一类碰撞振动系统混沌运动的QPSO-RBFNN控制

针对难以建立精确数学模型时的碰撞振动系统混沌运动控制问题,提出一种采用QPSO算法优化RBFNN的参数反馈混沌控制方法。利用分岔图、Lyapunov指数谱图、Poincaré截面图和相图分析了混沌运动与系统特定参数条件间的关联关系及表现特征,基于RBFNN设计了参数反馈混沌控制器,并将最大Lyapunov指数作为加权项构建适应度函数,以引导QPSO算法优化控制器的参数并量化评价混沌控制效果。仿真研究中,进一步分析了QPSO算法的控制参数(即收缩扩张系数)对混沌控制效果的影响。

碰撞振动系统混沌的RBFNN参数反馈控制

针对一类含间隙单自由度刚性碰撞振动系统的混沌运动控制问题,提出一种基于梯度下降法与径向基函数神经网络(RBFNN)相结合的参数反馈混沌控制方法。基于RBFNN设计了参数反馈混沌控制器,构建了以Poincaré截面上相邻两点距离及控制器输出能量最小为目标的适应度函数,以引导梯度下降法完成混沌控制器参数的在线优化,并利用Lyapunov方法证明了控制系统的稳定性。该方法可适用于模型未知或难以建立精确数学模型的混沌控制。

含间隙碰撞振动系统的非线性振动特性

基于广义Hertz接触理论,建立了含对称间隙结构的碰撞振动动力学模型,采用四-五阶Runge-Kutta法进行了数值求解,并通过分析不同频率比、激振力幅值和间隙下的分岔图、相图、Poincaré图和功率谱图研究了该模型的非线性振动特性.结果表明:随着频率比、激振力幅值和间隙的改变,碰撞振动系统出现了周期、倍周期和混沌运动;频率比和激振力幅值对系统的非线性振动特性影响很大,出现了较宽的混沌带,而间隙对系统响应的影响相对较小,但在较小间隙的变化范围内,系统的振动特性变化却较显著.

三自由度含间隙碰撞振动系统Neimark-Sacker分岔的反控制

分岔反控制作为传统分岔控制的逆问题,其目的是在预先指定的系统参数点通过控制主动设计出具有所期望特性的分岔解.以一类三自由度含间隙双面碰撞振动系统为研究对象,在不改变原系统平衡解结构的前提下,考虑到在碰撞振动系统反控制过程中由Poincaré映射的隐式特点和传统的映射Neimark-Sacker分岔临界准则带来的困难,通过对原系统施加线性反馈控制器并利用不直接依赖于特征值计算的Neimark-Sacker分岔显式临界准则研究了此系统的分岔反控制问题.首先对原系统施加线性反馈控制,建立闭环控制系统的六维Poincaré映射.由于六维映射的雅克比矩阵的特征值没有解析的表达式,利用高维映射Neimark-Sacker分岔的显式临界准则,获得了系统出现拟周期碰撞振动运动的控制参数区域.然后采用中心流形-正则形方法分析了拟周期分岔解的稳定性.数值仿真结果表明本文方法可以在指定的系统参数点通过控制设计出稳定的拟周期碰撞运动.

两自由度塑性碰撞振动系统的动力学研究

用三维映射表示具有单侧刚性约束的两自由度振动系统在塑性碰撞时的动力学方程．借 助理论分析与数值方法研究了系统周期ｎ－１振动的存在性与稳定性，描述了系统周期ｎ－１ 振动的特点，讨论了碰撞振子与约束擦边引起的Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射奇异性对系统全局分岔的影响．

随机干扰下碰撞振动系统的动力学分析

建立一类单自由度含间隙碰撞振动系统的动力学模型。推导了系统Poincar啨映射的解析表达式,用数值方法计算了系统的Lyapunov指数谱,讨论了随机干扰对碰撞振动系统的动力学影响。最后结合最大Lyapunov指数,讨论随机非光滑系统的随机分岔。数值研究表明随机非光滑系统同样存在着丰富的倍周期分岔现象,但和确定性系统的倍周期分岔现象存在本质的区别。

一类两自由度碰撞振动系统的Hopf分岔和混沌

分析了一类两自由度碰撞振动系统的周期运动,并通过计算Poincare映射的线性化矩阵,确定周期运动的稳定性.分析表明,在一定的参数条件下系统存在周期倍化分岔和Hopf分岔,并通过数值模拟方法得到了以Poincare截面上的不变圈表示的拟周期响应.简明地讨论了系统通向混沌的道路.

一类碰撞振动系统的激变和拟周期-拟周期阵发性

研究了一类三自由度碰撞振动系统的激变和阵发性。六维庞加莱(Poincaré)映射能够表示成另外一个不对称映射的二次迭代,这表明系统具有对称性。该系统普遍存在发生Hopf分岔后得到的一对共轭拟周期运动。根据动力系统的极限集理论,讨论了极限集的对称性,得到系统发生激变的条件,并引入一个距离函数判定对称性恢复和激变临界点。当共轭混沌吸引子和不稳定对称不动点的最小距离等于0时,一对共轭混沌吸引子将会与不稳定的对称不动点在其吸引域边界发生碰撞,从而导致激变。通过数值模拟,揭示了激变之后的一种新的阵发性动力学现象:拟周期-拟周期阵发性。其分岔机制是:两个共轭拟周期吸引子→两个共轭拟周期吸引子倍化→两个共轭带状混沌吸引子→一个对称混沌吸引子→一个对称拟周期引子,通过对称极限集理论来区分对称吸引子和共轭吸引子,同时采用QR法计算Lyapunov指数并用来确定吸引子的类型。激变导致的拟周期-拟周期阵发性,对于多自由度碰撞振动系统的动力学研究及优化设计具有重要意义。

随机参激下Duffing-Rayleigh碰撞振动系统的P-分岔分析

基于等效非线性系统方法和突变理论,分析了随机参激下Duffing-Rayleigh碰撞振动系统的P-分岔.首先,借助非光滑变换和狄拉克函数将原碰撞振动系统转化为一个不含速度跳的新系统;接着,利用等效非线性系统方法得到了系统的稳态概率密度函数;然后,应用突变理论,得到了随机P-分岔发生的临界参数条件的解析表达式.最后,通过典型概率密度函数曲线和图像验证了结果的正确性.

三自由度碰撞振动系统Poincaré映射叉式分岔的反控制

考虑到碰撞振动系统的Poincaré映射的隐式特点,在不改变原碰撞系统平衡解结构的前提下,采用线性反馈控制方法研究了一类三自由度含间隙双面碰撞振动系统Poincaré映射的叉式分岔的反控制问题。首先,建立闭环控制系统的六维Poincaré映射,针对由特征值特性描述的传统叉式分岔临界准则在六维的高维映射中只能通过数值试算来确定控制增益的困难,利用不直接依赖于特征值计算的显式临界准则获得了系统出现叉式分岔的控制参数区域。然后应用中心流形-范式方法进一步分析叉式分岔解的稳定性。最终数值仿真验证了在任意指定的系统参数点通过控制能实现稳定的叉式分岔解。

非光滑碰撞振动系统动力学分析的Lyapunov指数判据

对n维非光滑(刚性约束和分段光滑)碰撞振动系统引进局部映射,利用Poincaré映射分析方法,建立了该类系统的Lyapunov指数谱与Floquet特征乘子之间的解析关系,提出了非光滑碰撞振动系统动力学分析的Lyapunov指数判据。以一类刚性约束的非线性碰撞振动系统为例,给出该系统的Lyapunov指数谱随参数大范围变化的规律,并将此规律与相应的Poincaré映射分岔图进行仔细对照,得到了一致的结论,验证了上述动力学分析的Lyapunov指数判据的正确性和有效性。

碰撞振动系统中周期轨擦边诱导的混沌激变

基于图胞映射理论,提出了一种擦边流形的数值逼近方法,研究了典型Duffng碰撞振动系统中擦边诱导激变的全局动力学.研究表明,周期轨的擦边导致的奇异性使得系统同时产生1个周期鞍和1个混沌鞍.当该周期鞍的稳定流形与不稳定流形发生相切时,边界激变发生使得该混沌鞍演化为混沌吸引子.噪声可以诱导周期吸引子发生擦边,这种擦边导致了1种内部激变的发生,表现为该周期吸引子与其吸引盆内部的混沌鞍发生碰撞后演变为1个混沌吸引子.

三自由度含间隙碰撞振动系统Poincaré映射Hopf-Hopf交互分岔的反控制

对一类含间隙碰撞振动系统Poincaré映射的Hopf-Hopf交互分岔进行了反控制研究。首先,基于碰撞振动系统建立了六维Poincaré映射,由于六维映射相应雅克比矩阵的特征值没有解析的表达式,这使得由特征值特性描述的传统临界分岔准则在确定控制增益中具有很大的局限性。针对这个局限性,建立了包含特征值分布条件、横截条件和非共振条件的显式临界准则。所建立的准则与传统的分岔准则等价,但并不依赖雅克比矩阵特征值的直接计算。然后,针对碰撞的不连续特性导致的隐式Poincaré映射在闭环系统控制设计中的困难,发展了一种基于原碰撞系统的线性反馈控制方法。最后,数值分析给出了在指定的参数点所设计的映射Hopf-Hopf交互分岔的环面解,进一步验证了理论分析的正确性。

两自由度碰撞振动系统的混沌控制

研究一类两自由度的碰撞振动系统,采用阻尼系数反馈混沌控制方法,通过选取合适的控制增益参数,可将碰撞振动系统的混沌运动控制到周期一轨道和周期二轨道.数值模拟验证了该方法的有效性.

二自由度含间隙碰撞振动系统的分岔与混沌

针对二自由度含间隙碰撞振动系统,建立了正弦激励作用下的碰撞振动方程,推导了振动系统满足稳定碰撞的周期解参数和解存在的充要条件,给出了Poincare映射的数学关系.在此基础上,进行了周期运动的稳定性分析,研究了系统随参数改变出现分叉和通向混沌运动的途径.计算结果表明,该振动系统存在复杂丰富的动力学行为.在一定的参数条件下,系统除了存在稳定的周期运动形态之外,还存在着倍周期分叉、Hopf分叉以及其他分叉,系统会沿着倍周期分叉、Hopf分叉等多种途径进入混沌运动.

碰撞振动系统的一类余维二分岔及T^2环面分岔

建立了三自由度碰撞振动系统的动力学模型及其周期运动的Poincar映射,当Jacobi矩阵存在两对共轭复特征值同时在单位圆上时,通过中心流形-范式方法将六维映射转变为四维范式映射。理论分析了这种余维二分岔问题,给出了局部动力学行为的两参数开折。证明系统在一定的参数组合下,存在稳定的Hopf分岔和T^2环面分岔。数值计算验证了理论结果。

宽带随机激励下单自由度碰撞振动系统的平稳响应

在实际工程结构中经常要研究随机激励的单自由度碰撞振动系统的稳态响应,应用基于广义谐和函数的单自由度强非线性系统的随机平均法,分别得到了该系统响应的总能量、位移、幅值的稳态概率密度及位移与速度的联合概率分布.通过与数字模拟结果的比较,证明用随机平均法所得的结果有很高的精度.

一类三自由度碰撞振动系统的Poincaré映射的对称性,分岔及混沌

考虑了一类具有对称刚性约束的三自由度碰撞振动系统。建立了系统的Poincaré映射,并导出了Poincaré映射的对称性。把映射不动点的稳定性与分岔理论应用于该系统,分析表明Poincaré映射的对称性完全抑制了对称周期n-2运动的周期倍化分岔,Hopf-flip分岔和pitchfork-flip分岔,并证明了两个反对称的周期n-2运动具有相同的稳定性。数值模拟得到了对称周期n-2运动的音叉分岔,Hopf分岔和Hopf-Hopf分岔。此外,通过Poincaré截面投影相图的形式研究了由音叉分岔通向混沌的路径。

随机干扰下碰撞振动系统的Lyapunov指数分析

为研究随机干扰对系统动力学的影响,建立了一类随机干扰强度下的两自由度碰撞振动系统,给出了系统所有Lyapunov指数的计算推导过程,分析了一定参数条件下不同随机干扰强度对系统周期运动最大Lyapunov指数的影响,获得了随机干扰强度变化时系统的分岔特性和不同随机样本条件下系统的不同运动状态.研究发现:在一定随机干扰强度下,系统在稳定周期运动参数区间内出现抗随机干扰能力较强的点和抗随机干扰能力较弱的点;在随机分岔区域内系统运动极不稳定,在不同随机样本条件下,系统或呈现相轨扩散的周期运动,或呈现混沌运动,可供此类问题的研究参考.

一类碰撞振动系统的倍周期分岔研究

为了研究倍化分岔与Hopf分岔之间的联系,研究了一类碰撞振动系统因周期运动失稳而产生倍化分岔的问题。首先给出了该系统周期1-1运动的Poincaré映射建立过程,然后根据其映射的线性化矩阵的特征值穿越单位圆情况分析其映射不动点发生倍化分岔的可能性,最后通过数值计算加以验证。研究表明:系统存在典型倍周期分岔,另外单参数变化产生非共振条件下的Hopf分岔时,当参数进一步变化而越过共振点附近的某个共振区时,系统会产生非典型的倍周期分岔,其倍化分岔序列的分支数取决于强(弱)共振的阶数。