,深入地分析了Fold/Fold簇发以及Fold/Hopf簇发这两种典型的周期簇发振荡行为以及相应的分岔机制。  本文还分析了周期激励对多分界面下非线性电路簇发行为的影响,构造了一个包含两对对称的非光滑分界面的三阶非自治系统。讨论了在两时间尺度下,系统的平衡点及其性质,通过引入辅助函数—广义Jacobian矩阵,探讨了其在不同的非光滑分界面上的奇异性。研究系统轨迹在经过多个分界面时产生的特殊簇发现象,揭示了不同的簇发现象的发生机制以及非光滑分岔对簇发振荡行为所构成的影响。着重讨论外激励强度和外激励频率对系统的复杂动力学行为的作用。在低频激励下,即当外激励频率和系统的固有频率存在量级差异时,系统的动力学行为呈现出显著的快慢动力学效应。而当外激励频率与系统的固有频率处于同一数量级时,此时快慢动力学效应消失。对于本文所讨论的系统,和外激励频率的变化对整个系统的动力学行为的影响相比,外激励幅值的变化并没有引起该系统动力学行为的演变发生实质性的变化。  最后,总结了本文的主要研究工作,指出存在的不足和尚未解决的问题,并且对未来进一步的研究进行了展望。
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