Dynamic Synchronization of Driven Self-Oscillators: Modeling and Experiment
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);Université Côte d’Azur, CNRS, Institut de Physique de Nice (INPHYNI)(尼斯蔚蓝海岸大学,法国国家科学研究中心,尼斯物理研究所)
研究通过实验验证了驱动振幅或频率缓慢调制对自振荡器同步状态的影响,发现间歇性同步和严格同步等新现象。
2026-01-05 nlin.CD physics.app-ph
Experimental study of imperfect phase synchronization in the forced Lorenz system
在这项工作中,我们证明了一个实验系统,表现出的洛伦兹蝴蝶吸引子的行为,完美的混沌相位同步不能实现系统的内在时间尺度的无界分布。相反,不完美的相位同步的特征在于相位滑移的发生,与混沌振荡器表现出较慢的时间尺度的时间段相关联。有趣的是,在相位滑移期间,混沌振荡器与驱动器保持同步,但具有不同的锁定比。
2007-03-08 nlin.CD
Suppression of chaos at slow variables by rapidly mixing fast dynamics through linear energy-preserving coupling
混沌多尺度动力系统在许多科学领域都很常见,其中一个例子是大气中的低频动力学与快速湍流天气动力学的相互作用。混沌多尺度系统的关键问题之一是快动力学如何影响慢变量的混沌,从而影响慢动力学的不确定性和可预测性。在这里,我们证明了线性慢-快耦合与总能量守恒属性促进抑制混沌在慢变量通过快速混合在快变量,无论是理论上和通过数值模拟。一个合适的数学框架的开发,连接的切线子空间上的慢动态的平均状态的无限时间的线性响应,以一个恒定的外部强迫在快速变量。此外,它表明,非耦合动力学的慢变量可能保持混沌,而完整的多尺度系统失去混沌,并成为完全可预测的慢变量,通过增加混沌和湍流的快变量。这一结果与常识直觉相矛盾,在常识直觉中,人们自然会认为将一个缓慢的弱混沌系统与另一个更快更强的混合系统耦合会导致慢变量处的混沌普遍增加。
2011-08-14 math.DS nlin.CD
Synchronization of phase oscillators due to nonlocal coupling mediated by the slow diffusion of a substance
本文研究由慢扩散物质介导的非局域耦合相位振荡器同步,提出数学模型并用格林函数求解,在三种几何域中数值分析耦合参数对同步的影响。
2023-06-19 nlin.AO nlin.CD
Detection of synchronization from univariate data using wavelet transform
本文提出了一种方法,用于从单变量数据中检测具有变化频率的外部驱动的自持振荡器的同步的存在。该方法是基于分析的振荡器的瞬时相位之间的差异,使用连续小波变换的时刻移动了一定的恒定值相对于彼此计算。我们将我们的方法应用到驱动的非对称van der Pol振荡器,实验数据从一个驱动的电子振荡器与延迟反馈和人的心跳时间序列。在最新的情况下,心率变异性数据的分析揭示了呼吸和血压缓慢振荡之间的同步机制。
2007-05-24 nlin.CD
Synchronization and averaging in partially hyperbolic systems with fast and slow variables
本研究通过耗散耦合混沌与中性系统,证明其同步并存在指数混合测度;在小相互作用下,慢变量遵循平均化微分方程,且与精确演化差异概率指数递减。
2025-02-25 math.DS nlin.CD
Synchronization theory of microwave induced zero-resistance states
发展了二维电子气在磁场中微波诱导零阻态的同步理论。在该理论中,耗散效应导致在微波和回旋频率之间的一定谐振比下回旋相位与驱动微波相位同步。这种同步产生了沿边缘通道的电子输运的稳定性,同时它抑制了局部杂质上的耗散散射和体中的耗散电导率,从而在该频率比下产生了ZRS相。奇里科夫标准映象很好地描述了沿边缘和圆盘杂质周围的电子动力学。理论分析是基于大量的经典电子输运在强非线性制度的数值模拟。我们还讨论了在我们的模型中获得的激活能的值和实验签名,可以建立同步起源的ZRS。
2013-02-12 cond-mat.mes-hall nlin.CD
High-order synchronization, transitions, and competition among Arnold tongues in a rotator under harmonic forcing
我们考虑一个旋转体的运动方程的角度$θ$由零和第一傅立叶模式。数值分析的基础上尾随的鞍结分岔是用来定位的n:1阿诺德舌同步发生。其中几个足够宽,可以在被动观测中看到高阶同步。通过在一定范围内扫描系统参数,我们发现$\dotθ$对$θ$的依赖性越强,同步区域越宽。同步指数的使用揭示了大量非常狭窄的n:m阿诺德舌头。观察到舌头之间的竞争现象,因为它们彼此“推”和“挤”:当一些舌头变宽时,其他舌头变窄。不同的n:m同步状态之间的过渡被认为是两种机制:驱动频率的缓慢变化,和低频噪声对旋转器的影响。
2008-11-14 nlin.CD
Slow-fast dynamics of strongly coupled adaptive frequency oscillators
振荡器有两个主要的限制:它们的同步特性有限(即它们有一个有限的同步区域),并且它们对过去的相互作用没有记忆(即它们在夹带信号消失时返回到它们的固有频率)。我们之前提出了一种通用机制,将振荡器转换为自适应频率振荡器,该自适应频率振荡器调整其参数以学习任何输入信号的频率。同步区域然后变为无限大,并且当驱动信号消失时,振荡器保持夹带频率。虽然这种机制已被成功地用于各种应用,如机器人控制或主动假肢的观测器设计,其属性的正式理解仍然缺失。在本文中,我们研究的情况下,强耦合相位振荡器的适应机制,并表明,非平凡的慢-快动力学是在起源的适应。我们展示了稳定和不稳定的不变慢流形的分层结构的存在,并演示了输入信号如何迫使动态在这些流形之间以规则的间隔跳跃,从而导致频率自适应的指数收敛。我们的想法扩展到一个网络的振荡器与振幅适应,并表明,缓慢的不变流形结构持续存在。数值模拟验证了我们的分析,并扩展到更复杂的情况下的讨论。
2021-08-17 math.DS nlin.CD
Intermittent synchronization in a network of bursting neurons
抑制性和兴奋性耦合爆发神经元网络中的同步振荡在从中枢模式发生器到人脑回路的各种神经系统中很常见。后者的一个例子是基底神经节的皮质下网络,由丘脑底核和苍白球的兴奋性和抑制性爆发形成,参与运动控制并在帕金森病中受到影响。最近的实验已经证明了该网络中神经活动锁相的间歇性。在这里,我们探索一种潜在的机制来解释网络中的间歇性锁相。我们简化了网络,以获得两个抑制耦合元件的模型,并探讨其动力学。我们使用几何分析和奇异摄动方法的动力系统,以减少完整的模型,以一个更简单的方程组。数学分析是使用三个慢变量与两个不同的时间尺度。间歇性同步振荡是由重叠尖峰脉冲产生的,其关键取决于慢相平面的几何形状和慢变量之间的相互作用以及突触的强度。两个慢变量负责产生重叠尖峰的活动模式,另一个较慢的变量增强了不规则和间歇性活动模式的鲁棒性。虽然所分析的网络和所探索的间歇性同步机制似乎是相当通用的,但该分析的结果可用于追踪生物物理参数(突触强度和钙动力学参数)的特定值,已知这些参数在帕金森病中受到影响。
2011-09-12 nlin.CD q-bio.NC
Chaotic Phase Synchronization in Bursting-neuron Models Driven by a Weak Periodic Force
我们研究了一个神经元模型在弱周期力作用下的混沌脉冲-爆发行为。该模型表现出两种类型的振荡具有不同的特征时间尺度,即,长时间尺度和短时间尺度。观察到几种类型的相位同步,例如单个尖峰和力的一个周期之间的1:1相位锁定,以及在突发的慢振荡周期和力的l个周期之间的1:1相位锁定。此外,具有混沌放电模式的尖峰爆发振荡可以与周期力同步。这种类型的相位同步是从单位圆上的一组点的位置检测到的,单位圆上的一组点的位置由每个尖峰时间处的周期性力的相位确定。我们表明,这种检测方法是有效的多时间尺度的系统。由于短时间尺度和长时间尺度的同时存在,在向混沌相位同步的转变点附近发现了两个特征现象。一个现象表明,连续的相位滑移之间的平均时间间隔表现出幂律缩放对驱动力的强度和缩放指数的驱动力强度的变化有一个不平滑的依赖。另一个现象表明,仓本的序参量在过渡前表现出逐步行为的驱动力强度的函数,相反的平滑过渡的模型与一个单一的时间尺度。
2012-06-28 nlin.CD
Speed of complex network synchronization
同步是网络上出现的最常见的动态状态之一。同步收敛的速度为同步系统提供了一个基本的集体时间尺度。在这里,我们研究了有向网络的渐近同步时间的拓扑结构,从完全有序,网格状,完全无序,随机,包括中间,部分无序的拓扑结构。我们扩展了主稳定性函数的方法来量化同步时间。我们发现,同步时间强烈和系统地依赖于网络拓扑结构。特别是,在固定的度,更强的拓扑随机性诱导更快的同步,而在固定的路径长度,同步是最慢的小世界制度中的中间随机性。随机重新连接现实世界的神经,社会和运输网络证实了这一点。
2011-08-01 cond-mat.dis-nn cs.SI nlin.CD
Using synchronization of chaos to identify the dynamics of unknown systems
我们解决的问题,如何确定一个在很大程度上未知的混沌系统的知识,其状态演化的方程。该技术可应用于随时间缓慢漂移的参数的估计。为了实现这一点,我们提出了一种自适应策略,其目的是在同步未知的真实系统与另一个系统的参数是自适应进化收敛于真实的。我们提出的策略进行了测试,以确定洛伦兹和罗斯勒系统的方程。我们还考虑了测量噪声和我们的拟合模型与真实动态一致性的偏差的影响。
2009-09-16 cond-mat.dis-nn nlin.CD
Synchronization of fluctuating delay-coupled chaotic networks
我们研究了通过时滞涨落相互作用连接的混沌单元的同步。我们专注于小世界网络的伯努利和Logistic单位与一个固定的手性骨干。通过比较静态网络和波动网络的同步特性,我们发现网络的随机变化可以增强同步性。当波动比时延快得多时,同步状态似乎是最稳定的,即使网络的瞬时状态不允许同步。这种增强效应在非常缓慢的波动中消失。对于波动时间尺度的顺序的时间延迟,一个deserizizing共振的报告。此外,我们观察到的特征振荡,与耦合延迟的周期性,作为系统的方法或漂移远离同步状态。
2016-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Synchronous Behavior of Two Coupled Biological Neurons
我们报告了对一对生物神经元中同步现象的实验研究,这些神经元通过自然发生的电耦合进行交互。当这些神经元产生不规则的尖峰脉冲时,自然耦合抑制了膜电位的缓慢振荡,而不是快速尖峰脉冲。通过添加人工电耦合,我们研究了慢振荡和快尖峰中同步和同步之间的转变。我们讨论了动态的爆发和同步化的活神经元分布功能形态。
1998-11-05 chao-dyn nlin.CD q-bio
Asymmetry-induced order in multilayer networks
对称性自然地发生在现实世界的网络中,并且可以显著地影响所观察到的动态。例如,许多同步模式是由底层网络对称性引起的,并且已知高对称性可以增加同步的稳定性。然而,在这里,我们发现,一般的宏观网络解决方案,如规则性的特点,可以通过打破他们的对称性的相互作用。我们证明了这种效应在生态多层网络拓扑不对称自然发生。这些不对称性通过建立稳定的周期轨道和平衡将系统从混沌振荡中拯救出来。我们把这种现象称为非对称诱导的秩序,并揭示其机制,通过分析和数值模拟的动力学抑制系统的同步流形。此外,还公开了描述从混沌到有序的路径的分叉场景。我们证明了这一结果也适用于一般节点动力学通过分析耦合的范式罗斯勒和洛伦兹系统。
2021-09-02 nlin.AO nlin.CD
Phase synchronization of coupled bursting neurons and the generalized Kuramoto model
爆发性神经元快速发出动作电位尖峰序列,随后是一个静止期。爆发的基本动力学机制是慢电流,其调节由快速离子电流引起的快速尖峰活动。爆裂神经元的极小模型必须包括这两种效应。我们考虑了其中一个模型及其与广义仓本模型的关系,这要归功于爆发的几何相位和相应频率的定义。我们考虑了具有不同连接拓扑的神经元网络,并研究了当耦合强度变化时,从非同步状态到部分相位同步状态的过渡。数值确定的临界耦合强度值发生这种转变的理论结果有效的广义仓本模型进行了比较。
2015-02-13 nlin.CD q-bio.NC
Effects of degree-frequency correlations on network synchronization: universality and full phase-locking
我们引入一个模型来研究度-频率相关性对耦合振子网络同步的影响。分析这个模型,我们发现几个显著的特点。我们发现一个静止的同步状态是(i)普遍的,即,由全局序参量测量的同步程度与网络拓扑无关,以及(i i)完全锁相,即,尽管具有不同的固有频率,所有振荡器都同时锁相。这种状态将另外两类相关性的不同行为定性地分开,在这两类相关性中,慢振荡器和快振荡器可以分别保持不同步。我们关闭的动力学分析下任意度的频率相关性。
2012-12-14 math.DS nlin.AO nlin.CD
How Fast Elements can Affect Slow Dynamics
研究了不同时间尺度的耦合混沌元链。与绝热近似相反,当元素的时间尺度差在一定范围内时,我们发现快元素和慢元素之间存在相关性。对于这样的相关性发生,有三个功能是必不可少的:允许同步和去同步化的元素之间的强相关性,在最快的元素的动力学分岔的变化,其控制参数,和级联传播的分岔。我们的研究结果的生物记忆的相关性进行了简要讨论。
2001-08-20 cond-mat.dis-nn nlin.AO nlin.CD
Cooperative dynamics in coupled systems of fast and slow phase oscillators
我们提出了一个耦合系统的快速和缓慢的相位振荡器。我们观察到两步过渡到准周期运动的直接数值模拟这个耦合振子系统。利用E-Antonsen方法推导出了低维的序参量方程。通过对耦合振子系统和降维方程的数值计算结果的比较,验证了该方法的适用性。我们进一步研究了几个有趣的现象,其中快速和慢速振荡器之间的相互作用发挥了重要作用。在一定的参数范围内,由于与慢振子的兴奋性相互作用,快振子间歇性地出现。慢振子由于与快振子的相互作用而经历一种振荡器死亡现象。这个振荡器的死亡被解释为一个简单的相位方程中的鞍结分岔的结果,使用快速振荡的时间平均。最后,我们展示了慢振子和快振子之间的1:m级宏观同步。
2016-02-02 nlin.AO nlin.CD
Understanding the enhanced synchronization of delay-coupled networks with fluctuating topology
我们研究了具有耦合时滞的网络的动力学行为,其中网络的连通性随时间而变化。同步性能取决于三个时间尺度的相互作用:内部的动态时间尺度,沿网络链路的耦合延迟和时间尺度的拓扑结构的变化。集中在一个线性化的模型,我们开发了一个同步解决方案的稳定性的分析理论。在两种极限情况下,系统可以简化为一个“有效”拓扑:在快速切换近似下,当网络波动比内部时间尺度和耦合延迟快得多时,有效网络拓扑是不同拓扑的算术平均值。在慢网络极限下,当网络波动时间尺度等于耦合时延时,有效邻接矩阵是不同拓扑邻接矩阵的几何平均。在中间制度的系统显示出敏感的依赖于时间尺度的比率,和特定的拓扑结构,以及通过数值模拟再现。我们的结果表明,描述的延迟耦合混沌映射的涨落网络的同步特性。
2018-05-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Fate of Quantum Scars and Chaos-Assisted Tunneling under Dissipation
Indian Institute of Science Education and Research-Kolkata(印度科学教育研究所-加尔各答)
通过耦合双组分玻色-约瑟夫森结与有损腔,研究开放耦合顶-迪克模型中的非平衡现象,发现光子损耗诱导自发同步和瞬态混沌,并识别两种耗散量子疤痕。
2026-10-27 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech nlin.CD
Pseudo-Coherence and Stochastic Synchronization: A Non-Normal Route to Collective Dynamics without Oscillators
Institute of Risk Analysis, Prediction and Management (Risks-X), Academy for Advanced Interdisciplinary Sciences, Southern University of Science and Technology(南方科技大学前沿交叉科学研究院风险、预测与管理研究所)
本文提出伪相干作为非平衡系统中集体时间组织的新机制,通过非正则伪谱放大实现同步样行为,无需内在振荡器。
2026-03-07 cond-mat.stat-mech nlin.AO nlin.CD