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Der van der Pol-Oszillator

 

 

Die Differentialgleichung

 

--- oder als System von zwei Differentialgleichungen erster Ordnung formuliert ---

beschreibt einen nichtlinearen Oszillator, dessen Trajektorien im    Phasenraum in einen Grenzzyklus einlaufen, m.a.W. dessen Amplitude sich bis zu einem bestimmten Grenzwert verstärkt. Dies wird durch einen amplitudenabhängigen Dämpfungsterm erreicht, der dann negativ wird, also Verstärkung bewirkt, wenn die Amplitude kleiner als ein Sollwert (hier 1) wird. Der Kontrollparameter gibt die Größ e dieser nichtlinearen Selbstverstärkung an.

Die Gleichung (1.1) ist ursprünglich ein Modell für einen elektrischen Oszillator, der als nichtlineares Verstärkungsglied eine Triode enthält, findet aber auch u.a. Anwendungen in der Aerodynamik [Dow75], bei windinduzierten Schwingungen von Gebäuden [ND70], Rad-Fahrbahn-Problemen [Coo80], Modellierung von bestimmten chemischen Reaktionen [URP74] und in der Biophysik zur Modellierung des Herzrhythmus [BSN85].

 

Der van der Pol-Oszillator besitzt für alle positiven Werte von einen Grenzzyklus, eine periodische, nichtharmonische Schwingung. Für sehr kleine ist der Grenzzyklus fast harmonisch, was einer Ellipse im Phasenraum entspricht.

Steigt der Wert von , so wird das Phasenraum-Diagramm zunehmend eckiger, weshalb man auch als Eckigkeit des van der Pol-Oszillators bezeichnen kann. Die Abb. (1.2) und (1.3) zeigen numerisch [IMS84] gewonnene Lösungen von (1.1).



Werner Eberl
Fri Apr 14 00:36:50 MET DST 1995