Моделювання динамічних систем

Download Report

Transcript Моделювання динамічних систем

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Моделювання динамічних систем З допомогою апарату диференціального числення можна вияснити основні координат, тощо.

якісні характеристики поведінки складної функції навіть без детальної побудови її графіка.

Для цього досить виявити особливі точки, у яких її похідні перетворюються в нуль, визначити ділянки зростання та спадання функції, знайти точки перетину з осями Фазовий простір. Фазовий об’єм.

   1

k

2

x xy

 

k

1

xy

 2

y

.

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Особливі (стаціонарні) точки

(

Моделювання динамічних систем

x

  0 ,  0 )

Приклад 1.

Лінійні системи.

    

dx dt dy dt

ax

by

cx

dy x

Ae

t y

Be

t

A

B

aA

bB

cA

dB a

 

c d b

   0  1 , 2 

a

d

2  (

a

d

) 2  4 (

ad

bc

) 4

x y

 

c

11

e

 1

t c

21

e

 1

t

c

12

e

 2

t

, 

c

22

e

 2

t

.

У випадку λ 1 , λ 2 ≠ 0 існує лінійне однорідне перетворення координат, що приводить систему до канонічного вигляду

d

dt

  1 

d

   2 

dt

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Моделювання динамічних систем Випадок 1.

λ 1 і λ 2 дійсні та одного знаку

d

d

  Сімейство парабол.

 2  1    

c

  ,

де

    2 1 λ 1 і λ 2 < 0 стійкий вузол; λ1 і λ2 > 0 нестійкий вузол .

.

Випадок 2.

λ 1 і λ 2 дійсні та різних знаків

d

d

       

c

   ,

де

    2 1 Сімейство гіпербол.

Випадок 3.

Один з λ 1 і λ 2 є нульовим (напр. λ 1 ) , коли Система має цілу пряму

ax

by

 0 точок рівноваги

ad

bc

 0 Наближення, або віддалення від положення рівноваги залежить від знаку другого кореня  2 

a

d

Моделювання динамічних систем

.

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Випадок 4.

λ 1 і λ 2 комплексно-спряжені  1  

p

iq

u

iv

 2   

u p

 

iv iq du

pu

qv dt dv

dt pv

qu

*

u

 *

v dv du

pv

qu pu

qv r

ce p

q du dt

i dv dt

 (

p

iq

)(

u

iv

)

du dt

i dv dt

 (

p

iq

)(

u

iv

)

u

v

r

cos 

r

sin 

dr d

 

p r q

1 2 

d

dt

u

2  

p

v

2 Re  Re   0  0 Стійкий фокус Нестійкий фокус

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Моделювання динамічних систем

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Моделювання динамічних систем Приклад 2. Лінійний осцилятор із затуханням.

x

  2 

x

 

x

 0 1 .

0    1

y x

 

x

Ae

 

t

  cos( 

t Ae

 

t

  

C

), cos( 

t

  

C

)   sin( 

t

 1 

C

 2 )  2 .

  1

x

Ae p

1

t

Be p

2

t

, (

y

p

1

x

)

p

1 

C

(

y

p

2

x

)

p

2

p

1 , 2  1 2 (     2  1 )

λ = 0 Центр λ < 1 Стійкий фокус λ > 1 Стійкий вузол

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Приклад 3. Нелінійні системи. Сідло-вузол.

x x

  1 2    

x

1 2

x

2

Приклад 4.

   sin

Маятник.

  0

x

1 

x

,

x

2 

Моделювання динамічних систем

 

y

  

y

 sin(

x

) Коливний рух Обертовий рух Сепаратриса.

Ділить фазовий простір на області з різною поведінкою

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Маятник з тертям.

Моделювання динамічних систем Приклад 5. Нелінійна система в полярних координатах . Фокус і граничний цикл.

          (    ) Y λ < 0 Y λ > 0 Х Х (x 0 ,y 0 ) Рис. 2. Фокус і граничний цикл.

Теорема Бендиксона – Пуанкаре (без доведення).

Фазова траекторія на площині може піти у безмежність, «впертися» в особливу точку, або «намотатися» на граничний цикл.

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Поле напрямків .

    

dx dt dy dt

 

f

(

x

,

y

)

g

(

x

,

y

)

dy dx

g

(

x

,

y

)

f

(

x

,

y

) 

tg

Метод ізоклин .

dy dx dy

dx

const y

2 

x

2

Моделювання динамічних систем

Лекція 6. Якісна теорія динамічних систем.

Моделювання динамічних систем Література.

1. Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой: Лекции соросовского профессора: Учеб. пособие. Москва-Ижевск. Институт компьютерных исследований, 2002, 144 с.

2. Белых В.Н. Элементарное введение в качественную теорию и теорию бифуркаций динамических систем.

http://sins.xaoc.ru/pdf/articles/articles_r028.pdf