The existence of chaotic regimes of the fractional analogue of the Duffing-type oscillator


Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, we study the chaotic regimes of the fractional Duffing oscillator. To do this, using the Wolf algorithm with Gram-Schmidt orthogonalization, we calculated the spectra of maximum Lyapunov exponents depending on the values of the control parameters, on the basis of which bifurcation diagrams were constructed. Bifurcation diagrams made it possible to determine areas in which a chaotic oscillatory regime exists. Phase trajectories were also constructed, which confirmed the research results.

About the authors

Roman Ivanovich Parovik

Institute of Cosmophysical Researches and Radio Wave Propagation, Far East Division, Russian Academy of Sciences; Kamchatka State University named after Vitus Bering

Email: romano84@mail.ru
Candidate of physico-mathematical sciences, Associate professor 7, Mirnaya st., Paratunka, Kamchatkiy kray, 684034, Russian Federation; 4, Pogranichnaya st., Petropavlovsk-Kamchatskiy, 683032, Russian Federation

References

  1. Ахромеева Т С., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г., Самарский А. А., Структуры и хаос в нелинейных средах, Физматлит, M., 2007, 488 с.
  2. Федоров В. К., Федянин В. В., "Особенности режимов детерминированного хаоса преобразователей постоянного напряжения для ветро- и гелиоэлектростанций", Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 327:3 (2016), 47-56
  3. Аливер В. Ю., "Хаотические режимы в непрерывных динамических системах", Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2006, № 1, 65-84
  4. Beninca E, Ballantine B., Ellner S. P., Huisman J., "Species fluctuations sustained by a cyclic succession at the edge of chaos", Proc. Natl. Acad. Sci., 112:20 (2015), 6389-6394
  5. Solé R. V., Valls J., "On structural stability and chaos in biological systems", J. Theor. Biol., 155:1 (1992), 87-102
  6. Bodalea I., Oancea V. A., "Chaos control for Willamowski-Rössler model of chemical reactions", Chaos, Solitons and Fractals, 78 (2015), 1-9
  7. Palanivel J., Suresh K., Sabarathinam S., Thamilmaran K., "Chaos in a low dimensional fractional order nonautonomous nonlinear oscillator", Chaos, Solitons and Fractals, 95 (2017), 33-41
  8. Паровик Р. И., "Математическое моделирование нелокальной колебательной системы Дуффинга с фрактальным трением", Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки, 2015, № 1(10), 18-24
  9. Syta A., Litak G., Lenci S., Scheffler M., "Chaotic vibrations of the Duffing system with fractional damping", Chaos, 24:1 (2014), 013107
  10. Liu Q. X., Liu J. K., Chen Y. M., "An analytical criterion for jump phenomena in fractional Duffing oscillators", Chaos, Solitons & Fractals, 98 (2017), 216-219
  11. Паровик Р. И., "Хаотические режимы фрактального нелинейного осциллятора", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 22:2 (2018), 364-379
  12. Герасимов А. Н., "Обобщение линейных законов деформирования и его применение к задачам внутреннего трения", ПММ, 12:3 (1948), 251-260
  13. Caputo M., Elasticità e dissipazione, Zani-Chelli, Bologna, 1969, 150 pp.
  14. Diethelm K., The analysis of fractional differential equations. An application-oriented exposition using differential operators of Caputo type, Lecture Notes in Mathematics, 2004, Springer, Berlin, 2010, viii+247 pp.
  15. Kilbas A. A., Srivastava H. M., Trujillo J. J., Theory and applications of fractional differential equations, North-Holland Mathematics Studies, 204, Elsevier Science B. V., Amsterdam, 2006, xvi+523 pp.
  16. Паровик Р. И., "Существование и единственность задачи Коши для фрактального нелинейного уравнения осциллятора", Узб. мат. ж., 2017, № 4, 110-118
  17. Parovik R. I., "Mathematical model of a wide class memory oscillators", Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mathematical Modelling, Programming & Computer Software, 11:2 (2018), 108-122
  18. Wolf A., Swift J. B., Swinney H. L., Vastano J. A., "Determining Lyapunov exponents from a time series", Physica D: Nonlinear Phenomena, 16:3 (1985), 285-317

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).