分数阶van der Pol振子的超谐共振

韦鹏; 申永军; 杨绍普

doi:10.7498/aps.63.010503

摘要

以含分数阶微分项的van der Pol振子为对象，研究其超谐共振时的动力学特性. 首先，通过平均法得到了系统的一阶近似解，提出了超谐共振时等效线性阻尼和等效线性刚度的概念，研究了分数阶微分项的系数和阶次以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式对系统动力学特性的影响. 随后，建立了超谐共振时定常解的幅频曲线的解析表达式，得到了超谐共振周期响应的稳定性判断准则并提出等效非线性阻尼和非线性稳定性条件参数的概念. 最后，通过数值仿真比较了分数阶与整数阶系统的幅频曲线，分析了分数阶微分项的系数和阶次对响应幅值、幅频曲线以及系统稳定性的影响.

关键词:

Abstract

The dynamical characteristics of super-harmonic resonance of van der Pol oscillator with fractional-order derivative are studied. First the approximate analytical solution are obtained by the averaging method, and the definitions of equivalent linear damping and equivalent linear stiffness for super-harmonic resonance are established. Effects of the fractional-order parameters on the dynamical characteristics of the system are also studied through the equivalent linear damping and equivalent linear stiffness. Moreover, the amplitude-frequency equation and the stability condition for the steady-state solution are analytically presented, and the definitions of equivalent nonlinear damping coefficient and nonlinear stability parameter are also established. Finally, the comparisons of the fractional-order and the traditional integer-order van der Pol oscillators are carried out by numerical simulation. The effects of the parameters in fractional-order derivative on the steady-state amplitude, the amplitude-frequency curves, and the system stability are also analyzed.

Keywords:

作者及机构信息

1.
石家庄铁道大学机械工程学院, 石家庄 050043

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：11072158，11372198）和教育部新世纪优秀人才支持计划（批准号：NCET-11-0936）资助的课题

Authors and contacts

1.
Department of Mechanical Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11072158, 11372198), and the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-11-0936).

参考文献

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施引文献

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