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非光滑系统作为一类含有特殊非线性结构的动力系统存在着广泛的工程背景,同时,蕴含了许多特殊的非线性现象,受到各国学者的高度重视。由于电路模型在实验上比较容易构建,并且非线性电路往往存在着开关、阈值、脉冲控制等大量非光滑因素,因此本文选择电路模型作为探索非光滑系统复杂行为的研究对象。迄今为止,各国学者在非光滑系统方面取得了许多研究成果,然而大多数工作都是围绕一个时间尺度开展的。在实际电路系统中,由于电路参数的可调性较大,非线性电路的动力学行为可能显示出多时间尺度系统的快慢效应,因此,有必要详细研究非光滑电路系统的快慢效应。基于这样的背景,论文着重探讨了一类由分段线性引起的非光滑电路在两时间尺度下的快慢动力学行为及其簇发现象。
自从1983年L.O.Chua提出著名的“蔡氏电路”以来,各国学者通过实验、计算机模拟、理论分析等多种研究手段对该电路中混沌行为进行了研究。在经典的蔡氏电路的基础上,各种修改的模型被建立起来。本文分析了具有一对对称分界面的五阶自治广义蔡氏电路在两时间尺度下的快慢动力学行为。根据状态变量变化的快慢,把全系统划分为快子系统和慢子系统两组,分析了快子系统向量场不同区域内平衡点的稳定性。进而将慢变量看作快子系统的控制参数,讨论了平衡点的各种分岔行为,尤其是子系统轨迹穿越分界面时的各种非光滑分岔,例如多次穿越非光滑分岔等,指出非光滑系统的分岔行为与向量场的分界面密切相关。在一定的参数条件下,系统的周期解为簇发解,表现出明显的快慢效应,根据快慢分析法分析了不同簇发解的分岔行为,揭示各种簇发现象的产生机理。
由于包含了多个非光滑分界面,因而具有三对非光滑分界面的四阶广义自治蔡氏电路和三阶广义非自治蔡氏电路,同样具着异常丰富的动力学行为。文中应用快慢分析法讨论了四阶广义自治蔡氏电路在两组参数条件下的特殊簇发现象,即FFHF簇发和FF簇发,探讨了系统轨迹在穿越非光滑分界面时的非光滑分岔机制,揭示了多吸引子共存时不同簇发行为的形成机理以及非光滑分岔对簇发行为的影响。最后分析了具有三对非光滑分界面的三阶广义非自治蔡氏电路,在探讨了系统产生加周期分岔产生的原因之后,又讨论了在低频激励下不同外激励的频率和振幅对簇发现象的影响。