混合系统容易产生复杂行为,其中混沌最为典型。弄清这些行为与演变规律是对其控制与应用的前提。由于该研究依赖大规模数值计算,不少现有成果不完整或不严格。为此,本项目通过异构计算与混沌理论的交叉结合,用GPU+CPU的强大计算能力去突破计算瓶颈,形成复杂行为与相空间不变集的刻画与延续研究的新方法与理论,更加细致、全面且高效地揭示混沌不变集、及其随参数的演变规律,解决混沌判定、混沌转变的一些难题,并用于混合哈密顿控制系统、数模混合电路等研究。主要如下1)研究异构平台上的数值方法与流形算法,弄清连续、周期、吸引、流形等子集,实现相空间行为与结构的基本分析;2)研究混合系统的可靠计算、拓扑马蹄的理论条件与检测算法,实现严格高效的混沌判定与不变集刻画;3)研究拓扑马蹄在参数域上的最大化延续问题,实现混沌不变集随参数的演变规律的分析,进而揭示混沌-超混沌、混沌-暂态混沌等转变机制,探索通向混沌的新道路。
Topological horseshoe;Chaos transition;Heterogeneous computing;Hybrid system;Dynamic walking
混沌作为混合系统一种典型复杂行为,对认识系统状态演化、进而控制应用有重要意义。严格依照《基于异构计算的混合系统混沌判定及其转变研究》的内容与计划进度,以异构计算和可靠计算为基础,结合拓扑马蹄理论,研究系统不变集的结构,解决混沌的计算机辅助判定问题,探索混沌转变的新机理,并加以应用。1)用GPU+CPU 的强大计算能力去突破计算瓶颈,得出异构庞加莱映射算法,提速约200倍,实现相空间行为(周期、混沌等)与结构(流形、吸引域等)的高效分析;2)结合可靠计算方法与拓扑马蹄理论,得出易于使用的检测算法,并实现为软件工具箱,解决了二维、三维映射中混沌、超混沌的不变集刻画与判定问题;3)分析混沌不变集随参数的演变规律,探索通向混沌的新道路,发现混沌-超混沌“光滑”转变的新机理,发现融合加周期与倍周期分岔到混沌的新模式;4)应用上述成果,阐明了Nature报道的薄膜起皱的机理,发现双足机器人被动行走的新步态,发明了多种混沌A/D转换器。发表SCI论文24篇、申请发明专利8项,获得软件著作权2项,研制机器人节能行走样机6种,获得中国侨界贡献奖1次。