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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Theoretische Physik VI (Vertiefung) : "Nichtlineare Dynamik und Kontrolle"

Lehrveranstaltung 3233 L 120 im Sommersemester 2014

Vorlesung:
Dr. Philipp Hövel
PD Dr. Kathy Lüdge

Übung:
Dr. Vitaly Belik

Wahlpflichtveranstaltung oder Vertiefungsfach für Dipl.-Physik-Studierende und Master-Studierende und Studierende anderer naturwissenschaftlicher Studiengänge.

Der Besuch dieser Lehrveranstaltung (VL+UE) entspricht 10 ECTS-Punkten.

Die Vorlesung kann auch als Wahlpflichtfach (8 SWS) mit einer Spezialvorlesung (z.B Computational Stochastic Biophysics  Nr. 3233 L 509) oder einem Seminar (The Role of Symmetries in Dynamical Networks Nr.3233 L 606) kombiniert werden.

 

!!!!AKTUELLE INFO:!!!!

Am 10.7. findet während der Vorlesungszeit eine Abschlussbesprechung beim gemeinsamen Kaffee statt. Treffpunkt ist 9 Uhr vor dem Hörsaall!!!

Die Vorlesung

Inhalt:

  1. Dynamische Systeme und deterministisches Chaos
  2. Kontrollkonzepte der nichtlinearen Dynamik, Chaoskontrolle
  3. zeitverzögerte Rückkopplungsverfahren, Stabilitätsanalyse retardierter Differenzialgleichungen
  4. gekoppelte Systeme und Netzwerke
  5. Wechselspiel von Zeitverzögerung und Rauschen
  6. Anwendung auf Laser
  7. Anwendung auf Neurodynamik

Zeit und Ort:

Vorlesung (ab 15.04.2014):
Dienstag, 8:30-10:00 Uhr, EW 203
Donnerstag, 8:30-10:00 Uhr, EW 203

Übung (ab 16.04.2014):
Mittwoch, 12:15-13:45 Uhr, EW 731

 


Online Anmeldung für die Übungen


Die Tutorieneinteilung, Punkteverteilung und Scheinvergabe zu der Vorlesung "Theoretische Physik VI: Nichtlineare Dynamik und Kontrolle" erfolgt über das Moseskontosystem: https://moseskonto.tu-berlin.de/moseskonto vom 01.04.-16.04.2014 (18:00 Uhr).

Eine spätere Anmeldung ist nicht möglich.

Scheinkriterien

  • 50% der Punkte aus den Übungszetteln/Projekten (Abgabe in Dreiergruppen),
    aktive Teilnahme am Tutorium
  • Bearbeitung und Vorstellung eines Projektes (Projektvorstellung in der letzten Vorlesungswoche)

Computer-Visualisierungen (OWL-Projekt)

Das Projekt Offensive Wissen durch Lernen (OWL) hat zum Ziel, Inhalte der Vorlesung anschaulich mit kleinen Java-Programmen darzustellen. Auch für die Nichtlineare Dynamik gibt es einige Applets.

Vorlesungsmitschrift

Datum Thema Skript Aufzeichnung*
15.04.14 Dynamische Systeme farbig, schwarzweiss Replay
17.04.14 Stabilitaet und Langzeitverhalten farbig, schwarzweiss Replay
22.04.14 Attraktor farbig, schwarzweiss Replay
24.04.14 Bifurkationen farbig, schwarzweiss Replay
29.04.14 Bifurkationen von Grenzzyklen farbig, schwarzweiss Replay
06.05.14 farbig, schwarzweiss Replay
08.05.14 Kontrollkonzepte farbig, schwarzweiss Replay
13.05.14 Chaoskontrolle farbig, schwarzweiss Replay
15.05.14 Adaptive Kontrolle farbig, schwarzweiss Replay
20.05.14 Retardierte komplexe Systeme farbig, schwarzweiss Replay
22.05.14 zeitverzoegerte Rueckkopplungskontrolle farbig, schwarzweiss Replay
27.05.14 Rueckkopplungskontrolle - Gekoppelte Systeme farbig, schwarzweiss Replay
03.06.14 Gekoppelte Systeme und Netzwerke farbig, schwarzweiss Replay
05.06.14 Kopplungsschema und stationaere Loesungen in Netzwerken farbig, schwarzweiss Replay
10.06.14 Master Stability Function farbig, schwarzweiss Replay
12.06.14 Wechselspiel von Zeitverzoegerung und Rauschen farbig, schwarzweiss Replay
17.06.14 Kontrolle rauschinduzierter Oszillationen farbig, schwarzweiss Replay
19.06.14 Laserdynamik farbig, schwarzweiss Replay
24.06.14 Gekoppelte neuronale Systeme farbig, schwarzweiss Replay
26.06.14 Chimera-Zustaende farbig, schwarzweiss Replay
03.07.14 Normalform der Lasergleichungen farbig, schwarzweiss Replay
08.07.14 Class B Lasergleichung - konservatives Problem farbig, schwarzweiss Replay
* benötigt Java

VL vom 8.5.14

Kontrollkonzepte pdf (PDF, 496,3 KB) 8.5.14

Material aus der Übung

Hier gibt es  Material aus der Übung (Folien, Code-Schnipsel etc.):

Dateien
1. Übung (16.4.14)
Einführung in Python
python1.pdf (PDF, 260,5 KB)
2. Übung (23.4.14)
Python-Beispiele
Uebung2.tar (TAR, 5,0 KB)

Übungsblätter

Die Bearbeitung erfolgt in Dreiergruppen.

Zeitplan Übungsblätter

Übungsblatt
Nr.
Thema
Ausgabe
Abgabe
pdf
1.
Lotka-Volterra, Van-der-Pol
17.04.2014
30.04.2014
Uebung1.pdf (PDF, 113,9 KB)
2.
Lorenz, SNIPER
24.04.2014
07.05.2014 
Uebung2.pdf (PDF, 105,7 KB)
3.
Menger-Schwamm, Logistische Abbildung
30.04.2014
14.05.2014
Uebung3.pdf (PDF, 650,0 KB)
4.
Chaos-Kontrolle
08.05.2014
21.05.2014
Uebung4.pdf (PDF, 126,7 KB)
5.
Euler-Methode für Delay-Differenzialgleichungen, Optimalkontrolle
15.05.2014
28.05.2014
Uebung5.pdf (PDF, 124,9 KB)
6.
Adaptive Kontrolle, Logistisches Populationsmodell mit Delay
22.05.2014
04.06.2014
Uebung6.pdf (PDF, 93,4 KB)

Projekte

Die Projektbeschreibungen gibt es hier: projekte_SS14.pdf (PDF, 160,7 KB).

Am Mittwoch, den 11. Juni, wird die Einteilung in der Übung stattfinden.

Zeitplan für Projektpräsentationen am 15.7. und 17.7

Projektpräsentation soll nicht länger als 12 Minuten für den Vortrag und 3 Minuten für die Fragen dauern (Insgesamt 15 Minuten).

 

Projekttitel
15. Juli 2014
17. Juli 2014
1. Numerische Bifurkationsanalyse und Lösungsverfolgung
8:30-8:45
2. Chaoskontrolle in autonomen Laufrobotern
8:45-9:00
3. Odd-number limitation
9:00-9:15
7. Synchronization im Stromnetz
9:15-9:30
6. Dynamische Eigenschaften von zwei gekoppelten Halbleiterlasern
8:30-8:45
4. Halbleiterlaser mit optischer Injektion
8:45-9:00
8. Seuchenausbreitung
9:00-9:15
9. Skalenfreie und small-world Netzwerke
9:15-9:30
5. Synchronisation in Laser-Netzwerken aus Quantenpunktlasern: Master stability function
9:30-9:45

 

 

Sprechzeiten

Sprechzeiten
Name
Raum
Tel.
Sprechzeiten

EW 633
314-27658
nach Vereinbarung

EW 741
314-23002
nach Vereinbarung

EW 633
314-27658
Mi 15-16

Literatur

Siehe auch Semesterapparat in der TU-Fachbereichsbibliothek Physik.

Grundlagen:

  • Steven H. Strogatz, Nonlinear Dynamics And Chaos: With Applications To Physics Biology, Chemistry And Engineering (Studies in Nonlinearity), Westview Press (2000)
  • Ed Ott, Chaos in dynamical systems, Cambridge Univ. Press (2002)
  • John Argyris, Gunter Faust, Maria Haase, Rudolf Friedrich, Die Erforschung des Chaos, Springer (2010)
  • John Guckenheimer, Nonlinear oscillations, dynamical systems, and bifurcations of vector fields, Springer (1986)
  • Marc Newman, Networks: An introduction, Oxford University Press (2010)

Weiterführende Literatur:

Mathematische Methoden:

  • Thomas Erneux, Applied Delay Differential Equations, Springer (2009)
  • Jack K. Hale and Sjoerd M. Verduyn Lunel, Introduction to functional differential equations, Springer (1993)
  • Richard Bellman, and Kenneth L Cooke, Differential-difference equations, New York-London: Academic Press. (1963)
  • A. Bellen and M. Zennaro and A. Bellen, Numerical Methods for Delay Differential Equations, Oxford Univ Pr (2003)

Stochastische Systeme:

  • Crispin W. Gardiner, Handbook of stochastic method, Springer (2004)
  • Nicolas G. van Kampen, Stochastic processes in physics and chemistry, North-Holland Publ. (2008)
  • Ruslan L. Stratonovich, Topics in the Theory of Random Noise, Vols. I and II, Gordon and Breach (1963)

Kontrolle:

  • Alexander L. Fradkov, Iliya V. Miroshnik, Vladimir O. Nikiforov, Nonlinear and adaptive control of complex systems, Kluwer (1999)
  • Alexander L. Fradkov, Cybernetical Physics: From Control of Chaos to Quantum Control, Springer, (2007)
  • Eckehard Schöll, Hans Georg Schuster, Handbook of chaos control (Second completely revised and enlarged edition) Wiley (2008)

Dynamische Systeme:

  • Fatihcan M. Atay, Complex Time-Delay Systems, Springer (2010)
  • Wolfram Just, Axel Pelster, Michael Schanz, Eckehard Schöll, Delayed Complex Systems: An Overview, Theme Issue of Phil. Trans. R. Soc. A 368, 303 (2010)
  • Lutz Schimansky-Geier, Bernold Fiedler, Jürgen Kurths, Eckehard Schöll, Analysis and control of complex nonlinear processes in physics, chemistry and biology, World Scientific (2007)
  • Aleksandr S. Mikhailov, Foundations of Synergetics I. Distributed Active Systems, Springer (1990)
  • James D. Murray, Mathematical Biology,Vol. 19 of Biomathematics Texts, Springer (1989)
  • Hermann Haken, Synergetics. Introduction and Advanced Topics, Springer (2004)
  • Vladimir I. Arnol'd, Mathematical Methods of Classical Mechanics, Springer (1997)

Neuronale Systeme:

  • Eugene M. Izhikevich, Dynamical Systems in Neuroscience, MIT Press (2007)
  • Steven J. Schiff, Neural Control Engineering, MIT Press (2012)
  • Peter Dayan, Laurence F. Abbott, Theoretical Neuroscience: Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems (Computational Neuroscience), MIT Press (2005)

Laser:

  • T. Erneux, P. Glorieux, Laser Dynamics, Cambridge Univ. Press (2010)
  • H. Haken. Laser light dynamics. North Holland (1985)

 

 

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