非线性系统Hopf分岔控制及应用

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Hopf分岔作为一类重要的动态分岔,不仅在动态研究和极限环研究中有很高的理论价值,还与工程中很多自激振动现象相关。Hopf分岔控制的研究,对有效避免、延迟分岔产生的不良后果,提高系统稳定性和可靠性具有理论指导意义。   本文主要是通过稳定性分析以及Normal Form直接方法,研究了控制器对非线性系统产生的Hopf分岔的控制效果。利用解析表达式的形式求解Nomal Form系数也对其他高维非线性系统中Hopf分岔的理论分析奠定了基础。   本文主要内容有以下三方面:   一:以三维的Rossler系统为研究对象,对其施加Washout滤波器控制,通过稳定性分析和计算系统Hopf分岔的Normal Form系数,分析了控制器参数对系统产生Hopf分岔的影响。控制器线性参数的选择可实现对Hopf分岔点位置的控制,非线性参数的选择可实现对Hopf分岔类型与极限环幅值大小的控制。   二:对所选取的Washout控制器的鲁棒性进行分析,得出为达到控制目的所容许的参数摄动范围。通过稳定性分析得出系统参数的稳定区域并找出控制器仍能发挥本文中要求的控制效果的参数范围,即控制器的鲁棒区域。利用NomalForm直接方法,求出系统Hopf分岔的Normal Form系数解析表达式,得出控制器非线性参数对Hopf分岔类型的影响。   三:分析SMA(形状记忆合金)纤维施加到壁板材料中时,对壁板稳定性的控制效果。在考虑温度影响的前提下,通过对建立的含SMA纤维的壁板运动方程并进行离散、降阶处理,根据系统产生Hopf分岔(壁板颤振)的代数条件,得出壁板开始颤振的无量纲临界动压,得出SMA纤维含量对壁板稳定性的影响,并分析了温度变化时对壁板稳定性的影响。   数值计算验证了本文中理论分析结果的正确性。
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