Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-19Bitstream added on 2014-06-13T18:47:53Z : No. of bitstreams: 1 prado_ef_me_sjrp.pdf: 346611 bytes, checksum: 28c34647c269c1cbaea17d3787faa4cf (MD5) / Neste trabalho vamos estudar equações diferenciais ordinárias e analisar seu comportamento ao longo de suas trajetórias, com o principal objetivo de encontar, caso possível, uma função de Lyapunov apropriada para o sistema, isto é, dar condição suficiente e necessária para a existência dessa função. / In this work we study ordinary differential equations and analyse the behavior along of trajectories. The main goal is to find Lyapunov functions for the system when possibel: i e, we want to find necessary and sufficient conditions for the existence of those.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anderson Hoff.pdf: 11193047 bytes, checksum: f07cba24b1a4da1b53270bac747a0252 (MD5) Previous issue date: 2014-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Estruturas de bifurcação delimitam regiões periódicas imersas em áreas de caos em planos de parâmetros de sistemas dinâmicos. Neste trabalho são estudadas as estruturas de bifurcação de sistemas dinâmicos contínuos quadridimensionais, um circuito de Chua e um acoplamento de dois osciladores de FitzHugh-Nagumo. Os resultados numéricos foram obtidos através do cálculo dos expoentes de Lyapunov, através de integração numérica dos sistemas, e das curvas de bifurcação, por continuação numérica através do MatCont. Investigou-se as bifurcações que formam o endoesqueleto de camarões em planos de parâmetros no circuito de Chua, além de estruturas espirais, caos transiente e bacias de atração caóticas e periódicas. Análise semelhante foi realizada no acoplamento de dois osciladores de FitzHugh-Nagumo, identificando estruturas periódicas imersas em regiões caóticas, estruturas de línguas de Arnold imersas em regiões de comportamento quase-periódico, com períodos organizados e conectadas com regiões periódicas, e a sensibilidade do sistema às condições iniciais.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FlavioPrebianca.pdf: 9416283 bytes, checksum: 8370dafefe8b91b42b5d6117aaae5da3 (MD5) Previous issue date: 2014-12-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Chua s circuit is an electronic oscillator that has a non-linearity coupled to an LC oscillator, enabling the study of experimental chaos. Using the method of feedback with sine function of the voltage from C1 capacitor, indirectly alters the nonlinear curve of the circuit, with new operation points allowing the emergence of four scroll attractors. A consequence of this feedback is the emergence of a new chaotic region in the parameter space. We present here a qualitative numerical study simulated via MULTISIM/SPICE. It also presents the study by fourth order Runge-Kutta numerical integration for the construction of the parameter space of the largest Lyapunov exponent and bifurcation diagram. It explores the crisis region in the numerical study and show the experimental attractors in this phenomenon. We seek to compare the crisis phenomenon relating the number of visits that system is in the regions +V1 and −V1. / O circuito de Chua é um oscilador eletrônico que possui uma não-linearidade acoplada a um oscilador LC, viabilizando o estudo de caos experimental. Utilizando o método de realimentação por função senoidal da tensão do capacitor C1, altera-se indiretamente a curva não linear do circuito, com novos pontos de operação do oscilador, possibilitando o surgimento de atratores de quatro rolos. Uma consequência desta realimentação ´e o surgimento de uma nova região de caos no espaço de parâmetros. Apresenta-se neste trabalho, o estudo numérico qualitativo simulado via MULTISIM/SPICE. Também apresenta o estudo por integração numérica pelo método Runge-Kutta de quarta ordem, para a construção do espaço de parâmetros do maior expoente de Lyapunov e diagrama de bifurcação. Explora-se a região de crise no estudo numérico e mostra-se atratores experimentais em tal fenômeno. Buscamos comparar o fenômeno de crise relacionando o numero de visitas que o atrator faz nas regiões +V1 e −V1.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Antonio da Silva.pdf: 16150641 bytes, checksum: 4f03858f903f15428bb43b27fd6e1fe8 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we investigate parameter planes constructed for a set of three autonomous, ten-parameter, first-order nonlinear ordinary differential equations, which models a tri-trophic food web system. By using Lyapunov exponents, bifurcation diagrams, and trajectories in the phase-space, to numerically characterize the dynamics of the model in a parameter plane, we show that it presents typical periodic structures embedded in a chaotic region, forming spiral structures that coils up around a focal point while period-adding bifurcation take place. / Nesse trabalho investigamos planos de parâmetros construídos para um conjunto de três equações diferenciais ordinárias, autônomas, não lineares de primeira ordem com dez parâmetros que modela uma cadeia alimentar tritrófica. Usamos expoentes de Lyapunov, diagramas de bifurcação, e curvas no espaço de fase para caracterizar numericamente a dinâmica do modelo em um plano de parâmetro e, mostramos que este apresenta estruturas periódicas típicas em meio à regiões caóticas, formando espirais que se enrolam ao redor de um ponto focal ao passo que surgem bifurcações de adição de período.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Marques.pdf: 14630401 bytes, checksum: 352c48d8c01e0db8ba6b41f5e8317ec8 (MD5) Previous issue date: 2015-03-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The main subject developed in this dissertation is the characterization of the dynamics of high-dimensional conservative systems using different statistical approaches. Looking at the conservative system phase-space, we can find chaotic and regular regions that are characterized by a random distribution of points and periodic structures formed by closed orbits, respectively. The nonlinearity parameter has a fundamental hole to the occurrence of chaotic trajectories that can get stuck for a finite time on the vicinity of regular regions. This phenomenon is known as stickiness effect and can be identified using different tools as the spectrum of finite time Lyapunov exponents or the recurrence time statistics (RTS), e.g. Throughout this dissertation, we propose to characterize this effect using such approaches and also apply a new methodology which uses the time series of the spectrum of finite time Lyapunov exponents to separate the dynamics in different regimes of motion. For this purpose, we study two conservative systems that are derived from standard map, a symplectic map extensively used to investigate the transition from regular to chaotic dynamic. The first system consists in a chain of coupled standard maps that originates a 2N-dimensional system, where N is the number of coupled maps. Using this system, from the definition of regimes of motion, we obtained the cumulative distribution of the consecutive time that the trajectory spends in a particular regime, which reproduces with a good precision the results obtained when using the RTS. The second system studied was the Modified Standard Map, which is obtained adding an action variable to the standard map. The coupling with an extra dimension allows the penetration of the regular structures by the trajectories, what was forbidden for the two-dimensional case. The application of the method of separation of regimes in this system enables a more detailed analysis of the stickiness effect, showing that only the trajectories located near the regular structures have Local Lyapunov exponents about zero. Thus, the development of this research contributes to a better understanding of the stickiness effect in high-dimensional conservative systems. / O tema principal desenvolvido nesta dissertação de Mestrado está relacionado com o estudo da dinâmica de sistemas conservativos, utilizando diferentes abordagens estatísticas. Ao analisarmos o espaço de fases de um sistema dinâmico pertencente a esta classe, podemos encontrar regiões caóticas e regulares que são caracterizadas pela distribuição aleatória de pontos e por estruturas periódicas formadas por órbitas fechadas, respectivamente. O parâmetro de não-linearidade tem um papel fundamental na existência de trajetórias caóticas que podem ser aprisionadas por um tempo finito nas proximidades das regiões regulares. Este fenômeno é conhecido como efeito stickiness, e pode ser identificado através da utilização de diferentes abordagens como, por exemplo, o espectro de Lyapunov calculado a tempo finito ou a estatística dos tempos de recorrência de Poincaré (ETR). No decorrer desta dissertação, propomos caracterizar o efeito stickiness utilizando tais abordagens, além de aplicar uma nova metodologia que consiste em analisar séries temporais do espectro de expoentes de Lyapunov afim de definir diferentes regimes de movimento. Para isso, estudamos dois sistemas conservativos multidimensionais derivados do mapa padrão, um mapa simplético muito utilizado para a investigação da transição da dinâmica regular para caótica. O primeiro deles consiste em uma rede de mapas padrão acoplados que dá origem a um sistema de 2N-dimensões, sendo N o número de mapas acoplados. Utilizando este sistema, a partir da definição de regimes de movimento, foi possível determinar a distribuição cumulativa do tempo consecutivo que a trajetória permanece em um determinado regime, sendo que os resultados obtidos por meio da análise desta quantidade podem reproduzir de forma satisfatória aqueles obtidos quando utilizamos a ETR. O segundo sistema estudado foi o Mapa Padrão Modificado (MPM), resultante do acoplamento entre uma variável ação extra e o mapa padrão tradicional. O acoplamento com uma dimensão extra permite que trajetórias penetrem nas regiões de regularidade, o que antes era proibido para o caso bidimensional. A aplicação da técnica de separação de regimes neste sistema permite uma análise mais detalhada do efeito stickiness, mostrando que apenas trajetórias que se encontram em torno das estruturas de regularidade possuem expoentes de Lyapunov Locais com valores próximos a zero. Desta forma, o desenvolvimento desta pesquisa contribui para o melhor entendimento do efeito stickiness em sistemas conservativos de alta dimensionalidade.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pre_textuais.pdf: 54354 bytes, checksum: 81cdd6a9b6a26b1b93efdeee869b2de9 (MD5) Previous issue date: 2011-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we study the self-organization of periodic structures on parameter-spaces of the largest Lyapunov exponent (Lyapunov diagrams) of the Watt governor system model. A hierarchical organization and period-adding bifurcation cascades of the periodic structures are observed, and these self-organized cascades accumulate on a periodic boundary. We also show that the periods of the structures organize themselves obeying the solutions of a diophantine equation. / Neste trabalho estudamos a auto-organização de estruturas periódicas no espaço de parâmetros do maior expoente de Lyapunov (diagramas de Lyapunov) em um modelo do sistema regulador deWatt. Uma organização hierárquica e cascatas de bifurcação por adição de período das estruturas periódicas são observadas e estas cascatas auto-organizadas se acumulam em fronteiras periódicas. Também mostramos que os períodos das estruturas organizam-se obedecendo as soluções de equações diofantina

Um propulsor do tipo Hall é um mecanismo que utiliza predominantemente uma configuração de campos eletromagnéticos Hall, um campo elétrico perpendicular a um campo magnético, para confinar elétrons e acelerar íons. Os elétrons são confinados dentro de um canal de aceleração onde os campos eletromagnéticos estão presentes. Um gás neutro é lançado dentro desse canal de aceleração de forma que os elétrons confinados podem colidir com os átomos do gás e os ionizar. Os íons gerados dessas colisões, elétrons-gás, são fortemente repelidos para fora do canal de aceleração pelo campo elétrico. A expulsão desses íons é o fator responsável pela propulsão. Nesses propulsores é importante que os elétrons estejam confinados dentro do canal de aceleração e que sejam capazes de produzir o maior número possível de íons. Visando determinar quais são os parâmetros de controle– intensidade dos campos eletromagnéticos– que propiciam uma dinâmica eletrônica com essas características, derivamos, via formalismo Hamiltoniano, as equações de movimento de um elétron e as analisamos. Dessas equações de movimento encontramos funções analíticas que indicam os limites geométricos atingidos pelo elétron dentro do sistema propulsor para cada conjunto de parâmetros de controle. Essas funções constituem o critério de confinamento eletrônico utilizado nesse trabalho. Além disso, a partir das equações de movimento, mostramos quais as configurações de campos eletromagnéticos que teoricamente incrementam o desempenho dos propulsores Hall. Verificamos que nas configurações de maior desempenho a dinâmica eletrônica é caótica. Neste trabalho, o caos é determinado com o auxílio dos mapas de Poincaré e dos expoentes de Lyapunov. / A Hall thruster is a system that utilizes an electromagnetic fields configuration predominantly like Hall, an electric field which lies perpendicular to a magnetic field, to confine electrons and to accelerate ions. The electrons are confined within an acceleration chamber where the electromagnetic fields are present. A neutral gas is released within this acceleration chamber so that the confined electrons can collide with the gas and ionize it. The ions generated from these collisions, the electron-gas, are strongly repelled by the electric field system. The expulsion of these ions generate the propulsion. In these thrusters it is very important that the electrons are confined within the acceleration chamber and are able to produce the largest possible number of ions. In order to determine the control parameters, that is, the electromagnetic fields intensity which provides an electronic dynamic with these characteristics; we derived, via Hamiltonian formalism, the motion equations for an electron and we analyzed them. From these motion equations, we found functions that indicate the electron geometric boundaries within these thrusters, for each set of control parameters. In this work, these functions indicate the electronic confinement. Moreover, from the motion equations, we showed the electromagnetic fields settings which theoretically improve the Hall thruster’s performance. We found that, in these higher performance settings, the electron dynamics is chaotic. In this work, the chaos is determined by Poincaré maps and by Lyapunov exponents.

In this work, we study the set X ̇(φ,f) of points such that the Birkhoff averages do not exist. Following Thompson, our main result here is to show that the topological pressure of X ̇(φ,f) is total. As corollary, we get the some result for the Oseledets Irregular set for Lyapunov exponent in one dimension. For higher dimensions, this question is still open. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho, estudamos o conjunto X ̇(φ,f) de pontos tal que as médias de Birkhoff não existe. Seguindo Thompson, nosso resultado principal aqui é mostrar que a pressão topológica de X ̇(φ,f) é total. Como corolário, damos o mesmo resultado para o conjunto Irregular de Oseledets para os expoentes de Lyapunov em dimensão um. Para dimensões maiores, esta questão está em aberto.

Les dynamiques des systèmes modélisés par des équations aux dérivées partielles (EDPs) en dimension infinie sont largement liées aux réseaux physiques. La synthèse de la commande et l'analyse de la stabilité de ces systèmes sont étudiées dans cette thèse. Les systèmes singulièrement perturbés, contenant des échelles de temps multiples sont naturels dans les systèmes physiques avec des petits paramètres parasitaires, généralement de petites constantes de temps, les masses, les inductances, les moments d'inertie. La théorie des perturbations singulières a été introduite pour le contrôle à la fin des années $1960$, son assimilation dans la théorie du contrôle s'est rapidement développée et est devenue un outil majeur pour l'analyse et la synthèse de la commande des systèmes. Les perturbations singulières sont une façon de négliger la transition rapide, en la considérant dans une échelle de temps rapide séparée. Ce travail de thèse se concentre sur les systèmes hyperboliques linéaires avec des échelles de temps multiples modélisées par un petit paramètre de perturbation. Tout d'abord, nous étudions une classe de systèmes hyperboliques linéaires singulièrement perturbés. Comme le système contient deux échelles de temps, en mettant le paramètre de la perturbation à zéro, deux sous-systèmes, le système réduit et la couche limite, sont formellement calculés. La stabilité du système complet de lois de conservation implique la stabilité des deux sous-systèmes. En revanche un contre-exemple est utilisé pour illustrer que la stabilité des deux sous-systèmes ne suffit pas à garantir la stabilité du système complet. Cela montre une grande différence avec ce qui est bien connu pour les systèmes linéaires en dimension finie modélisés par des équations aux dérivées ordinaires (EDO). De plus, sous certaines conditions, l'approximation de Tikhonov est obtenue pour tels systèmes par la méthode de Lyapunov. Plus précisément, la solution de la dynamique lente du système complet est approchée par la solution du système réduit lorsque le paramètre de la perturbation est suffisamment petit. Deuxièmement, le théorème de Tikhonov est établi pour les systèmes hyperboliques linéaires singulièrement perturbés de lois d'équilibre où les vitesses de transport et les termes sources sont à la fois dépendant du paramètre de la perturbation ainsi que les conditions aux bords. Sous des hypothèses sur la continuité de ces termes et sous la condition de la stabilité, l'estimation de l'erreur entre la dynamique lente du système complet et le système réduit est obtenue en fonction de l'ordre du paramètre de la perturbation. Troisièmement, nous considérons des systèmes EDO-EDP couplés singulièrement perturbés. La stabilité des deux sous-systèmes implique la stabilité du système complet où le paramètre de la perturbation est introduit dans la dynamique de l'EDP. D'autre part, cela n'est pas valable pour le système où le paramètre de la perturbation est présent dans l'EDO. Le théorème Tikhonov pour ces systèmes EDO-EDP couplés est prouvé par la technique de Lyapunov. Enfin, la synthèse de la commande aux bords est abordée en exploitant la méthode des perturbations singulières. Le système réduit converge en temps fini. La synthèse du contrôle aux bords est mise en œuvre pour deux applications différentes afin d'illustrer les résultats principaux de ce travail. / Systems modeled by partial differential equations (PDEs) with infinite dimensional dynamics are relevant for a wide range of physical networks. The control and stability analysis of such systems become a challenge area. Singularly perturbed systems, containing multiple time scales, often occur naturally in physical systems due to the presence of small parasitic parameters, typically small time constants, masses, inductances, moments of inertia. Singular perturbation was introduced in control engineering in late $1960$s, its assimilation in control theory has rapidly developed and has become a tool for analysis and design of control systems. Singular perturbation is a way of neglecting the fast transition and considering them in a separate fast time scale. The present thesis is concerned with a class of linear hyperbolic systems with multiple time scales modeled by a small perturbation parameter. Firstly we study a class of singularly perturbed linear hyperbolic systems of conservation laws. Since the system contains two time scales, by setting the perturbation parameter to zero, the two subsystems, namely the reduced subsystem and the boundary-layer subsystem, are formally computed. The stability of the full system implies the stability of both subsystems. However a counterexample is used to illustrate that the stability of the two subsystems is not enough to guarantee the full system's stability. This shows a major difference with what is well known for linear finite dimensional systems. Moreover, under certain conditions, the Tikhonov approximation for such system is achieved by Lyapunov method. Precisely, the solution of the slow dynamics of the full system is approximated by the solution of the reduced subsystem for sufficiently small perturbation parameter. Secondly the Tikhonov theorem is established for singularly perturbed linear hyperbolic systems of balance laws where the transport velocities and source terms are both dependent on the perturbation parameter as well as the boundary conditions. Under the assumptions on the continuity for such terms and under the stability condition, the estimate of the error between the slow dynamics of the full system and the reduced subsystem is the order of the perturbation parameter. Thirdly, we consider singularly perturbed coupled ordinary differential equation ODE-PDE systems. The stability of both subsystems implies that of the full system where the perturbation parameter is introduced into the dynamics of the PDE system. On the other hand, this is not true for system where the perturbation parameter is presented to the ODE. The Tikhonov theorem for such coupled ODE-PDE systems is proved by Lyapunov technique. Finally, the boundary control synthesis is achieved based on singular perturbation method. The reduced subsystem is convergent in finite time. Boundary control design to different applications are used to illustrate the main results of this work.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antonio J Fidelis.pdf: 14922669 bytes, checksum: 6b0a7e53941481a93d4afce451520db9 (MD5) Previous issue date: 2013-03-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we present a study of the logistic map xn+1 = rxn(1 xn) based on the supertracks, a set of continuous functions of the fixed parameter r recursively generated from the map s critical point Xmax = 1/2. This functions determine some iriternal and externa! boundaries of the orbit diagram of the map and provide information about the dynamics of the orbits. The iritersections of these functions can be periodic points or Misiurewicz points. We analyze the dynamics of the orbit in a particular Misiurewicz point, originated from the first coilision between the unstable fixed point and the chaotic attractor. As inedited results, we present algebraically the Lyapunov exponent and the invariant measure for this fixed parameter s value r. Algebraical orbits from the birth and the death of the famous period 3 window are presented as inedited result too. / Neste trabalho apresentamos um estudo do mapa logístico xn + 1 = rxn(1 xn) através do formalismo de supertracks, um conjunto de funções contínuas do parâmetro fixo r geradas recursivamente a partir do ponto crítico do mapa Xmax = 1/2. Essas funções determinam algumas fronteiras internas e externas no diagrama de bifurcação do mapa e fornecem informações sobre a dinâmica das órbitas. As interseções dessas funções podem ser pontos periódicos ou pontos de Misiurewicz. Analisamos a dinâmica da órbita num ponto de Misiurewicz em particular, originado da primeira colisão do ponto fixo instável com o atrator caótico. Como resultados inéditos, apresentamos de forma algébrica o expoente de Lyapunov e a medida invariante para este valor do parâmetro r. As órhitas algébricas do nascimento e da morte da famosa janela de período 3 são também ineditamente apresentados.