350 rub
Journal Electromagnetic Waves and Electronic Systems №6 for 2010 г.
Article in number:
Interrelation of Zones of Instability of the Resonant Nonlinear Parametrical Zone Systems without the Account of Losses with Phase Portraits
Keywords:
instability zones
phase portraits
invariants system movements
the nonlinear differential equation
nonlinear parametrical zone system
the nonlinear resonator
conservative system
the parametrical generator lost-free
mathematical model
lines of equal amplitudes
soft and rigid modes of excitation of oscillations
borders of zones of instability
area of excitation НПС
the resonant frequency
the indignant equation
secular member
the variation equation
a method consecutive approximations
rigid and soft nonlinear systems
the higher zones of parametrical excitation
the higher harmonics
elliptic in-tegral
elliptic functions of Jacobi
Authors:
L.V. Cherkesova
Abstract:
In the article are considered important for the theory and practice of radio electronics questions: the construction and analysis of zones of instability of the equation lost-free resonant nonlinear-parametrical zone (pazone) systems (NPS), without the account of losses - conservative system, a finding of invariants of movement NPS, and also finding-out of interrelation of phase portraits with zones of parametrical excitation.
As a result of the spent researches it has been found out that nonlinearity introduction in equation NPS leads to turn and deformation of lines of equal amplitudes, i.e. borders of areas of excitation concerning points of resonant frequencies, and an angle of rotation to those than more than the coefficient, characterizing the degree of nonlinearity and type of system, and also amplitude of stationary oscillations is more on the module. The inclination of lines of equal amplitudes towards the bigger or smaller frequencies depends on a sign of coefficient, characterizing degree and type of nonlinearity of system.
For soft nonlinear system (k>0) lines of equal amplitudes, corresponding to borders of area of excitation, turn relatively points of resonant frequency clockwise (to the right) in comparison with borders at k=0 (in classical case of the equation of Matier), and for rigid system (k<0) ? counter-clockwise (to the left).
It is shown that in rigid NPS the right line of equal amplitudes is corresponding to stable stationary oscillations with phase , and left - to unstable stationary oscillations with phase . For soft NPS, on the contrary, the right line corresponds to unstable stationary oscillations with phase , and left - steady with phase .
The presence of nonlinearity of system leads to restriction of amplitude of parametrical excited oscillations of a resonant contour.
The interrelation of zones of excitation NPS with phase portrait of the investigated systems in case of soft and rigid modes of exciting oscillations is considered. It is established that the zone of soft mode coincides with Matier-s zone, and the zone of rigid mode is to the left of it at values of coefficient k<0, and to the right of it at k>0.
For a zone of a soft mode presence of a phase portrait with three special points and unstable near zero oscillations is characteristically, and for a zone of a rigid mode phase portraits with five special points and a stable state of rest take place.
For rigid nonlinear system to borders of Matier-s zone of in case of cubic nonlinearity there is corresponds rest state, thus to the right border - stable, and left - unstable.
For soft nonlinear system on the contrary, the right border corresponds - an unstable state of rest, and the left border - steady. In case of soft nonlinear system on the right border of Matier-s zone (or the left border in case of rigid nonlinear system) there are stable nonzero stationary oscillations.
For the first zone of parametrical excitation of oscillations dependence through elliptic functions of Jacobi, and the period of change of dependence through full elliptic integral of the first kind were found in an explicit form.
The researches that were realized in this article represent theoretical and practical interest for the experts who are engaged in designing of radio-electronic equipment on the basis of nonlinear resonators, in base of functioning of which there is functioning oscillatory nonlinear-parametrical zone system in the higher zones of instability of oscillation on the higher harmonics.
Pages: 14-30
References
- Мак-Лахлан Н. Теория и приложение функций Матье. М.: ИЛ. 1953.
- Черкесова Л.В., Подгайко О.И. Моделирование нелинейно-параметрических систем. Новочеркасск: Ред. Изв. вузов. Электромеханика. 2006.
- Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем. М.: Гостехиздат. 1956.
- Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А.Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Физматгиз. 1963.
- Малкин И.Г. Теория устойчивости движения. М.: Наука. 1966.
- Малкин И.Г. Некоторые задачи теории нелинейных колебаний. М.: Гостехиздат. 1956.
- Теодорчик К.Ф. Автоколебательные системы. М.: Гостехиздат. 1952.
- Воронцов Г.В., Кабельков А.Н. Параметрический резонанс в нелинейных электромеханических системах с периодическими коэффициентами // Изв. вузов Электромеханика. 1988. № 1. С. 15-22.
- Подгайко О.И., Чередников И.П., Чередников П.И., Черкесова Л.В. Анализ характеристик нелинейных систем в высших зонах неустойчивости // Изв. вузов Электромеханика. Межвуз. сб. науч. трудов. Новочеркасск: Изд. Южно-Рос. ГТУ. 2000. № 4. С. 23-26.
- Титаренко А.М., Зуев Н.Г., Чередников П.И. О зонах возбуждения одного нелинейного дифференциального уравнения с периодическими коэффициентами. Харьков: Харьковский ин-т радиоэлектроники. 1985. (Деп. В УкрНИИНТИ 23.07.85, № 1502 Ук.85 Деп).
- Черкесова Л.В., Чередников П.И. Исследование границ зон параметрической неустойчивости нелинейно-параметрической системы с затуханием. Новочеркасск: Новочеркасский гос. техн. ун-т. 1995. (Деп. в ВИНИТИ 12.07.95 № 2147 - B95).
- Блакьер О. Анализ нелинейных систем. М.: Мир. 1969.
- Филиппов Е. Нелинейная электротехника. М.: Энергия. 1968.
- Уиттекер Э.Т., Ватсон Д.Н. Курс современного анализа. М.: Физматгиз. 1963.
- Бессонов Л.А. Нелинейные электрические цепи. М.: .Высшая школа. 1977.
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа. 1974.
- Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А.Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Физматгиз. 1963.
- Кантор Р.М. Методы обобщенной линеаризации в теории нелинейных колебаний в параметрических резонаторах // Радиотехника. Т. 5. Вып. 3. ИВЧЗ. 1962. С. 356.
- Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А.Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Физматгиз. 1963.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука. 1984.
- Чезари Л. Асимптотическое поведение и устойчивость решений обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Мир. 1964.
- Мигулин В.В. Основы теории колебаний. М.: Наука. 1988.
- Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.: Наука. 1981.
- Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука. 1964.
- Бутенин Н.В., Неймарк Ю.И., Фуфаев Н.А. Введение в теорию нелинейных колебаний. М.: Наука. 1987.
- Рабинович М.И., Трубецкой Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука. 1984.
- Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. М.: Наука. 1972.
- Титаренко
А.М., Зуев Н.Г., Чередников П.И. О
зонах возбуждения одного нелинейного дифференциального уравнения с периодическими
коэффициентами. Харьков: Харьковский ин-т радиоэлектроники. 1985. (Деп. В
УкрНИИНТИ 23.07.85,
№ 1502 Ук.85 Деп). - Черкесова Л.В., Чередников П.И. Исследование границ зон параметрической неустойчивости нелинейно-параметрической системы с затуханием // Новочеркасск: Новочеркасский гос. техн. ун-т. 1995. (Деп. в ВИНИТИ 12.07.95 № 2147 - B95).
- Черкесова Л.В. Исследование зон устойчивости НПС с затуханием // Теория цепей и сигналов ТЦ-96: Материалы III Всеросс. конф. Таганрог. 1996. С. 42-43.
- Зуев Н.Г., Титаренко А.М., Чередников П.И. О характеристиках параметрических систем, работающих на высших гармониках. Харьков: Изд. ХИРЭ. 1985. (Деп. УкрНИИНТИ 17.12.85 № 2771 Ук 85).
- Гостев В.И., Чинаев П.И. Замкнутые системы с периодически изменяющимися параметрами. М.: Энергия. 1979.
- Чезари Л. Асимптотическое поведение и устойчивость решений обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Мир. 1964.
- Рыжик И.М., Градштейн И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука. 1971.
- Баутин Н.И., Леонтович Е.А. Методы и приемы качественного исследования динамических систем на плоскости. М.: Наука. 1976.
- Хаяси Т. Нелинейные колебания в физических системах. М.: Мир. 1968.
- Бабицкий В.И., Крупенин В.П. Колебания в сильно нелинейных системах. М.: Наука. 1985.