含双时滞主动控制系统平凡平衡解稳定性的数值分析

采用精细积分方法求解含双时滞受控系统的平凡平衡解,根据不同时滞量下系统响应的敛散性判断系统的稳定性,得到了时滞受控系统随时滞变化的稳定区域分布,避免了求解时滞系统特征方程的困难.在此基础上,分析了不同时滞量和反馈增益对系统稳定区域的影响规律,结果表明:随时滞量的变化,系统的稳定区域与不稳定区域是交替分布的,当2个反馈增益相差较大时,与较大的反馈增益相关的时滞量对系统的稳定性影响更为显著.     

时滞位移反馈Liénard振子的多稳态解

对Liénard振子系统引入时滞反馈,定性地研究时滞反馈对Liénard振子系统周期解的影响,发现时滞可使系统出现多个周期解共存的现象.利用一阶近似多尺度法直接地预测了由时滞导致的系统周期解个数及其稳定性随着时滞反馈增益和时滞量的变化规律.数值上采用四阶Runge-Kutta法,验证了理论分析结果的有效性,并划分不同周期解所对应的吸引域.研究结果对控制系统的镇定和系统同步有着潜在的应用价值.     

一类三阶混沌系统的分支分析与混沌控制

从稳定性与混沌控制的角度,研究了时滞对具反馈控制的三阶混沌系统动力学性质的影响.首先,研究时滞对系统平衡点稳定性的影响以及Hopf分支的存在性.其次,应用中心流形理论和规范型方法,得到了决定分支周期解的稳定性和方向的详细计算公式.通过设计合适的反馈增益和时滞,混沌振荡转变为稳定的不动点或稳定的周期轨.最后,用数值模拟验证了理论结果的有效性.     

时滞位移反馈Liénard振子的多稳态解

对Lifinard振子系统引入时滞反馈,定性地研究时滞反馈对Lifinard振子系统周期解的影响,发现时滞可使系统出现多个周期解共存的现象．利用一阶近似多尺度法直接地预测了由时滞导致的系统周期解个数及其稳定性随着时滞反馈增益和时滞量的变化规律．数值上采用四阶Runge-Kutta法,验证了理论分析结果的有效性,并划分不同周期解所对应的吸引域．研究结果对控制系统的镇定和系统同步有着潜在的应用价值．     

时滞Duffing方程的多周期解

研究了时滞线性位移反馈对一类单自由度非线性的自激振动系统动力学行为的影响规律。所考虑的数学模型为时滞Duffing方程,是由原Van der Pol-Duffing振子系统加入线性时滞位置反馈而得到。定性地研究时滞和反馈增益联合作用对Van der Pol-Duffing系统周期解的影响规律,发现时滞可使该系统出现多个周期解共存的现象。通过本文构造的解析方法,从理论上预测了由时滞导致的系统周期解个数及其稳定性随着时滞反馈增益和时滞量的变化规律,得到了不同周期解的频率和振幅。从数值上采用Runge-Kutta法,验证了理论分析结果的有效性,并划分不同周期解所对应的吸引域。结果对进一步研究镇定系统和混沌运动机理有着潜在的应用价值。     

Mackey-Glass时滞系统的稳定性与混沌控制

研究了时滞对Mackey-Glass系统动力学的行为影响和混沌控制.首先,时滞反馈控制不能使系统的零平衡点控制为稳定的.对于非零平衡点,从系统线性化方程的特征方程根的分布入手,分别研究了具有单时滞和双时滞系统的线性稳定性.发现当系统中的时滞经过一系列临界值时,系统经历了Hopf分支.其次,应用时滞反馈控制方法,选择合适的反馈增益和时滞使系统在不稳定非零平衡点附近出现周期轨.最后,通过数值模拟检验了理论结果.     

时滞反馈磁浮控制系统的周期运动稳定性分析

研究了控制回路中速度反馈信号存在的时滞对非线性悬浮系统稳定性的影响.以时滞为参量,给出了系统发生Hopf分岔的条件.运用规范型法和中心流形法解析地确定出表征时滞磁浮系统中Hopf分岔方向、周期解的稳定性及周期变化的特征量.通过数值模拟验证了主要结果的可靠性,且分析表明,当时滞量达到临界值时,系统将会经历一个亚临界Hopf分岔而产生不稳定的周期振动.     

控制时滞对负刚度Duffing系统动力学特性的影响

对时滞反馈控制负刚度Duffing系统的动力学特性进行了研究．以时滞量为参数，通过分析对应线性系统特征方程的根的分布，讨论了平凡解的稳定性，得到了平凡解发生Hopf分岔而失稳的临界时滞量以及临界时滞量与系统控制参数的关系．采用数值方法研究了时滞对系统强迫振动的影响，结果表明时滞量的增加不仅导致系统稳态周期运动的振幅增加，而且会导致出现概周期运动、多倍周期运动等复杂的动力学行为，并能引起系统失控．因此，在系统控制环节设计时应充分考虑时滞的影响．     

时滞反馈及轴力作用下弹性梁的非线性振动

基于时滞反馈控制策略及Euler-Bernoulli梁理论,建立了轴力作用下弹性支座压电耦合梁的非线性动力学模型.通过模态分析和线性稳定性分析,得到了压电耦合作用时滞反馈条件下的系统稳定性条件.采用Galerkin方法和非线性振动的多尺度法,从理论上推导出时滞动力系统的分岔响应.结果表明,对于某一确定的时滞,控制增益的变化可能会导致周期运动、拟周期运动以及混沌运动.     

大型钢管桁架结构的静载试验研究

对一个stuart-landau系统引入时滞状态反馈,研究时滞对非线性系统动力行为的影响。发现时滞可使系统出现周期振动,与无时滞系统不同之处在于有多个周期吸引子共存的现象。从理论上预测由时滞导致的动力学行为,得到周期解的解析形式。随着时滞量的变化,周期解个数及其稳定性发生变化。并通过对比周期解的数值解和解析解,数值验证多周期吸引子共存的现象。这些结果对控制系统的振动和系统同步等有着潜在的应用价值。     

Nonlinear dynamics of controlled mechanical systems

Unavoidable time delays in the feedback path of a controlled mechanical system may render the sys- tem unstable, and block the development and the application of dynamic control. This paper summarizes the recent work of the authors on the dynamics of controlled mechanical system with time delays. It starts with the dimensional reduction of delayed nonlinear systems composed of stiff and soft substructures and then presents the experimental modeling of lin¬ear and nonlinear mechanical systems with the time delays in state feedback taken into account. In the frame of linear controlled systems, this paper outlines the analysis of delay-independent stability and stability switches with the increase of time delay, the stability analysis in the case of short time delay, and the robust stability analysis of the system pos¬sessing uncertain parameters. Afterwards, the paper briefly discusses the primary resonance and subharmonic resonance, as well as the corresponding stability analysis, of a kind of harmonically forced Duffing oscillators with time delay, and the stabilization of periodic motion of nonlinear delayed systems. Finally, the applications of the stability analysis ap¬proaches to structure controls and active chassis of ground vehicles are outlined.     

一类非自治单种群阶段结构时滞模型的一致生存与全局渐近稳定性

研究了具有分布连续和离散时滞三个成长阶段的单种群模型，得到了与时滞有关的系统一致持久性的充分条件；同时通过构造Lyapunov函数得到了与时滞有关的系统全局渐近稳定的充分条件。最后由己知的文献推导出系统在持久性的条件下具有至少一个正周期解，进一步，如果系统满足全局渐近稳定的条件，则系统具有惟一全局渐进稳定的正周期解。     

具有离散时滞的两种群模型的稳定性

讨论了具有离散时滞的两种群模型的稳定性,利用Rouche′s定理,得到了分支周期解存在及其稳定的充分条件。利用代数理论,得出了系统正平衡点条件稳定的充分条件,并把时滞作为分支参数,给出了分支点出现的条件,分析了分支周期解的稳定性。     

2型糖尿病血糖-胰岛素调节系统的稳定性研究

针对2型糖尿病建立了一个三时滞微分方程模型来描述糖尿病患者体内血糖-胰岛素调节系统的动力学行为.通过定性分析,得到了系统解的正性及有界性;通过构造Lyapunov函数的方法证明了在2型糖尿病患者体内胰脏仍保留部分胰岛素分泌功能的情况下,系统的正周期解是全局渐近稳定的,并给出了相应的稳定性判据.     

具有饱和执行器的随机中立型系统的均方指数稳定性

讨论具有饱和执行器的混合时滞随机中立型系统的均方指数稳定性.在考虑了时变时滞依赖和分布时滞效应的系统状态中融入具有Markov跳变的随机中立系统,针对此类系统设计了一个无记忆饱和状态的反馈控制,构造合适的Lyapunov-Krasovskii函数,由时滞分割法得到系统的最大时滞上界,采用线性矩阵不等式方法,推导出系统均方指数稳定的充分条件并进一步得到较小保守性.数值例子说明该方法的有效性.     

一类时滞位移反馈参数激励系统的复杂动力学行为

 考虑一个具有二次方和三次方非线性的单自由度参数激励系统，对系统引入一个主动控制即线性时滞位移反馈，定性地研究系统中时滞反馈对系统动力学行为的影响。首先运用规范型方法，给出由分岔产生的周期解的解析形式。进而解析地预测了由时滞导致的系统周期解的个数及其稳定性随时滞量的变化规律。发现时滞能够引起系统平衡点失稳，出现多吸引子共存现象。最后采用4阶Runge-Kutta法和点映射方法给出数值结果。并对多吸引子的吸引域进行了划分，给出了时滞导致的系统的概周期吸引子。数值结果与理论预测的一致性验证了理论分析结果的有效性。研究发现时滞可使系统出现复杂的动力学行为。本文结果对控制系统的镇定和系统同步有潜在的应用价值。     

具有时滞S型Holling功能性反应模型的Hopf分支

研究了一类具有离散时滞的Holling型功能反应生态系统的稳定性与Hopf分支问题.由特征值理论得到系统正平衡态局部渐近稳定的充分条件;以时滞τ为参数,得出系统存在Hopf分支的条件及分支附近周期解的稳定性;通过实例验证定理条件和结论的可实现性,利用Matlab软件绘出不同参数值的解曲线,并对图像进行对比分析.     

具多时滞和离散时间非自治互惠系统的正周期解

利用延拓定理, 考虑具有多时滞和离散时间的非自治互惠系统正周期解的存在性. 先用分析技巧得到一个有界开集, 再由重合度理论得到系统至少存在一个周期正解的充分条件. 结果表明, 具有多时滞和离散时间的非自治互惠系统会产生生物性周期振荡现象, 并且时滞是无害的.