周期激励下混沌系统的动力学分析与电路实现

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随着混沌科学的迅速兴起,非自治混沌系统中的动力学分析与应用研究也逐渐成为非线性科学领域内的热点课题之一。考虑非自治混沌系统中平衡点时变的特殊性,非自治混沌系统往往会存在许多复杂的非线性动力学现象。因此,本文结合多种定性与定量的非线性动力学分析方法对三类周期激励混沌系统的混沌动力学以及多时间尺度动力学展开了系统的研究,具体工作概括为如下三个部分:(1)针对一个自治Lorenz-like混沌系统进行了研究。首先,通过引入参数激励构造一个参数激励型非自治混沌系统模型。其次,先从理论层面分析了系统的耗散性、对称性以及平衡点的稳定性;然后利用相轨迹图、分岔图以及Lyapunov指数谱等非线性动力学分析方法分别研究了激励的频率和初始值以及状态变量的初始值对系统动力学的影响;此外还揭示了系统中复杂的簇发振荡现象。最后,利用Multisim仿真软件和DSP开发板验证了系统的复杂动力学行为。(2)基于经典的Sprott C混沌系统,首先通过引入三角函数和外部激励,构建了一个具备极端多稳态的外部激励型非自治混沌系统。三角函数的周期特性使得系统产生以2π为周期间隔的无限多对对称的平衡点,且稳定性是时变的。随后,利用相图、分岔图、双初始值分岔图以及Lyapunov指数谱等分析方法分别分析了激励的幅值和频率对系统动力学行为的影响,并验证了无限多的对称共存混沌吸引子与簇发振荡的存在。最后,通过设计模拟电路实现该混沌系统,从物理层面实现了混沌吸引子与簇发振荡。(3)针对一个新颖的Lorenz-like自治系统进行了多时间尺度动力学的研究。首先通过引入参外联合激励,构造了一个参外联合激励型非自治混沌系统模型。接着,利用时序图、与激励相关的转换相图、分岔图以及Lyapunov指数谱等分析方法研究了新颖的Delayed-pitchfork/Hopf/homoclinic多分岔级联诱导的周期、拟周期以及混沌簇发振荡。与此同时,借助广义快慢分析法对簇发振荡的形成机理进行了详细的分析。最后,通过Multisim仿真软件和模拟电路实验相结合的方式,对上述的级联型簇发振荡进行了物理验证。
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