一类Filippov振子的非光滑分岔及其簇发振荡

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不同尺度耦合的非光滑系统是非线性动力学领域的热门研究课题之一,受到众多国内外学者的关注。非光滑系统的研究对于非常规分岔理论以及实际工程应用都有着重要的价值。目前,非光滑系统的研究主要集中在低维系统上,但是实际工程中系统往往是高维的,较高维的非光滑系统可能会出现更加复杂的动力学行为,例如混沌、多稳态共存等现象。本文针对不同尺度耦合的较高维Filippov系统展开研究,主要探讨了含有慢变周期外激励的Filippov系统中的簇发振荡现象及其机理,进一步分析了非光滑分岔对系统动力学行为的影响。本文工作主要包括如下部分:第一部分,研究了多稳态共存情形下一类Filippov系统的簇发振荡及其机理。在一个三维混沌模型的基础上,通过引入周期外激励和非光滑因素建立了多尺度耦合的三维Filippov系统。结合数值模拟和理论分析,探索了两个广义自治子系统的分岔以及吸引子的共存区域。研究发现在非光滑系统中吸引子与非光滑分界面、吸引子与吸引子之间会表现出更加复杂的转迁模式。研究还发现系统轨线的滑动现象包含两种情形,其中一种情形是轨线在转迁过程中沿非光滑分界面的滑动,另一种情形是轨线在分界面上沿着平衡曲线的滑动。此外,从数值模拟的结果中发现慢通道效应会对簇发振荡结构有一定的影响,导致系统的激发态和沉寂态均发生定性改变。第二部分,以一个的四维超混沌电子电路为基础,添加非光滑因素和周期外激励构造一个新的模型,研究了一类更高维的非光滑Filippov系统。非光滑分界面将系统分成两个广义自治子系统,本文给出了两个子区域中会出现的所有平衡曲线和分岔,结合非光滑分岔,分析了共存吸引子随着慢变参数变化的演化过程。随着外激励幅值的增加,可以发现系统出现了几个新的簇发吸引子,利用转换相图和平衡曲线的叠加图可以分析其机理。同时,研究发现相比于较高的激励频率,系统在较低的激励频率下,稳定吸引子和分岔对系统动力学行为的影响更加明显。研究还发现虽然稳定的假平衡点是不可及的,但是它们确实能够影响轨线运动,当系统轨线轮流受到不同子区域内稳定的假平衡点的影响时,可能会导致滑动现象。另外,通过数值模拟还发现沿非光滑极限环运动的轨线与边界之间发生相互作用时可能会出现加周期分岔。
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