This paper deals with the dynamical analysis of a vessel that leads to capsize in regular beam seas. The complete investigation of nonlinear behaviors includes sub-harmonic motion, bifurcation, and chaos under variations of control parameters. The vessel rolling motions can exhibit various undesirable nonlinear phenomena. We have employed a linear-plus-cubic type damping term (LPCD) in a nonlinear rolling equation. Using the fourth order Runge-Kutta algorithm with the phase portraits, various dynamical behaviors (limit cycles, bifurcations, and chaos) are presented in beam seas. On increasing the value of control parameter ${\Omega}$, chaotic behavior interspersed with intermittent periodic windows are clearly observed in the numerical simulations. The chaotic region is widely spread according to system parameter ${\Omega}$ in the range of 0.1 to 0.9. When the value of the control parameter is increased beyond the chaotic region, periodic solutions are dominant in the range of frequency ratio ${\Omega}=1.01{\sim}1.6$. In addition, one more important feature is that different types of stable harmonic motions such as periodicity of 2T, 3T, 4T and 5T exist in the range of ${\Omega}=0.34{\sim}0.83$.
Gao, Guangyong;Shi, Yun-Qing;Sun, Xingming;Zhou, Caixue;Cui, Zongmin;Xu, Liya
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권9호
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pp.4603-4624
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2016
In this paper, a new reversible watermarking algorithm with adaptive embedding threshold matrix is proposed. Firstly, to avoid the overflow and underflow, two flexible thresholds, TL and TR, are applied to preprocess the image histogram with least histogram shift cost. Secondly, for achieving an optimal or near optimal tradeoff between the embedding capacity and imperceptibility, the embedding threshold matrix, composed of the embedding thresholds of all blocks, is determined adaptively by the combination between the composite chaos and the average energy of Integer Wavelet Transform (IWT) block. As a non-liner system with good randomness, the composite chaos is suitable to search the optimal embedding thresholds. Meanwhile, the average energy of IWT block is calculated to adjust the block embedding capacity, and more data are embedded into those IWT blocks with larger average energy. The experimental results demonstrate that compared with the state-of-the-art reversible watermarking schemes, the proposed scheme has better performance for the tradeoff between the embedding capacity and imperceptibility.
Anterior cruciate ligament(ACL) injury of the knee is common and a serious ACL injury leads to ligament reconstruction surgery. Gait analysis is used to identify the result of surgery. The purpose of this study is to numerically evaluate and classify knee condition of patients through the chaos analysis. Experiments were carried out for 13 subjects (8 healthy subjects, 5 ACL deficient patients) walking on a treadmill. Sagittal kinematic data of the right lower extremity were collected by using a 3D motion analysis system. The recorded gait patterns were digitized and then coordinated by KWON3D. The largest Lyapunov exponent from the measured knee angular displacement time series was calculated to quantify local stability. It was found that the Lyapunov exponent becomes larger as the knee condition becomes worse. This study suggested a method of the severity of injury and the level of recovery. The proposed method discerns difference between healthy subjects and patients.
In this paper, linear elastic isotropic structures under the effects of both stochastic operators and stochastic excitations are studied. The analysis utilizes the spectral stochastic finite elements (SSFEM) with its two main expansions namely; Neumann and Homogeneous Chaos expansions. The random excitation and the random operator fields are assumed to be second order stochastic processes. The formulations are obtained for the system solution of the two dimensional problems of plane strain and plate bending structures under stochastic loading and relevant rigidity using the previously mentioned expansions. Two finite element programs were developed to incorporate such formulations. Two illustrative examples are introduced: the first is a reinforced concrete culvert with stochastic rigidity subjected to a stochastic load where the culvert is modeled as plane strain problem. The second example is a simply supported square reinforced concrete slab subjected to out of plane loading in which the slab flexural rigidity and the applied load are considered stochastic. In each of the two examples, the first two statistical moments of displacement are evaluated using both expansions. The probability density function of the structure response of each problem is obtained using Homogeneous Chaos expansion.
최근 보안 문제와 관련한 연구가 많은 관심을 받고 있으며 비밀 통신과 암호 통신에 적용하기 위한 방법 중 하나로 하이퍼카오스 시스템과 이에 대한 동기화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 SC-CNN으로 구성되는 하이퍼카오스 시스템의 동기화를 이루기 위한 방법으로 선형과 비선형 결합계수에 의한 동기화 기법을 제안하였다. 또한 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 송신부의 서브시스템과 수신부의 서브시스템 사이에 동기화가 이루어지고, 전체 시스템의 송신부와 수신부 사이에 동기화가 이루어졌음을 위상 공간과 시계열데이터의 차를 통하여 확인하고 검증하였다. 검증 결과 거의 완전한 동기화가 이루어졌음을 확인할 수 있다.
In general, anesthetic depth is evaluated by experience of anesthesiologist based on the changes of blood pressure and pulse rate. So it is difficult to guarantee the accuracy in evaluation of anesthetic depth. The efforts to develop the objective index for evaluation of anesthetic depth were continued but there was few progression in this area. Heart rate variability provides much information of autonomic activity of cardiovascular system and almost all anesthetics depress the autonomic activity. Novel monitoring system which can simply and exactly analyze the autonomic activity of cardiovascular system will provide important information for evaluation of anesthetic depth. We investigated the anesthetic depth as following 7 stages. These are pre-anesthesia, induction, skin incision, before extubation, after extubation, Post-anesthesia. In this study, temporal, frequency and chaos analysis method were used to analyze the HRV time series from electrocardiogram signal. There were NN10-NN50, mean, SDNN and RMS parameter in the temporal method. In the frequency method, there are LF and HF and LF/HF ratio, 1/f noise, alphal and alpha2 of DFA analysis parameter. In the chaos analysis, there are CD, entropy and LPE. Chaos analysis method was valuable to estimate the anesthetic depth compared with temporal and frequency method. Because human body was involved the choastic character.
The difficulty in modeling complex nonlinear structures lies in the presence of significant sources of uncertainties mainly attributed to sudden changes in the structure's behavior caused by regular aging factors or extreme events. Quantifying these uncertainties and accurately representing them within the complex mathematical framework of Structural Health Monitoring (SHM) are significantly essential for system identification and damage detection purposes. This study highlights the importance of uncertainty quantification in SHM frameworks, and presents a comparative analysis between intrusive and non-intrusive techniques in quantifying uncertainties for SHM purposes through two different variations of the Kalman Filter (KF) method, the Ensemble Kalman filter (EnKF) and the Polynomial Chaos Kalman Filter (PCKF). The comparative analysis is based on a numerical example that consists of a four degrees-of-freedom (DOF) system, comprising Bouc-Wen hysteretic behavior and subjected to El-Centro earthquake excitation. The comparison is based on the ability of each technique to quantify the different sources of uncertainty for SHM purposes and to accurately approximate the system state and parameters when compared to the true state with the least computational burden. While the results show that both filters are able to locate the damage in space and time and to accurately estimate the system responses and unknown parameters, the computational cost of PCKF is shown to be less than that of EnKF for a similar level of numerical accuracy.
Xia, Chenyang;Yang, Ying;Peng, Yuxiang;Hu, Aiguo Patrick
Journal of Power Electronics
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제19권3호
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pp.655-664
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2019
In order to analyze the nonlinear phenomena of the bifurcation and chaos caused by the switching of nonlinear switching devices in inductively coupled power transfer (ICPT) systems, a Jacobian matrix model, based on discrete mapping numerical modeling, is established to judge the system stability of the periodic closed orbit and to study the nonlinear behavior of Hopf bifurcation in a system under full resonance. The general flow of the parameter design, based on the stability principle for ICPT systems, is proposed to avoid the chaos and bifurcation phenomena caused by unreasonable parameter selection. Firstly, based on the state equation of SS-type compensation, a three-dimensional bifurcation diagram with the coupling coefficient as the bifurcation parameter is established with a numerical simulation to observe the nonlinear phenomena in the system. Then Filippov's method based on a Jacobian matrix model is adopted to deduce the boundary of stable operation and to judge the type of the bifurcation in the system. Then the general flow of the parameter design based on the stability principle for ICPT systems is proposed through the above analysis to realize stable operation under the conditions of weak coupling. Finally, an experimental platform is built to confirm the correctness of the numerical simulation and modeling.
The compound active clamp zero voltage soft switching (CACZVS) three-phase power factor correction (PFC) converter has many advantages, such as high efficiency, high power factor, bi-directional energy flow, and soft switching of all the switches. Triple closed-loop PI controllers are used for the three-phase power factor correction converter. The control objectives of the converter include a fast transient response, high accuracy, and unity power factor. There are six parameters of the controllers that need to be tuned in order to obtain multi-objective optimization. However, six of the parameters are mutually dependent for the objectives. This is beyond the scope of the traditional experience based PI parameters tuning method. In this paper, an improved chaotic particle swarm optimization (CPSO) method has been proposed to optimize the controller parameters. In the proposed method, multi-dimensional chaotic sequences generated by spatiotemporal chaos map are used as initial particles to get a better initial distribution and to avoid local minimums. Pareto optimal solutions are also used to avoid the weight selection difficulty of the multi-objectives. Simulation and experiment results show the effectiveness and superiority of the proposed method.
In this paper, a model reference adaptive control for the atomic force microscope (AFM) of tapping mode is investigated. The dynamics between the AFM system and al sample is mathematically modeled as a second order spring-mass-damper system with oscillatory inputs. The attractive and repulsive forces between the tip of the AFM system and the sample are derived using the Lennard-Jones potential energy. By non-dimensionalizing the displacement of the tip and the input frequency, the chaotic behavior near a resonance frequency is better depicted through the non-dimensionalized equations. Four nonlinear analysis techniques, a phase portrait, sensitive dependence on initial conditions, a power spectral density function, and a Pomcare map are investigated. Because the equations of motion derived in this paper involve unknown parameter values such as the damping effect of the air and the interaction constants between materials, the standard model reference adaptive control is adopted. Two control objectives, the prevention of chaos and the tracking of reference signal, are pursued. Simulation results are included.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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