非线性动力系统在分岔点处的临界慢化行为

Lyapunov指数是定量描述非线性动力系统轨道稳定性的主要方法之一,同时也是分析系统分岔行为的常用手段.实际应用中,人们通常只关心Lyapunov指数的正负,并以此来判断系统轨道是否稳定,而对于Lyapunov指数为零,即动力学分岔点处系统的行为特征讨论甚少.本文以几类经典的非线性动力系统为例,针对系统在分岔点处的轨道稳定性进行理论和数值分析.研究发现,不同系统在分岔点处其微扰后的轨道均以幂律,而非指数的形式收敛,呈现出经典物理系统在相变临界点处的慢化行为.通过理论分析,我们解析得到分岔点处计算临界指数的一般公式,并通过数值模拟对理论公式的准确性进行了验证.临界慢化是物理系统在相变点处的普遍现象,文中关于非线性系统在分岔点处临界慢化行为的发现将加深人们对于动力学分岔本质的认识,同时也是对现有教材中关于Lyapunov指数相关知识的有益补充.

非线性动力系统线性模型数值计算的Taylor变换法

将非线性动力系统化为连续变化的线性系统,并导出任意自治或非自治非线性动力系统的瞬时线性化方程,该线性方程的连续变化描述了系统的全部复杂动力行为.进一步采用Taylor变换法求解系统的线性化方程,得到一种非线性动力系统数值计算的新方法,避免了指数矩阵展开的乘积运算.计算实例表明该方法在不增加计算机时的前提下,精度高于传统的Houbolt,Wilson-θ及Newmark-β等方法.计算了Duffing方程和van Pol方程的混沌及周期特性.

强非线性动力系统的频率增量法

提出一类强非线性动力系统的瞬时频率增量法．将描述动力系统的二阶常微分方程，化为以相位为自变量、瞬时频率为未知函数的积分方程；用谐波平衡原理，将求解瞬时频率的积分问题，归结为求解以频率增量的Ｆｏｕｒｉｅｒ系数为独立变量的线性代数方程组；给出了若干例子．

微生物间歇发酵非线性动力系统的性质及最优控制

本文针对微生物间歇发酵制取1,3-丙二醇非线性动力系统,以产物1,3-丙二醇的生产强度最大为目标泛函,建立了最优控制模型．用不可微优化理论与方法证明了模型最优解的存在性．论述了最优性函数与一阶最优性条件的等价性．

含约束非线性动力系统的分岔分类

讨论含约束非线性动力系统分岔的分类· 研究表明 ,约束分岔的转迁集 ,除分岔集、滞后集和双极限点集外 。

含有参数激励非线性动力系统的现代理论的发展

本文综述了含有参数激励的非线性动力系统的响应、分岔与混沌问题的研究现状和方法，讨论了所存在的问题及其发展趋势．

混沌经济时序非线性动力系统的预测方法研究

混沌经济时序的预测方法研究是混沌经济非线性动力系统的重要内容 .提出了一种改进的非线性混沌经济模型 ,应用模型的阶数由最小嵌入维数决定的观点 ,给出了相应的模型参数辨识方法 ,并用其确立的混沌模型进行了预测工作 .计算结果表明 :模型参数辨识方法能迅速地将参数估计值带到多峰目标函数的全局最小值附近 ,然后再采用优化理论能较准确地求出模型的参数 ,用得到的混沌模型对系统进行预测工作 。

求解非线性动力系统周期解推广的打靶法

提出一种确定非线性系统周期轨道及周期的改进打靶算法。首先通过改变系统的时间尺度 ,将非线性系统周期轨道的周期显式地出现在非线性系统的系统方程中 ,然后对传统打靶法进行改造 ,将周期也作为一个参数一起参入打靶法的迭代过程 ,从而能迅速确定出系统的周期轨道及其周期。该方法对初始迭代参数没有苛刻要求 ,可以用于分析强非线性系统 ,而且对参数激励系统同样有效 ,对高维系统也能迅速、准确地求得周期解。文中应用该方法对三维R¨ossler系统和八维非线性柔性转子 轴承系统的周期轨道和周期进行了求解 ,通过与四阶Runge Kutta数值积分结果比较 。

种间作用的二维非线性动力系统模型及其数值模拟试验研究

系统探讨了种间制约作用的二维非线性动力系统的机理与过程,从生物力学角度扩展了Lotka＿Volterra模型,建立了包含种间作用与反作用的二维非线性自治、非自治动力系统新模型,分析了该动力系统平衡点的稳定性、周期解的存在性与稳定性,并对其动力学过程进行了数值模拟试验研究· 结果表明两生物种群间作用效率的大小、作用系数与反作用系数变化的同向与异向性和作用力时变等对动力系统稳定性都有一定影响,种间作用效率变大或变小,以及作用系数与反作用系数的异向变化都导致动力系统的不稳定,致使两种生物难以生存。

高维非线性动力系统最简规范形的计算

运用可逆线性变换和近恒同变换,研究了不经计算传统规范形,直接计算高维非线性动力系统的最简规范形。引进可逆线性变换,将非线性动力系统的线性矩阵拓扑等价于符合实际研究需求的分块对角线矩阵:相伴矩阵分布在对角线上,其余元素均为0。利用低阶项来化简高阶项,得到了高维非线性动力系统的最简规范形。在该最简规范形中,对应于每一个相伴矩阵的非线性系数矩阵,只有最后一行含有非0元素,其余各行元素均为0。借助M athem atica语言,编制了计算任意高维非线性动力系统的最简规范形的通用程序。运行该程序,分别计算了4维、6维和7维非线性动力系统的直到4阶的最简规范形。

“森林—竹子—大熊猫”非线性动力系统的周期解与混沌奇怪吸引子

为从理论上研究"森林—竹子—大熊猫"三位一体的保护栖息地理念,考虑了竹子开花的影响,把竹子和森林分成两个阶段,建立了一个描述"森林—竹子—大熊猫"的非线性动力系统。利用Mawhin重合度理论可以证明此系统存在一个周期解,利用计算机数值模拟画出了此动力系统的周期解随时间的变化规律和相图。数值模拟显示脉冲的影响非常复杂,进一步研究还发现此模型存在一种新的混沌奇怪吸引子。讨论了得到的周期解和混沌奇怪吸引子的这些理论成果的生态意义。通过严谨的数学论证过程,证明了大熊猫栖息地的大熊猫、森林、主食竹是一个稳定的平衡系统这一结论,对大熊猫栖息地及其他类似濒危物种栖息地保护具有一定的指导意义。

基于RBF网络的非线性动力系统辨识方法的改进

基于资源分配网络（ＲＡＮ） 的增长标准并结合隐单元的修剪策略，提出了同时具有增长及修剪功能的径向基函数（ＲＢＦ） 网络结构学习方案． 利用该方案进行了非线性时间序列的建模以及振动系统中的未知非线性力的识别． 结果表明：提出的网络结构学习算法是有效的；ＲＢＦ网络对非线性时间序列具有很高的建模精度；振动系统未知非线性力的神经网络识别法是可行的．

关于无穷维耗散非线性动力系统全局吸引子的存在性

证明了一类非线性发展型方程的全局吸引子的存在性 ,作为这个结果的应用 ,考虑了带有弱导数项的非线性反应扩散方程 ,并证明了该方程具有全局吸引子 .由于方程不具有正则性 。

一类不确定非线性动力系统的鲁棒镇定

研究一类带有匹配不确定性非线性动力系统的鲁棒稳定问题．基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ 稳定性理论给出了一种连续型的鲁棒指数镇定控制器设计方案。

确定非线性动力系统周期的后继函数法

本文建立确定非线性动力系统的周期的新方法——后继函数法。通过对无阻尼 Ｄｕｆｆｉｎｇ方程、线性阻尼系统和 Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐｏｌ方程实例分析。结果表明该方法计算结果准确且实用性强。本方法不但适用于求解保守系统和具有周期解非线性动力系统的周期。

求解强非线性动力系统响应的一种新方法

将同伦理论和参数变换技术相结合提出了一种可适用于求解强非线性动力系统响应的新方法,即PE-HAM方法(基于参数展开的同伦分析技术).其主要思想是通过构造合适的同伦映射,将一非线性动力系统的求解问题,转化为一线性微分方程组的求解问题,然后借助于参数展开技术消除长期项,进而得到系统的解析近似解.为了检验所提方法的有效性,研究了具有精确周期的保守Duffing系统的响应,求出了其解析的近似解表达式.在与精确周期的比较中,可以得出:在非线性强度α很大,甚至在α→∞时,近似解的周期与原系统精确周期的误差也只有2.17%.数值模拟结果说明了新方法的有效性.

共轭算子法和非线性动力系统的高阶规范形

规范形理论是研究非线性动力系统退化分含的强有力的方法．在本文里我们利用共轭算子法计算了具有幂零线性部分和不具有Z2-对称性的非线性动力系统的2阶、3阶和4阶规范形，讨论了几种余维3退化分含情况下的普适开析问题及其一些全局特性．

非线性动力系统多阶段辨识模型、算法及应用

本文针对一类发酵过程中的发育期、生长期及稳定期的不同特性,提出一种非线性多阶段动力系统及其辨识模型。论述了该模型是一种特殊的多阶段最优控制问题。根据子控制问题性能指标下水平集的局部一致有界性及下半连续性,证明了子控制问题可控性及最优解集为非空紧集。依此性质构造优化算法,研制相应的数学软件,并应用于间歇发酵过程中的参数辨识。其数值结果表明:该多阶段模型比已有模型更能逼近实际过程,提高了模型的精度,使模型更为有效。

非线性动力系统在软件需求分析中的研究

在软件系统的生命周期中,其过程也是不断变化和逐步完善的.为了减少由需求缺陷和需求变化而导致的软件系统失败,需求的演化过程应该是在稳定的状态下完成的.提出了一个非线性方程来描述此过程,初步研究显示,当需求变化率在一个稳定的范围里,演化过程就是稳定的且需求也是可变的.

含高阶余项的非线性动力系统数值计算法

建立了一种求解非线性动力系统高精度数值计算的新方法,重构了等价的非线性动力系统方程,该方程考虑了非线性函数的任意高阶项,并给出了该方程的Duhamel积分表达式,在时间步长内用Newton-Raphson法进行数值迭代求解,该方法能连续满足微分方程而不只是在离散的步长端点满足方程,从而打破了传统的Euler型有限差分法。计算实例表明,该方法计算精度高于传统的Runge-Kutta,Newmark-β和Wilson-θ等方法。