Reconstruction of self-oscillating systems with delay time modulation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of our research is to study the possibility of reconstruction from time series the self-oscillating systems with variable time delay, demonstrating regimes of turbulent and laminar chaos. Methods. The object of study is self-oscillating systems described by delay-differential equations, in which the delay time is modulated by an external periodic signal. The possibility of estimating the parameters of systems with delay time modulation from their time series is considered using the known method for reconstructing systems with constant delay time, which is based on statistical analysis of time intervals between all possible pairs of extrema in time series. A new method for estimating the parameters of systems with variable delay time is proposed, based on statistical analysis of time intervals between two successive extrema in time series. Results. It is shown that in some cases the known methods for reconstructing systems with constant delay time are also effective for reconstructing systems with varying delay time. With their help, one can estimate the mean delay time and recove the nonlinear function of the system. The proposed method, aimed at application to time-delay systems with delay time modulation, allows one to estimate the frequency and amplitude of delay time modulation. Conclusion. The obtained results are of interest to various scientific disciplines that study systems with variable delay times based on their time series.  

About the authors

Vladimir Ivanovich Ponomarenko

Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0002-1579-6465
Scopus Author ID: 35613865300
ResearcherId: H-2602-2012
ul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia

Mihail Dmitrievich Prokhorov

Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0003-4069-9410
ul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia

References

  1. Erneux T. Applied Delay Differential Equations. New York: Springer-Verlag, 2009. 204 p. doi: 10.1007/978-0-387-74372-1.
  2. Kuang Y. Delay Differential Equations with Applications in Population Dynamics. Boston: Academic Press. 1993. 398 p.
  3. Farmer J. Chaotic attractors of an infinite-dimensional dynamical system // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1982. Vol. 4, iss. 3. P. 366–393. doi: 10.1016/0167-2789(82)90042-2.
  4. Senthilkumar D. V., Lakshmanan M. Delay time modulation induced oscillating synchronization and intermittent anticipatory/lag and complete synchronizations in time-delay nonlinear dynamical systems // Chaos. 2007. Vol. 17, iss 1. 013112. doi: 10.1063/1.2437651.
  5. Lazarus L., Davidow M., Rand R. Dynamics of an oscillator with delay parametric excitation // Int. J. Nonlinear Mech. 2016. Vol. 78. P. 66-71. doi: 10.1016/j.ijnonlinmec.2015.10.005.
  6. Григорьева Е. В., Кащенко С. А. Квазипериодические и хаотические релаксационные колебания в модели лазера с переменным запаздыванием в цепи обратной связи // Доклады Академии Наук. 2017. Т. 474, № 2. С. 159-163. doi: 10.7868/S0869565217140043.
  7. Muller D., Otto A., Radons G. Laminar chaos // Phys. Rev. Lett. 2018. Vol. 120. 084102. doi: 10.1103/PhysRevLett.120.084102.
  8. Кульминский Д. Д., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д. Ламинарный хаос в генераторе с запаздывающей обратной связью // Письма в журнал технической физики. 2020. Т. 46, вып. 9. С. 16-19. doi: 10.21883/PJTF.2020.09.49366.18218.
  9. Muller-Bender D., Otto A., Radons G. Resonant Doppler effect in systems with variable delay // Phil. Trans. R. Soc. A. 2019. Vol. 377, iss. 2153. 20180119. doi: 10.1098/rsta.2018.0119.
  10. Muller-Bender D., Radons G. Laminar chaos in systems with quasiperiodic delay // Physical Review E. 2023. Vol. 107, iss. 1. 014205. doi: 10.1103/PhysRevE.107.014205.
  11. Hart J. D., Roy R., Muller-Bender D., Otto A., Radons G. Laminar chaos in experiments: Nonlinear systems with time-varying delays and noise // Physical Review Letters. 2019. Vol. 123, iss. 15. 154101. doi: 10.1103/PhysRevLett.123.154101.
  12. Jungling T., Stemler T., Small M. Laminar chaos in nonlinear electronic circuits with delay clock modulation // Phys. Rev. E. 2020. Vol. 101, iss. 1. 012215. doi: 10.1103/PhysRevE.101.012215.
  13. Кульминский Д. Д., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д. Ламинарный хаос в связанных системах с запаздыванием // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48, № 4. С. 11-14. doi: 10.21883/PJTF.2022.04.52077.19044.
  14. Пономаренко В. И., Лапшева Е. Е., Курбако А. В., Прохоров М. Д. Ламинарный хаос в экспериментальной системe с квазипериодической модуляцией времени запаздывания // Письма в ЖТФ. 2024. Т. 50, вып. 11. С. 34-37.
  15. Bunner M. J., Ciofini M., Giaquinta A., Hegger R., Kantz H., Meucci R., Politi A. Reconstruction of systems with delayed feedback: II. Application // Eur. Phys. J. D. 2000. Vol. 10. P. 177–187. doi: 10.1007/s100530050539.
  16. Udaltsov V. S., Goedgebuer J.-P., Larger L., Cuenot J.-B., Levy P., Rhodes W. T. Cracking chaosbased encryption systems ruled by nonlinear time delay differential equations // Phys. Lett. A. 2003. Vol. 308, iss. 1. P. 54–60. doi: 10.1016/S0375-9601(02)01776-0.
  17. Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Karavaev A. S., Bezruchko B. P. Reconstruction of timedelayed feedback systems from time series // Physica D. 2005. Vol. 203, no. 3–4. P. 209–223. doi: 10.1016/j.physd.2005.03.013.
  18. Bezruchko B. P., Karavaev A. S., Ponomarenko V. I., Prokhorov M. D. Reconstruction of time-delay systems from chaotic time series // Physical Review E. 2001. Vol. 64, iss. 5. 056216. doi: 10.1103/PhysRevE.64.056216.
  19. Muller-Bender D., Otto A., Radons G., Hart J. D., Roy R. Laminar chaos in experiments and nonlinear delayed Langevin equations: A time series analysis toolbox for the detection of laminar chaos // Physical Review E. 2020. Vol. 101, iss. 3. 032213. doi: 10.1103/PhysRevE.101.032213.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».