非线性科学的研究主流综述

主要围绕非线性科学所研究的非线性现象，基本概念，研究方法和应用所涉有涉及的领域作一简要介绍，非线性科学研究不同领域非线性现象的共同特征，体现了各学科之间的相互渗透和联系，最后，简单阐述一下飞行力学中所涉及的非线性问题及研究状况，对今后的研究方向和问题进行一些讨论。     

一类非线性系统的混沌控制

 描述航天器、陀螺和气浮台等刚体姿态运动的欧拉动力学方程,是一个具有广泛代表意义的三阶非线性方程。当该方程中的参数取不同值时,可得到著名的Lorenz系统、Rssler系统、Newton-Leipnik系统、Chen系统及Lü系统。在不同的外力矩作用下,该动力学系统会呈现出相当复杂的动力学行为。从该系统中,发现了一大类新的混沌吸引子。本文分析了这一类混沌吸引子具有的共同特征,并采用基于输出反馈的PI型控制器将一种新的混沌运动稳定于指定平衡点。仿真结果表明,该控制器能够有效地抑制混沌,能将系统稳定于任意指定的不稳定平衡点。     

混沌及其意义探讨

简述了混沌研究的历史,介绍了混沌的主要概念及其特征,揭示了物质和物理世界广泛存在的混沌现象,分析和探讨了混沌对世界观的巨大冲击,从哲学方面论证了它是现代科技革命的主要推动力之一.最后描述了混沌对现代科学各方面所产生的影响.     

考虑外圈局部缺陷的滚动轴承非线性动力特性

 建立了考虑滚动轴承外圈局部缺陷、非线性轴承力和径向游隙等非线性因素的滚动轴承系统动力学微分方程,并用Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解。利用分岔图、Poincaré映射图、频谱图以及均方值、峰值因子、峭度等时域参数,分析了滚动轴承的响应、分岔和混沌等非线性动力特性。结果表明：考虑外圈局部缺陷的滚动轴承系统存在多种周期、拟周期和混沌响应;滚动轴承系统进入混沌的主要途径是倍周期分叉;峰值因子比率在中、低速,峭度比率在低速时可以很好地识别外圈局部缺陷。均方值比率除了在与轴承动力特性有关的个别转速外,可以在较大的转速范围识别外圈局部缺陷。     

变结构控制系统中的混沌现象

应用相轨迹、功率谱等方法,证实了一类变结构控制系统中存在混沌现象,分析了产生混沌现象的原因并给出不同条件下的混沌图形。     

考虑表面波纹度的滚动轴承-转子系统非线性动力特性

提出了考虑滚动轴承内外圈滚道表面波纹度、Hertzian弹性接触力和径向游隙等非线性因素的滚动轴承模型,建立了滚动轴承-转子系统的动力学微分方程,并用Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解.利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数变化时的滚动轴承-转子系统的分岔、混沌等非线性动力特性.结果表明:外圈波纹度波数与滚动轴承滚珠数目相等时,转子系统会产生强烈振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔;内圈波纹度引起的振动频率与波数有明确的函数关系.      

非线性系统的超临界Hopf分岔控制

介绍了基于微分几何法和线性二次型最优控制相结合的单输入单输出非线性系统控制器的设计方法以及结合wash-out-filter方法的2-维非线性系统的超临界Hopf分岔控制器的设计方法。利用这两种方法对仅有一个分岔点的非线性系统分别设计了超临界Hopf分岔控制器，并对这两种控制方案的本质进行了总结，同时对控制效果进行了仿真，仿真结果表明这两种控制方法均能保证系统在系统参数使可能的变化范围内渐近稳定。     

基于非线性多基站分布式混沌随机共振方法的无线通信系统定位技术研究

针对传统的无线定位方法容易受到接收信号信噪比低和无法接收直射信号的影响,将导致其性能下降乃至严重时方法失效。提出了一种基于非线性多基站分布式混沌随机共振信号增强技术的无线通信系统定位方法,通过利用基站端的接收阵列构造接收信号的分布式功率谱,并对多个接收基站的分布式功率谱进行融合,可以较为有效地解决上述问题。通过仿真,验证了所提出方法的可行性和有效性,与传统无线定位方法相比,该方法的定位精度得到了有效改善。     

组织系统的混沌性质

从复杂性科学的新视角,提出组织是具有无序动态性的非线性、非均衡的复杂系统,具有自发的自组织和创造性的破坏功能.非线性组织系统具有三种状态:稳定、不稳定和混沌,不同的状态具有不同的性质.而混沌是人类系统最基本的性质,这种性质同样适用于企业组织,它可以为企业的战略更新提供条件和动力机制.     

基于混沌理论滚动轴承振动稳健化试验数据的动态分析

提出改进的Huber M方法是以中位数和Huber M方法两种稳健化处理相融合的一种对数据进行稳健化处理的方法.用中位数和数据平均值相似度判断数据是否有变异,根据变异率变化趋势确定变异率.发现在0%~10%变异率范围内,滚动轴承振动数据的连续性和可信度随着变异率的增加而增强.用混沌理论分析滚动轴承的动态特性,发现同一批次的滚动轴承振动有相同的时间延时、嵌入维数、最大Lyapunov指数,其中最大Lyapunov指数均大于0即属于混沌特征,进一步计算最大可预测周期,最大可预测周期为667个单位.滚动轴承振动时间序列物理空间的中位数和相空间的估计关联维数为非线性非单调性的内在运行机制,为滚动轴承振动的动态分析进一步提供可靠的依据.      

电压变化时Boost PFC变换器的混沌和分叉现象

利用小信号模型对开关电源控制器进行设计过程中常出现混沌分叉等不稳定现象。以工程设计的角度,建立了平均电流型BoostPFC的精确电路模型,分析了系统中存在的非线性现象,结合非线性分叉和混沌理论对这类非线性现象进行了详细的分析和推导。     

基于CR理论的大柔性机翼几何非线性结构建模

大柔性机翼在气动载荷的作用下,将产生显著的弹性变形,常规线弹性理论的小变形假设不再成立,需要采用能够考虑几何非线性效应的结构模型进行求解。基于CR(Co-Rotational)共旋转有限元理论,把几何非线性大变形分解为刚体的旋转和平移及局部坐标系下的弹性变形,建立了适用于大柔性机翼几何非线性变形描述的结构模型。以大柔性悬臂梁为例,采用载荷增量法,研究了集中弯矩作用下的非线性变形特征,对静力学方法进行了验证,并讨论了耦合加载几何非线性变形特征;以类"太阳神"太阳能布局无人机(UAV)为例,研究了其几何非线性大变形特性。     

非线性时间序列的动力学混沌特征自动提取技术

提出了一种非线性时间序列混沌特征的自动提取方法.该方法直接根据非线性时间序列, 依次计算出延迟时间、嵌入维数、相关维数、最大李雅普诺夫指数、相轨迹特征以及Poincare特征等混沌特征, 整个特征的提取过程自动完成, 毋须人工干预.最后用算例表明了该方法的有效性和正确性.该方法对于利用非线性混沌特征进行非线性系统故障诊断和趋势预测具有重要意义.      

转子—非圆轴承系统非线性动力学行为的研究

非线性油膜力数据库方法获得非圆滑动轴承的非线性油膜力,利用 Runge-Kutta法、Poincaré映射和频谱图对刚性 Jeffcott转子—椭圆轴承系统在较宽参数范围内的分叉和非线性动力学行为进行研究。得到了系统在某些参数域的分叉图、时间历程、频谱图、相图、Poincaré映射图。研究结果表明:在特定参数范围内系统存在倍周期分叉、Hopf分叉、解的跳跃、K-T周期解、概周期运动和混沌运动等非线性动力学行为。      

Research on dynamical behavior and design of control parameter for nonlinear magnetic-control system

Ｍａｇｎｅｔｉｃｌｅｖｉｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｎａｃｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｉｓｆｉｔｆｏｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｏ－ｔｉｏｎ,ｂｅｃａｕｓｅｉｔｉｓｆｒｅｅｏｆｔｈｅｌｉｍｉｔｏｆｄａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅ．...     

多自由度强非线性柔性转子—挤压油膜阻尼器系统的分叉与混沌响应

 对航空发动机常用的柔性转子—非同心型挤压油膜阻尼器系统的受迫不平衡响应的分叉与混沌行为进行了研究,所研究的系统是8 自由度16 阶的强非线性系统。通过分析系统响应的轨迹图、分叉图和Poincare 图发现:系统响应中存在多种周期(协调、亚谐和超谐) 和非周期(拟周期和混沌) 响应形式。在整个转速比区间内,周期响应和非周期响应是交错分布的。该系统有拟周期分叉和倍周期分叉等分叉形式。系统响应进入混沌的道路主要有:周期倍化分叉进入混沌;拟周期分叉进入混沌和阵发性进入混沌。而系统退出混沌的道路主要有:周期倍化分叉退出混沌和拟周期分叉退出混沌。     

考虑摩擦的多间隙直齿弯扭振动建模和分岔特性

采用集中质量法,建立了齿轮-转子-轴承系统的六自由度的多间隙弯扭耦合的非线性振动模型,模型中考虑了齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和支承间隙等因素.根据系统在转速、齿侧间隙、齿面摩擦以及啮合阻尼等参数下的全局分岔图和Poincare截面图,研究了各参数对系统分岔特性的影响.分析可知:在一定的齿侧间隙、啮合阻尼和低齿面摩擦因数下,随着转速的逐渐增加,系统通过拟周期分岔进入混沌.当齿面摩擦因数逐渐增加时,系统由良好润滑状态进入干摩擦,系统的混沌运动区域也因此在一临界点产生裂变,且通过激变的途径二次进入混沌;在一定的转速、啮合阻尼和齿面摩擦因数下,随着齿侧间隙的增加,系统通过激变进入混沌,同时可以发现,系统产生混沌和分岔主要发生在量纲一齿侧间隙小于3和大于7的区域,且最终通过倒分岔锁相为周期1运动;在一定的转速、啮合阻尼和齿侧间隙的条件下,随着齿面摩擦因数的增加,系统通过激变进入混沌.同时发现,随着啮合阻尼的增加,混沌区域逐渐裂变成2个、3个和4个混沌窗口,但最终都经由拟周期锁相为周期1运动.