本项目定位于应用基础性研究,针对精密加工机械系统和具有缓冲连接件的工程结构,兼顾交通、系统生物学、电子和光子通讯、神经和信息网络等新技术中出现的各种时滞耦合动力系统,在受控系统时滞动力学研究成果的基础上,通过对以时滞为中心的耦合系统复杂动力学机制、时滞镇定耦合系统的实验基础和实现、快慢变耦合时滞系统动力学、时滞神经网络同步和去同步四个科学问题的研究,重点认识耦合系统中客观存在的时滞诱发的复杂动力学及其产生机理,更加深入认识上述工程界和自然界存在的系统新的动力学行为,建立时滞利用的理论依据和应用基础,初步形成高维状态变量时滞系统动力学研究的分析方法。在本项目中,对动力学的研究是基础,深刻认识时滞耦合系统的复杂动力学及其动力学机理则有助于对动力系统设计恰当的控制,获得所需要的各种动力学行为。
delayed system;strong and weak resonances;delayed absorber and isolator;fast-slow systems with delay coupling;synchronization and anti-synchronization
本项目以智能化技术和时滞系统动力学理论发展需求为驱动,按照项目书提出的研究目标,系统深入地研究了四类科学问题,即 (1) 以时滞为中心的耦合系统复杂动力学机制; (2) 时滞镇定耦合系统的实验基础和实现; (3) 快慢变耦合时滞系统动力学奇异性; (4) 时滞神经网络同步和去同步。项目取得了一些创新性成果,表现在提出研究时滞耦合系统非共振和共振分岔(高余维)及其分类, 从理论上证明了时滞耦合系统内共振有弱和强之分,并给出了响应的解析判据,发现强共振是导致耦合时滞系统复杂动力学的机理;提出了研究时滞振动系统周期运动的积分迭代法,构造了逐次迭代算法,开发了Maple环境下符号计算程序;针对多自由度非线性耦合时滞系统,提出了一种简单但具有鲁棒性的时滞辨识算法,并解决频域时滞辨识结果的多值性;提出利用时滞和非线性对振动系统进行吸振和隔震的学术思想,并设计和构造了时滞动力吸振器和准零刚度时滞隔震器,建立了两器技术实现的基础理论并通过实验验证了理论和技术的可行性;建立了快慢变时滞系统慢变流形和快变流形与系统动力学行为的关系,揭示了快慢变耦合时滞弹性关节系统多种复杂快慢振荡的产生机理,给出了实现稳态运动一种新的、简单有效的控制驱动策略;发现具有时滞耦合的快-慢变系统的时滞会改变系统第一次发生脉冲响应的时间和位置,给出了相应的解析计算公式和分岔滞后逃逸的判据;提出有别于Lyapunov方法判断耦合系统广义同步的新解析判据,解析地给出了周期解正向同步和反向同步解时滞临界值的解析判据,发现时滞反向同步和Stick-slip联合效应可大幅度提高蠕虫型移动系统的运动速度。 项目共发表期刊论文76篇(其中英文期刊69篇,中文核心期刊7篇),其中SCI索引69篇,EI索引62篇,SCI他引161次,参与编写了一本英文专著的两个章节。项目组成员1人获得教育部新世纪人才。参与项目的研究生中,1人获得上海市优秀博士学位论文,3人获得校级优秀博士学位论文,1人获得SPIE2014国际学术会议最佳学生论文一等奖。毕业的项目组研究生6人获得国家自然科学青年基金。项目组共组织了8次国际或国内学术会议,并有4次在国际会议上做特邀报告。通过四年的工作,完成了所有预定的研究目标。