非线性频率吸引系统的同步动力学

考虑振幅效应的Kuramoto模型,当振子之间存在耗散耦合和非线性频率吸引时,系统展示了丰富的动力学行为.数值分析了最近邻耦合系统的同步动力学行为,相同步和耗散耦合与非线性频率吸引之间的关系,非线性频率吸引对于多于2个振子的系统的同步具有促进作用.     

一类带有权重指数的振子网络同步行为

以二阶类Kuramoto振子为基础,构建了一类带有权重指数的振子网络模型,重点研究了权重指数对以振子为节点的网络同步能力的影响.通过数值仿真结果发现,频率指数的奇偶性对振子网络的同步能力有很大的影响.在频率取值形式一定的条件下,当耦合频率指数为偶数时,振子网络的同步能力增强,而当耦合频率指数为奇数时,振子网络的同步能力减弱.     

对次近邻单向耦合振子的同步研究

【目的】在Kuramoto局域耦合振子平均场模型基础上,探讨在非对称耦合作用下一维闭合环上次近邻Kuramoto相振子的同步动力学行为。【方法】在最近邻单向耦合振子的动力学模型的基础上,建立次近邻单向耦合振子的动力学模型来研究少数耦合极限环系统的行为;通过数值模拟,得出平均频率、系统序参量与耦合强度的关系;通过理论分析少体系统的动力学稳定性。【结果】通过比较文献,证明次近邻单向耦合振子对同步存在影响。当在少数耦合极限环系统下(N≤6),耦合强度大于一定阈值时,所有振子都被同步到平均频率上,序参量随耦合强度的增加而趋于1,而在振子较多(N6)时,在系统同步区域的序参量会出现多定态分支。【结论】一维闭合环上考虑次近邻耦合振子在非对称耦合作用下同步区域呈现多同步定态。非零稳态出现分支现象与耦合振子系统大小有关。     

复杂系统同步的自组织动力学与统计物理学

构建了复杂系统自组织同步行为的一般性序参量理论；讨论了利用Ott-Antonsen拟设等降维方法得到序参量的低维动力学方程，并从微观到宏观的不同层次介绍了复杂系统同步行为的机制、形式以及各种不同表现；探讨了异质耦合振子系统的同步序参量动力学，发现了异质耦合可以导致Bellerophon态.对于高阶网络耦合振子体系，通过研究，发现了突变性的去同步转变，该转变具有不可逆性；探讨了非线性序参量耦合振子系统的同步动力学以及同步附近各种类型的相变及相应序参量的标度性质；确定了集体动力学的突然去同步过渡、连续过渡和混合过渡等3种类型的相变.这些研究对于复杂系统集体行为的深入理解和应用有重要意义.     

耦合非线性振子的一些同步行为

本文以耦合Duffing振子为例研究了耦合非线性振子的一些动力学行为;研究表明,在不同的耦合强度情况下,出现不同的动力学特征.随着耦合强度的变化,耦合系统分别进入周期同步和混沌同步状态.     

复杂网络上的同步斑图

作为非线性时空系统中特有的现象,动力学斑图受到不同研究领域人们的共同关注.近年来,受网络科学发展的影响,人们对复杂网络中的各种集体动力学行为进行了深入研究,并在此过程中认识到网络结构对网络动力学的重要影响.因时空斑图是众多复杂系统实现其功能的动力学基础,又因复杂网络结构在现实复杂系统中普遍存在,故复杂网络中的斑图行为受到人们的关注.然而,受技术和方法的限制,目前人们对复杂网络中的斑图行为研究甚少.本文以全同混沌振子组成的耦合复杂网络为例,简要介绍了近年来人们在复杂网络同步斑图研究中所取得的一些进展,包括同步斑图的动力学特征、网络对称性对同步斑图的影响、同步斑图的稳定性分析理论以及同步斑图的控制方法等.同时,文中还将围绕现实复杂网络中遇到的一些具体问题,就目前复杂网络同步斑图研究中所存在的问题和面临的挑战进行简单的讨论.     

规则网络中流耦合作用对爆发式同步的影响

耦合振子系统的爆发式同步是许多生物系统自组织动力学行为的内在机制之一,因而倍受关注.考虑到现实生活中许多振子之间的相互作用是非对称性的,通过理论分析和数值计算方法,详细研究了规则网络中,流耦合作用对耦合相振子系统爆发式同步动力学行为的影响.结果表明,非对称的流耦合作用,在具有特定频率空间分布的耦合相振子系统中,有利于促进耦合相振子系统产生爆发式同步.耦合系统达到爆发式同步所需的临界耦合强度与流耦合强度成线性关系.此外,在同步区间可观察到集中锁相和分散锁相两种同步形式共存.通过理论分析,给出了流耦合作用对促进耦合相振子系统爆发式同步的内在机制.研究结果可以为更好地理解非对称耦合作用下耦合相振子系统的自组织现象提供理论支持.     

耦合Morse振子中测度同步的研究

研究了两耦合Morse振子的集体运动行为,研究表明当增大振子间的耦合强度时会出现测度同步现象.单个Moser振子能量随耦合强度的变化显示测度同步实际对应着分离到混合的转变.在这一转变过程中,确定了耦合Moser振子测度同步转变的临界指数率.而进一步研究振子的相位差随振子间耦合强度变化的关系,发现可以通过耦合振子的相锁定引入序参量用来表征这其中测度同步的相变.     

基于STDP耦合神经元集群同步活动

文章基于依赖峰电位发放时间可塑性(spike timing dependent plasticity,STDP),提出在外部周期刺激和噪声共同作用下全局耦合神经振子集群的相位演化模型,导出了描述神经振子集群整体活动的平均数密度的演化方程。数值模拟结果表明,神经振子集群同步活动的大小取决于STDP耦合机制、外部刺激强度和刺激频率。基于STDP耦合机制的神经振子集群的同步活动要大于无STDP耦合机制的。刺激对神经振子集群同步活动的影响取决于刺激强度和刺激频率。当系统特征频率大约为刺激频率的3倍时,神经振子集群的数密度呈现出周期性振荡行为;在相同的刺激频率下,神经振子集群的同步程度与刺激强度有关,刺激强度在一定范围内越强,同步程度越高。     

非线性频率牵引对系统集团化的影响

Kuramoto模型考虑振幅效应,并且振子之间存在耗散耦合、反冲耦合和频率牵引时,系统展示了丰富的动力学行为.数值分析了最近邻耦合系统的非线性频率牵引对系统集团化的影响.     

耦合极限环系统同步的振幅效应

研究了耦合极限环系统同步的振幅效应.结果表明,耦合系统中振子的平均频率随耦合强度的变化过程表现为同步分岔树结构,而振子的平均振幅随相同步的进程却是由均匀化逐渐分岔而达到非均匀化的过程.还发现振子振幅的变化范围在临界点处的突然减小.     

二次耦合对腔光振子的自治振荡调制

基于纳米机械谐振器的光腔交叉耦合模型,研究了光力二次耦合对光振子自治振荡的动态控制。针对之前工作仅局限于线性耦合过程,引入大位移情形下不可忽略二次耦合,研究了其对微振子动力学的影响。理论分析发现二次耦合的腔光力学系统具有参数振子效应,不但使振子更容易达到自治振荡,而且会诱发许多新的非线性动力学行为。在周期调制的光场驱动下,对绝热近似振子而言,二次耦合调控系统出现共振混沌行为;对全方程耦合系统而言,负的二次耦合能有效地降低能量共振频率,加强能量共振峰,在相同的参数条件下负的二次耦合使共振条件下极限环的面积扩大,预示着二次耦合可以有效控制振子能量的共振吸收。     

4团簇奇异态的移动特性

奇异态是一种包含同步振子区域和非同步振子区域的时空动力学行为,因其对初始条件的敏感性和"存活时间"较短而难以被捕捉到.在本文中,采用随机的初始条件,合适的耦合范围和相移参数,在非局域相位耦合振子系统中发现了缓慢移动的4团簇奇异态.并且同步团簇的移动速度随着系统尺寸的增加呈指数减小的趋势,最后达到稳定的4团簇奇异态.最后,使用Ott-Antonsen分析方法,再现了移动4团簇奇异态的时空动力学行为.     

非线性频率牵引与反应耦合的同步效应

研究了一个来自于真实系统模型的非线性频率牵引和反应耦合的同步效应．通过数值模拟的方法,讨论在少量振子数情况下,最近邻耦合系统中非线性频率牵引和反应耦合对系统同步的影响．非线性牵引和反应耦合都能够促进系统的同步,锁频时反应耦合会导致平均频率的不连续跳跃现象．     

二维耦合干摩擦振子黏滑运动分析

针对工程中广泛存在的二维干摩擦问题,通过引入斜弹簧建立一种可考虑x,y两个方向耦合的振子模型。定义摩擦力方位角来描述动、静摩擦力矢量分量,并考虑振子振动过程中可能出现黏滞,提出了一种分析二维耦合干摩擦振子黏滑运动的方法,给出了二维耦合干摩擦振子黏滑运动的复杂边界条件。基于指数型动态摩擦模型对二维耦合干摩擦振子的黏滑运动进行了数值仿真,给出了x方向和y方向相同激振频率相同相位角、相同激振频率不同相位角、不同激振频率不同相位角3种工况下的仿真结果及系统解随激振频率和相位角的变化规律。仿真结果表明,二维耦合摩擦振子运动中可能出现黏滑状态转换;当x方向和y方向的激励频率和相位角均不相等时,与前两种工况相比,质量块的运动轨迹、系统相图均为更加复杂的平面曲线,同时一个周期内系统可出现多次黏滑转换;两个方向激振频率相同时,改变激振频率和激励相位角,系统的解均没有出现次谐波,振子为周期运动。所提出的方法可为进一步研究二维耦合干摩擦振子的动力学特性及运动稳定性提供参考。     

周期刺激作用下耦合神经振子集群的同步

文章提出在外部周期刺激和噪声共同作用下全局耦合神经振子集群的相位演化模型,引入平均数密度描述神经振子集群的整体活动,利用Fokker-Planck方程导出了平均数密度的演化方程。数值模拟结果表明:刺激对神经振子群同步活动的影响取决于刺激强度和刺激频率;当刺激频率比系统特征频率小很多或者大得多时,神经振子集群的数密度呈现减幅振荡行为;当刺激频率接近系统特征频率时,神经振子集群趋于完全同步;在相同刺激频率条件下,神经振子集群的同步程度与刺激强度有关,刺激越强同步程度越高。     

耦合极限环振子同步的随机阻挫效应

考察了在考虑不同比例的阻挫时,极限环振子耦合系统同步的效应,称为随机阻挫同步效应.极限环振子相互耦合中含有较小比例的阻挫时,振子系统较为容易达到同步.而随着相互耦合中所含阻挫比例的增加,系统达到同步越来越困难.当达到一个较大的值时,同步就不可能达到.     

耦合混沌振子系统相同步的动力学行为

以耦合Dumng振子为研究对象研究了混沌系统进入同步态时的动力学行为．在对称耦合情况下随着耦合系数的变化系统达到各个混沌振子的相轨道完全相同较强的相同步态，通过计算Lyapunov指数表明，此时系统的前两个横向Lyapunov指数相等。     

多声子系统的多光机械诱导透明

提出了一个光学腔中包含三个可移动镜子的混合腔光机械系统的理论方案,这个光学腔被一束较强的耦合场和一束较弱的探测场驱动与三个机械振子线性耦合.利用平均场近似理论,得到系统的稳态解,并数值模拟了系统输出的探测场随失谐的变化关系.分析与数值结果显示,当三个机械振子的振动频率互不相等时,该系统出现三个透明窗口,当三个振子的振动频率两两相等、或三个都相等时,三透明就变成了双透明或单一透明窗口;同时发现,在所选取的参数范围内,腔场与振子之间的有效耦合系数及腔场的衰减率能够调控透明窗口的宽度,有效耦合系数越大或衰减率越小,透明窗口越宽;如果腔中存在N个机械振子,当N个机械振子的频率互不相等时,此系统会出现N透明现象,否则,透明窗口的个数会有所减少.     

基于混沌系统的数字图像加密及仿真

混沌系统有着复杂的动力学行为,采用复杂的8-涡卷蔡氏混沌系统,利用它的混沌特性,在驱动响应式同步的基础上,加入信号后再形成一个闭环和反馈,使驱动系统和响应系统达到同步的目的,以实现对数字图像的加密与解密.最后通过采用Matlab仿真软件,编写相应的加解密程序,给出了仿真的效果图.