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非线性电路系统作为非线性动力学研究的一个重要分支,包含有丰富的动力学现象,且凭借其在实验方面容易搭建的突出优势,一直是国内外研究的热点课题之一。本文研究的非线性动力学模型为两广义Rayleigh振子构成的切换电路,且同时具备非线性和非光滑性这两大特征.为了保证切换的可往复性,需引入两种切换条件,即电路系统同时受到了两类非光滑因素的共同作用.针对这样的研究对象,本论文主要运用非线性动力学的分岔理论、快慢动力学分析和数值模拟的方法,研究其自治系统和外周期激励作用下非自治系统的振荡行为及其分岔机理.
首先,研究了两广义Rayleigh子系统在周期转换开关及控制阀值的双重控制下来回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,考察了非光滑分界面处广义Jacobian矩阵特征值随辅助参数变化的分布情况,得到了此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制,指出系统的相轨迹存在两类不同的分界点,且分别由周期转换开关和控制阀值决定,而系统轨迹与非光滑分界面的多次碰撞会导致系统由周期倍化分岔进入到混沌振荡.
其次,探讨了在周期激励下上述切换电路系统随激励参数变化的复杂动力学演化过程.周期激励将原自治系统变成了非自治系统,通过参数替换把非自治系统转变成广义自治系统,再分析子系统广义平衡点的特性,进而给出了参数空间中Fold分岔和Hopf分岔的条件.考察了分界面处广义Jacobian矩阵特征值随辅助参数变化的分布情况,得到了分界面处系统可能存在的分岔行为.结合原系统的动力学行为,讨论了周期激励下系统各种行为的产生机制,并进一步讨论了切换系统随参数变化产生的概周期振荡以及混沌振荡.
最后,探讨了在周期激励下上述切换系统还具有的其它丰富动力学行为.发现当外加周期激励的频率在量级上远小于原自治系统的固有振荡频率时,切换系统的动力学行为表现出明显的快慢效应,分析了其相应的簇发机制.在低频激励下,探讨了激励幅值的变化对切换系统混合振荡模式即簇发解产生的影响.固定激励振幅,进一步分析了激励频率与固有频率在量级上的差距变化对快慢效应产生的影响。