Harmonic Balance is one of the most popular methods for computing periodic solutions of nonlinear dynamical systems. In this work, we address two of its major shortcomings: First, we investigate to what extent the computational burden of stability analysis can be reduced by consistent use of Chebyshev polynomials. Second, we address the problem of a rigorous error bound, which, to the authors' knowledge, has been ignored in all engineering applications so far. Here, we rely on Urabe's error bound and, again, use Chebyshev polynomials for the computationally involved operations. We use the error estimate to automatically adjust the harmonic truncation order during numerical continuation, and confront the algorithm with a state-of-the-art adaptive Harmonic Balance implementation. Further, we rigorously prove, for the first time, the existence of some isolated periodic solutions of the forced-damped Duffing oscillator with softening characteristic. We find that the effort for obtaining a rigorous error bound, in its present form, may be too high to be useful for many engineering problems. Based on the results obtained for a sequence of numerical examples, we conclude that Chebyshev-based stability analysis indeed permits a substantial speedup. Like Harmonic Balance itself, however, this method becomes inefficient when an extremely high truncation order is needed as, e.g., in the presence of (sharply regularized) discontinuities.


翻译:基于Chebyshev多项式的稳定性分析和Urabe误差界对谐波平衡的有用性 摘要:谐波平衡是计算非线性动力系统周期解的最流行方法之一。在本文中,我们解决谐波平衡的两个主要缺点:首先,我们研究一致使用Chebyshev多项式,能够降低稳定性分析的计算负担程度。其次,我们解决了严格的误差界问题,该问题在所有工程应用中,据作者所知,迄今还没有被关注。在这里,我们依赖Urabe的误差界,并再次使用Chebyshev多项式进行计算上的操作。我们利用误差估计来在数值连续过程中自动调整谐波截断阶数,以及将算法与最先进的自适应谐波平衡实现进行对比。此外,我们严格证明了受强制阻尼的Duffing振子的某些孤立周期解的存在性,这是首次实现的。我们发现,以目前形式提供该严格误差界的努力,可能对许多工程问题来说过于高昂,以至于没有实用价值。基于一系列数值例子所得到的结果,我们得出结论,基于Chebyshev多项式的稳定性分析确实能够实现大幅度提速。然而,像谐波平衡本身一样,在需要极高截断阶数的情况下,例如在出现(尖锐正则化的)不连续时,该方法会变得效率低下。

0
下载
关闭预览

相关内容

【简明书册】(随机)梯度方法的收敛定理手册,68页pdf
专知会员服务
37+阅读 · 2023年1月31日
专知会员服务
179+阅读 · 2021年1月8日
专知会员服务
42+阅读 · 2020年9月25日
《常微分方程》笔记,419页pdf
专知会员服务
70+阅读 · 2020年8月2日
【综述】7篇非常简洁近期深度学习综述论文
专知会员服务
72+阅读 · 2019年12月31日
类数值方法PNDM:Stable Diffusion默认加速采样方案
【硬核书】多无人机鲁棒编队控制,145页pdf
震惊四座! 哄一哄能让GPT-3准确率暴涨61%!
THU数据派
0+阅读 · 2022年5月26日
重新思考图卷积网络:GNN只是一种滤波器
新智元
28+阅读 · 2019年6月3日
t-SNE:最好的降维方法之一
人工智能前沿讲习班
25+阅读 · 2019年2月24日
Word2Vec与Glove:词嵌入方法的动机和直觉
论智
14+阅读 · 2018年6月23日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月19日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月18日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员