Анализ устойчивости по Якоби и восстановление параметров двойного маятника с демпфированием
Авторы: Сулимов А.В.
Опубликовано в выпуске: #7(139)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-7-2287
Раздел: Механика | Рубрика: Теоретическая механика, динамика машин
На основе теории Косамби – Картана – Черна, позволяющей определять геометрические структуры и пять геометрических инвариантов динамической системы, проведен анализ устойчивости по Якоби двойного маятника с демпфированием. Собственные значения второго инварианта (тензора кривизны отклонения) дают оценку устойчивости системы по Якоби, связанную с мерой нечувствительности к возмущениям собственно системы и окружающей среды. Подобные исследования актуальны в приложениях, где требуется определение областей устойчивости системы по Ляпунову и по Якоби одновременно. Сформулирована обратная задача восстановления параметров системы по косвенной информации, представленной собственными значениями тензора кривизны отклонения. Для двойного маятника с демпфированием доказаны условия устойчивости по Якоби в терминах его свободных параметров. Решение обратной задачи восстановления параметров маятника получено с использованием оптимизационного подхода. При минимизации регуляризованной критериальной функции применяется новый гибридный алгоритм глобальной оптимизации. Приведен численный пример движения двойного маятника с демпфированием.
Литература
[1] Böhmer C.G., Harko T., Sabau S.V. Jacobi stability analysis of dynamical systems — applications in gravitation and cosmology. Advances in Theoretical and Mathematical Physics, 2012, vol. 16, no. 4, pp. 1145–1196.
[2] Harko T., Pantaragphong P., Sabau S.V. Kosambi–Cartan–Chern (KCC) theory for higher order dynamical systems. International Journal of Geometric Methods in Modern Physics, 2016, vol. 13, no. 2, art. ID 1650014. DOI: 10.1142/S0219887816500146
[3] Abolghasem H. Liapunov stability versus Jacobi stability. Journal of Dynamical Systems and Geometric Theories, 2012, vol. 10, no. 1, рр. 13–32.
[4] Stachowiak T., Okada T. A numerical analysis of chaos in the double pendulum. Chaos, Solitons & Fractals, 2006, vol. 29, no. 3, pp. 417–422.
[5] Yao Y. Numerical study on the influence of initial conditions on quasi-periodic oscillation of double pendulum system. Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1437, art. ID 012093. DOI: 10.1088/1742-6596/1437/1/012093
[6] Ye K., Hu S. Inverse eigenvalue problem for tensors. Communications in Mathematical Sciences, 2017, vol. 15, no. 6, pp. 1627–1649.
[7] Hu S., Ye K. Multiplicities of eigenvalues of tensors. Communications in Mathematical Sciences, 2016, vol. 14, no. 4, pp. 1049–1071.
[8] Wang Y., Yagola A.G., Yang C. Optimization and regularization for computational inverse problems and applications. Berlin, Heidelberg, Springer Verlag, 2010, XVIII+351 pp.
[9] Benning M., Burger M. Modern regularization methods for inverse problems. Acta Numerica, 2018, vol. 27, pp. 1–111.
[10] Torres R.H., Campos Velho H.F., da Luz E.F.P. Enhancement of the Multi-Particle Collision Algorithm by mechanisms derived from the opposition-based optimization. Selecciones Matemáticas, 2019, vol. 06 (2), pp. 156–177.
[11] Шкапов П.М., Сулимов А.В., Сулимов В.Д. Вычислительная диагностика неустойчивых по Якоби динамических систем с использованием гибридных алгоритмов глобальной оптимизации. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2021, № 4 (97), с. 40–56.
[12] Сулимов В.Д., Сулимов А.В., Шкапов П.М. Программа для ЭВМ, реализующая гибридный алгоритм глобальной недифференцируемой оптимизации QOM-PCALMSI. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022664841. Заявка № 2022663517. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 05 августа 2022.