基于Lorenz型系统族的三维系统的复杂动力学研究

基于Lorenz型系统族的三维系统的复杂动力学研究

论文摘要

自二十世纪六十年代美国科学院院士E. N. Lorenz在数值实验中偶然发现第一个混沌吸引子以来,混沌在许多领域中获得了巨大而深远的发展.作为第一个被提出的混沌数理模型—–Lorenz系统,导致了其后近半个世纪以来关于复杂的非线性现实世界的革命性的再认识和重新思考,成为后人研究混沌理论的出发点和基石,是混沌发展史上的一个重要的里程碑,进一步Lorenz型系统族的研究贯穿了整个混沌科学的发展,它几乎与所有混沌科学的重要发展密切相关.本文研究基于Lorenz型系统族的有且仅有稳定奇点的三种混沌系统的稳定性、分岔和混沌等特性,以及周期参数扰动下的Di?usionless Lorenz方程(DLE)的复杂动力学性质.具体分为五章:第一章论述了本文研究的背景和意义,简要介绍了分支和混沌理论的发展历史和研究现状,简述了混沌理论的基本知识、混沌分析的定量指标、中心流形理论、高维Hopf分岔理论、混沌的判定方法以及Lorenz系统族的研究历程和同(异)宿轨的研究状况.第二章研究了仅有稳定奇点的三维二次混沌系统,该系统形式上与已有的Lorenz型混沌系统(包括经典Lorenz系统、Chen系统、Lu¨系统)类似,但本质上不拓扑等价.运用理论与数值相结合方法详细揭示了它的动力学特性,讨论了鞍焦点的Shil’nikov型混沌、非双曲弱焦点型混沌和仅有稳定奇点时混沌的三种情形,获得了系统具有不动点与极限环、不动点与混沌吸引子以及极限环与混沌吸引子共存的结果.在一定条件下得到了系统的混沌不存在性,并证明了奇异退化异宿环存在性.进一步深入研究了该系统在受控状态下的高余维退化Hopf分岔.第三章研究了一个三维二次自治混沌系统,该系统是著名的含有2个非双曲型奇点的Sprott C系统的推广.对该系统的基本动力学特性进行了分析,验证了系统的混沌性.当奇点全为双曲稳定或者非双曲时,系统会出现混沌、周期、不动点三种吸引子的共存结果.通过对初等动力学性质进行分析以及Lyapunov指数、Poincar′e截面、分岔等理论与数值相结合详细揭示了它的动力学特性.并且得到该系统随参数变化时对应的丰富复杂的动力学结果.特别的是在奇点均渐进稳定的参数区域内,系统的四种不同吸引子演变过程.第四章在三维二次多项式自治系统研究的基础上,获得了含有指数项的三维混沌系统,分析了该系统的初等动力学性质和混沌特性.当系统在发生Hopf分岔之后,出现稳定奇点和混沌吸引子共存的特性.通过对其线性化系统的详细分析,数值发现可能有无穷多个奇异退化异宿环.同时随着奇异退化异宿环的消失,伴随有周期轨道和混沌吸引子的产生,这对三维自治混沌系统的混沌机理和吸引子结构的理解具有很大的帮助.第五章对单参数的Di?usionless Lorenz方程在Rayleigh数具有周期参数扰动的情况下进行分析和研究.将具有周期参数扰动的Di?usionless Lorenz方程转化为带扰动的广义Hamilton系统.运用广义Melnikov方法获得了周期扰动对DLE的混沌消失判据,得到周期扰动的DLE从混沌状态进入低周期轨道的条件,同时相应的数值结果证实了结论的正确性与理论的有效性.

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 复杂动力学中分岔与混沌发展简介
  • 1.2 混沌理论相关概念和分析方法
  • 1.3 Lorenz 型系统族介绍
  • 1.4 本文的主要研究内容
  • 第二章 有且仅有稳定奇点的三维二次混沌系统及其受控系统
  • 2.1 系统描述及其典型混沌吸引子
  • 2.2 系统局部动力学
  • 2.2.1 奇点的稳定性
  • 2.2.2 Hopf 分岔及其周期解稳定性
  • 2.3 系统非混沌参数区域与奇异退化异宿环
  • 2.4 受控系统高余维分岔
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 有且仅有稳定奇点的广义Sprott C 系统
  • 3.1 广义Sprott C 系统及其特性
  • 3.2 系统局部动力学
  • 3.2.1 奇点的稳定性
  • 3.2.2 Hopf 分岔及其周期解稳定性
  • 3.3 混沌吸引子与不同类型奇点共存特性分析
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 有且仅有稳定奇点的三维指数型混沌系统
  • 4.1 指数型混沌系统及其特性
  • 4.2 指数型混沌系统局部动力学行为
  • 4.2.1 基本动力学性质
  • 4.2.2 Hopf 分岔及其周期解稳定性
  • 4.3 奇异退化异宿环
  • 4.4 分岔特性分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 周期参数扰动的Di?usionless Lorenz 方程研究
  • 5.1 周期扰动参数的DLE及其广义Hamilton 系统
  • 5.2 广义Melnikov 方法简介
  • 5.3 周期参数扰动的DLE 的周期轨道
  • 5.3.1 振动型周期轨道
  • 5.3.2 旋转型周期轨道
  • 5.4 本章小结
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间的研究成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

    • [1].慢性心力衰竭患者的动态心电图Lorenz散点图特点及与预后的关系探讨[J]. 中国实用医药 2020(18)
    • [2].分数阶时滞复Lorenz混沌系统的控制与同步[J]. 计算机应用研究 2017(03)
    • [3].分数阶复Lorenz混沌系统的控制与同步[J]. 计算机技术与发展 2016(11)
    • [4].基于类Lorenz的微弱信号检测及其电路实现[J]. 杭州电子科技大学学报(自然科学版) 2015(04)
    • [5].强迫Lorenz系统的可预报性研究[J]. 物理学报 2017(06)
    • [6].Lorenz混沌电路的改进及实现[J]. 湖南科技大学学报(自然科学版) 2015(04)
    • [7].简化Lorenz混沌系统的投影同步控制[J]. 电路与系统学报 2011(01)
    • [8].单向耦合下两个不同Lorenz系统的广义同步[J]. 物理学报 2010(03)
    • [9].非线性误差的信息熵理论及其在可预报性中的应用——以Lorenz系统为例[J]. 中国科学:地球科学 2013(09)
    • [10].Lorenz系统族的追踪控制[J]. 辽宁工业大学学报(自然科学版) 2011(04)
    • [11].新型类Lorenz系统的混沌控制[J]. 沈阳工程学院学报(自然科学版) 2010(04)
    • [12].Lorenz系统和超Lü系统的反步投影同步[J]. 邢台学院学报 2008(02)
    • [13].类Lorenz系统的反同步及其在保密通信中的应用[J]. 天水师范学院学报 2013(02)
    • [14].外强迫对Lorenz系统初值可预报性的影响[J]. 物理学报 2012(11)
    • [15].一个新的类Lorenz系统的脉冲控制与同步[J]. 长江大学学报(自然科学版) 2012(12)
    • [16].Lorenz系统的混沌同步以及在保密通信中的应用[J]. 赤峰学院学报(自然科学版) 2011(08)
    • [17].分数阶超混沌Lorenz系统及同步研究[J]. 太原科技大学学报 2010(01)
    • [18].Lorenz系统混沌轨道的概率分布特性[J]. 数学的实践与认识 2015(04)
    • [19].超混沌Lorenz系统的电路实现与应用[J]. 计算机工程与应用 2013(07)
    • [20].类Lorenz方程组的混沌控制[J]. 辽宁工业大学学报(自然科学版) 2010(04)
    • [21].基于三维Lorenz混沌的彩色视频加密[J]. 计算机科学 2013(S1)
    • [22].德国LORENZ插齿机的数控化改造[J]. 中国设备工程 2010(10)
    • [23].协同学,阴阳互变的Lorenz模型和太极数学[J]. 枣庄学院学报 2016(02)
    • [24].Lorenz混沌系统的近似有限时间稳定控制[J]. 物理学报 2011(10)
    • [25].Lorenz系统的一个线性反馈控制[J]. 合肥师范学院学报 2008(03)
    • [26].基于Lorenz三维系统的伪随机二值序列生成方法[J]. 四川文理学院学报 2017(02)
    • [27].基于Lorenz衍生的混沌系统参数调节自适应同步[J]. 襄樊学院学报 2011(02)
    • [28].基于Lorenz混沌系统的数字视频加密[J]. 微型机与应用 2011(04)
    • [29].Lorenz系统驱动声光双稳时空混沌系统并行同步的研究[J]. 光子学报 2008(04)
    • [30].基于Lorenz系统的混沌调制保密通信的电路实现[J]. 西北师范大学学报(自然科学版) 2010(02)

    标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  

    基于Lorenz型系统族的三维系统的复杂动力学研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢