Duffing-Van der Pol系统的复杂动态

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本文应用分支理论,二阶平均方法,Melnikov方法和混沌理论,研究带五次回复力、一个外力和一个激励项的Duffing-Van der Pol系统的复杂动态. 应用Melnikov方法给出了在周期扰动下系统产生生混沌的准则,应用二阶平均方法和Melnikov方法给出了在ω=nω1+∈v,n=1,2,4,6的拟周期扰动下平均系统产生混沌的准则,数值模拟验证了理论分析的正确性,而用平均方法不能给出在ω=nω1+∈v,n=3,5,7-15的拟周期扰动下产生混沌的准则,但数值模拟显示了原系统出现混沌.同时,运用数值模拟,包括同宿和异宿分支曲面、分支图、最大Lyapunov指数图、相图、Poincarè映射图等来验证这些理论结果,并发现了许多新的动态:从周期-1,周期-2轨道的周期倍分支通向混沌,交替出现的周期倍分支和逆周期倍分支通向混沌,带有周期窗口和不变环的混沌区域,带不变环的大片区域,小尺度(“small degree”:L>0,~0)的混沌区域,混沌的突然出现和消失,内部危机多次突然发生等复杂动态. 本文研究的这类Duffing-Van der Pol系统,所得到的动态行为将丰富非线性动力系统的内容,对其他学科,例如光学,物理学的研究也有一定的应用价值. 全文共分三章. 第一章是关于二阶平均方法、Melnikov方法与混沌理论的预备知识,简单的介绍连续动力系统的二阶平均理论和Melnikov方法. 第二章简单介绍了Duffing系统,Van der Pol系统以及Duffing-Vander Pol系统的一些历史背景知识. 第三章应用二阶平均方法和Melnikov方法研究了具一个外力和一个激励项的Duffing-Van der Pol系统,给出了周期扰动下系统产生混沌的准则,在ω=nω1+∈v,n=1,2,4,6的拟周期扰动下平均系统产生混沌的准则,而在ω=nω1+∈v,n=3,5,7-15拟周期扰动下没有给出平均系统产生混沌的条件,但是数值模拟显示原系统出现混沌.运用数值模拟,验证理论分析结果,并且找到新的复杂动态.
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