非线性电路中的沌现象实验理解与思考_研究性实验报告.doc

非线性电路中的沌现象实验理解与思考_研究性实验报告.doc

  1. 1、本文档共16页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
非线性电路中的沌现象实验理解与思考_研究性实验报告

非线性电路中的混沌现象实验理解与思考 摘要 本实验共分为4部分 第一部分为实验原理的阐述,基于对于实验原理的理解和讨论,介绍了混沌现象的发现与完善,及本小组对于混沌现象的深入体会和理解。 第二部分为实验操作过程介绍,介绍了实验过程中详细的操作流程,和本小组在做实验过程中的经验与总结。 第三部分为实验原始数据的处理,是在原有数据处理上的加深与全面分析。 第四部分即对于本实验的理论层面深入讨论与分析,是小组成员深入思考与讨论的结果。 关键词:混沌与秩序;蝴蝶效应;非线性电路;实验思考 一、实验原理表述与探讨 非线性是自然界中普遍存在的现象,正是非线性的存在构成了多姿多彩的自然界。从数学上来说,非线性(non-linear) ,是指输出输入不是正比例的情形。宇宙形成初的混沌状态。自变量与变量之间不成线性关系,成曲线或抛物线关系或不能定量,这种关系叫非线性关系首先在对天气预报作计算机模拟时发现的,后来又从数学上和实验上得到证实.来自非线性.由于在自然界和人类社会中绝大多数是非线性系统,所以是一种普遍现象. 对于什么是混沌,目前科学上还没有确切的定义,但随着研究的深入,混沌的一系列特点和本质的被揭示,对混沌完整的、具有实质性意义的确切定义将会产生。目前人们把混沌看成是一种无周期的有序。 点已转向多维动力学系统中的混沌、量子及时空混沌、混沌的同步及控制等方面. 本实验电路及原理如下: 如图1 所示.电路中电感L和电容C1、C2并联构成一个振荡电路.方程如下所示: 这里,UC1、UC2是电容C1、C2上的电压,i L是电感L上的电流,G = 1/R0是电导,g 为R的伏安特性函数.如果R 是线性的,g 是常数,电路就是一般的振荡电路,得到的解是正弦函数.电阻R0的作用是调节C1 和C2的位相差,把C1 和C2两端的电压分别输入到示波器的x,y轴,则显示的图形是椭圆.如果R是非线性的,会看到什么现象呢? 电路中的R 是非线性元件,它的伏安特性如图2所示,是一个分段线性的电阻,整体呈现出非线性.gUC1是一个分段线性函数.由于g 总体是非线性函数,三元非线性方程组没有解析解.若用计算机编程进行数值计算,当取适当电路参数时,可在显示屏上观察到模拟实验的混沌现象. 除了计算机数学模拟方法之外,更直接的方法是用示波器来观察混沌现象,实验电路如图3所示. 图3中,非线性电阻是电路的关键,它是通过一个双运算放大器和六个电阻组合来实现的.电路中,LC并联构成振荡电路,R0的作用是分相,使A,B两处输入示波器的信号产生位相差,可得到x,y两个信号的合成图形.双运放TL082 的前级和后级正、负反馈同时存在,正反馈的强弱与比值R3 /R0,R6/R0有关,负反馈的强弱与比值R2/R1,R5/R4有关.当正反馈大于负反馈时,振荡电路才能维持振荡.若调节R0,正反馈就发生变化,TL082 处于振荡状态,表现出非线性,从C,D 两点看,TL082 与六个电阻等效于一个非线性电阻,它的伏安特性大致如图(2)所示.混沌现象表现了非周期有序性,看起来似乎是无序状态,但呈现一定的统计规律,其基本判据有: 1.频谱分析:R0很小时,系统只有一个稳定的状态(对应一个解),随R0的变化系统由一个稳定状态变成在两个稳定状态之间跳跃(两个解),即由一周期变为二周期,进而两个稳定状态分裂为四个稳定状态(四周期,四个解),八个稳定状态(八周期,八个解)………直至分裂进入无穷周期,即为连续频谱,接着进入混沌,系统的状态无法确定;分岔是进入混沌的途径. 2.无穷周期后,由于产生轨道排斥,系统出现局部不稳定; 3.奇异吸引子(Strange Attractor)存在.奇异吸引子有一个复杂但明确的边界,这个边界保证了在整体上的稳定,在边界内部具有无穷嵌套的自相似结构,运动是混合和随机的.它对初始条件十分敏感. 二、实验操作步骤及流程 1.倍周期现象、周期性窗口、单吸引子和双吸引子的观察、记录和描述 将电容C1,C2上的电压输入到示波器的X,Y 轴,先把R0调到最小,示波器屏上可 观察到一条直线,调节R0,直线变成椭圆,到某一位置,图形缩成一点.增大示波器的倍 率,反向微调R0,可见曲线作倍周期变化,曲线由一周期增为二周期,由二周期倍增至四 周,……,直至一系列难以计数的无首尾的环状曲线,这是一个单涡旋吸引子集.再细微 调节R0,单吸引子突然变成了双吸引子,只见环状曲线在两个向外涡旋的吸引子之间不断 填充与跳跃,这就是混沌研究文献中所描述的“蝴蝶”图像,也是一种奇怪吸引子,它的 特点是整体上的稳定性和局域上的不稳定性同时存在. 这一步有助于理解和直观观察到非线性电路中的混

文档评论(0)

xll805 + 关注
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档