Для цитирования:
Вадивасова Т. Е., Аринушкин П. А., Анищенко В. С. Взаимная синхронизация сложных структур во взаимодействующих ансамблях нелокально-связанных ротаторов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 1. С. 4-20. DOI: 10.18500/1817-3020-2021-21-1-4-20, EDN: RMLJUY
Взаимная синхронизация сложных структур во взаимодействующих ансамблях нелокально-связанных ротаторов
В работе рассматривается мало изученная на сегодняшний день задача, касающаяся особенностей взаимодействия ансамблей фазовых осцилляторов с инерцией (ротаторов) и синхронизации формирующихся в этих ансамблях сложных пространственных структур (химер и уединенных состояний). Исследуемая модель представляет собой двухслойную мультиплексную сеть ротаторов с нелокальным характером внутрислойных связей. Каждый слой состоит из 100 идентичных элементов с одинаковым значением коэффициента связи и фазового сдвига связи для каждого элемента внутри одного слоя. Между собой слои могут различаться частотами вращения составляющих слой элементов. Межслойная связь является симметричной. В работе рассматривается взаимодействие как идентичных слоев, в которых в отсутствие межслойной связи устанавливаются несколько различные структуры, так и слоев, характеризующихся частотной расстройкой ротаторов. Для идентичных слоев установлен эффект полной синхронизации сложных структур начиная с некоторого значения коэффициента межслойной связи. Для слоев с частотной расстройкой показан режим эффективной синхронизации, соответствующей незначительному различию фаз ротаторов во взаимодействующих слоях при полной синхронизации частот. Исследуется влияние, оказываемое на синхронизацию пространственных структур значением фазового сдвига в цепи межслойной связи.
- Rosenblum M., Pikovsky A., Kurths J. Synchronization ‒ a universal concept in nonlinear sciences. Cambridge ; New York : Cambridge University Press, 2001. 411 p. (Cambridge Nonlinear Science Series 12). DOI: https://doi.org/10.1119/1.1475332
- Anishchenko V. S., Astakhov V. V., Neiman A. B., Vadivasova T. E., Shimansky-Geier L. Nonlinear dynamics of chaotic and stochastic systems. Tutorial and modern development / ed. 2. Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag, 2007. 446 p. (Springer Series in Synergetics). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-38168-6
- Kuramoto Y. Chemical oscillations, waves, and turbulence. Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag,1984. 158 p. (Springer Series in Synergetics). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-69689-3
- Nekorkin V. I., Velarde M. G. Synergetic phenomena in active lattices. Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag, 2002. 359 p. (Springer Series in Synergetics). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-56053-8
- Osipov G. V., Kurths J., Zhou C. Synchronization in Oscillatory Networks. Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag, 2007. 370 p. (Springer Series in Synergetics). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-71269-5
- Barreto E., Hunt B., Ott E., So P. Synchronization in networks of networks : The onset of coherent behavior in systems of interacting populations of heterogeneous oscillators // Phys. Rev. E. 2008. Vol. 77. 036107. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.77.036107
- Louzada V. H., Araújo N. A., Andrade J. S. Jr., Herrmann H. J. Breathing synchronization in interconnected networks // Sci. Rep. 2013. Vol. 3. 03289. DOI: https://doi.org/10.1038/srep03289
- Aguirre J., Sevilla-Escoboza R., Gutiérrez R., Papo D., Buldú J. M. Synchronization of interconnected networks : The role of connector nodes // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112. 248701. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.248701
- Sevilla-Escoboza R., Sendina-Nadal I., Leyva I., Gutierrez R., Buldu J. M., Boccaletti S. On the Inter-layer synchronization in multiplex networks of identical layers // Chaos. 2016. Vol. 26, iss. 6. 065304. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4952967
- Leyva I., Sevilla-Escoboza R., Sendiña-Nadal I., Gutiérrez R., Buldú J. M., Boccaletti S. Inter-layer synchronization in non-identical multi-layer networks // Sci. Rep. 2017. Vol. 7, iss. 1. 45475. DOI: https://doi.org/10.1038/srep45475
- Kuramoto Y., Battogtokh D. Coexistence of coherence and incoherence in nonlocally coupled phase oscillators // Nonl. Phenom. Complex Syst. 2002. Vol. 4. P. 380‒385.
- Abrams D. M., Strogatz S. H. Chimera states for coupled oscillators // Phys. Rev. Lett. 2004. Vol. 93, iss. 17. 174102. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.174102
- Omelchenko I., Maistrenko Y., Hövel P., Schöll E. Loss of coherence in dynamical networks : Spatial chaos and chimera states // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 106, iss. 23. 234102. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.234102
- Tinsley M. R., Nkomo S., Showalter K. Chimera and phase cluster states in populations of coupled chemical oscillators // Nature Physics. 2012. Vol. 8, iss. 9. P. 662‒666. DOI: https://doi.org/10.1038/nphys2371
- Martens E. A., Thutupalli S., Fourrire A., Hallatschek O. Chimera states in mechanical oscillator networks // Proc. Nat. Acad. Sci USA. 2013. Vol. 110, iss. 26. P. 10563‒10567. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1302880110
- Zakharova A., Kapeller M., Schöll E. Chimera death : Symmetry breaking in dynamical networks // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112, iss. 15. 154101. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.154101
- Panaggio M. J., Abrams D. M. Chimera states : Coexistence of coherence and incoherence in networks of coupled oscillators // Nonlinearity. 2015. Vol. 28, iss. 3. R67‒R87. DOI: https://doi.org/10.1088/0951-7715/28/3/r67
- Стрелкова Г. И., Анищенко В. С. Пространственновременные структуры в ансамблях хаотических систем // Успехи физических наук. 2020. Т. 190, вып. 2. С. 160‒178. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.01.038518
- Yeldesbay A., Pikovsky A., Rosenblum M. Chimeralike States in an Ensemble of Globally Coupled Oscillators // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112, iss. 14. 144103. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.144103
- Sethia G. C., Sen A. Chimera States : The Existence Criteria Revisited // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112, iss. 14. 144101. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.144101
- Laing C. R. Chimera in networks with purely local coupling // Phys. Rev. E. 2015. Vol. 92. 050904. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.92.050904
- Clerc M. G., Coulibaly S., Ferrë M. A., Garcïa-Nustes M. A., Rojas R. G. Chimera-type states induced by local coupling // Phys. Rev. E. 2016. Vol. 93, iss. 5. 052204. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.93.052204
- Hizanidis J., Panagakou E., Omelchenko I., Schöll E., Hövel P., Provata A. Chimera states in population dynamics : Networks with fragmented and hierarchical connectivities // Phys. Rev. E. 2015. Vol. 92. 012915. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.92.012915
- Bera B. K., Majhi S., Ghosh D., Perc M. Chimera states : Effects of different coupling topologies // EPL. 2017. Vol. 118, iss. 1. 10001. DOI: https://doi.org/10.1209/0295-5075/118/10001
- Maksimenko V. A., Makarov V. V., Bera B. K., Dibakar Ghosh, Syamal Kumar Dana, Goremyko M. V., Frolov N. S., Koronovskii A. A., Hramov A. E. Excitation and suppression of chimera states by multiplexing // Phys. Rev. E. 2016. Vol. 94. 052205. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.94.052205
- Majhi S., Perc M., Ghosh D. Chimera states in a multilayer network of coupled and uncoupled neurons // Chaos. 2017. Vol. 27. 073109. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4993836
- Andrzejak R. G., Ruzzene G., Malvestio I. Generalized synchronization between chimera states // Chaos. 2017. Vol. 27, iss. 5. 053114. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4983841
- Bukh A., Rybalova E., Semenova N., Strelkova G., Anishchenko V. New type of chimera and mutual synchronization of spatiotemporal structures in two coupled ensembles of nonlocally interacting chaotic maps // Chaos. 2017. Vol. 27. 5009375. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5009375
- Ghosh D., Zakharova A., Jalan S. Non-identical multiplexing promotes chimera states // Chaos, Solitons and Fractals. 2018. Vol. 106. P. 56‒60. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chaos.2017.11.010
- Strelkova G. I., Vadivasova T. E., Anishchenko V. S. Synchronization of chimera states in a network of many unidirectionally coupled layers of discrete maps // Regular and Chaotic Dynamics. 2018. Vol. 23. P. 948‒960. DOI: https://doi.org/10.1134/S1560354718070092
- Rybalova E. V., Vadivasova T. E., Strelkova G. I., Anishchenko V. S., Zakharova A. S. Forced synchronization of a multilayer heterogeneous network of chaotic maps in the chimera state mode // Chaos. 2019. Vol. 29, iss. 3. 033134. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5090184
- Abrams D. M., Strogatz S. H. Chimera states in a ring of nonlocally coupled oscillators // Int. J. of Bif. Chaos. 2006. Vol. 16, iss. 1. P. 21‒37. DOI: https://doi.org/10.1142/S0218127406014551
- Wolfrum M., Omel’chenko O. E., Yanchuk S., Maistrenko Y. L. Spectral properties of chimera states // Chaos. 2011. Vol. 21, iss. 1. 013112. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3563579
- Omel’chenko O. E., Wolfrum M., Yanchuk S., Maistrenko Y. L., Sudakov O. Stationary patterns of coherence and incoherence in two-dimensional arrays of non-locallycoupled phase oscillators // Phys. Rev. E. 2012. Vol. 85. 036210. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.036210
- Ashwin P., Building H., Burylko O. Weak chimeras in minimal networks of coupled phase oscillators // Chaos. 2015. Vol. 25, iss. 1. 4905197. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4905197
- Omelchenko I., Omel’chenko O. E., Hövel P., Schöll E. When nonlocal coupling between oscillators becomes stronger: patched synchrony or multichimera states // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 110, iss. 22. 224101. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.224101
- Omelchenko I., Zakharova A., Hövel P., Siebert J., Schöll E. Nonlinearity of local dynamics promotes multi-chimeras // Chaos. 2015. Vol. 25, iss. 8. 4927829. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4927829
- Vüllings A., Hizanidis J., Omelchenko I., Hövel P. Clustered chimera states in systems of type-I excitability // New Journal of Physics. 2016. Vol. 16. 123039. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/12/123039
- Tanaka H., Lichtenberg A., Oishi S. First order phase transition resulting from finite inertia in coupled oscillator systems // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 78, iss. 11. P. 2104–2107. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2104
- Acebrón J. A., Bonilla L. L., Spigler R. Synchronization in populations of globally coupled oscillators with inertial effects // Phys. Rev. E. 2000. Vol. 62. P. 3437–3454. DOI: https://doi.org/10.1103/physreve.62.3437
- Ha S.-Y., Kim Y., Li Z. Large-time dynamics of Kuramoto oscillators under the effects of inertia and frustration // SIAM Journal on Appl. Dynamical Systems. 2014. Vol. 13, iss. 1. P. 466–492. DOI: https://doi.org/10.1137/130926559
- Belykh I. V., Brister B. N., Belykh V. N. Bistability of patterns of synchrony in Kuramoto oscillators with inertia // Chaos. 2016. Vol. 26, iss. 9. 094822. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4961435
- Wisenfeld K., Colet P., Strogatz S. Synchronization transitions in a disordered Josephson series array // Phys. Rev. Letts. 1996. Vol.76. P. 404‒407. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.76.404
- Trees B., Saranathon V., Stroud D. Synchronization in disordered Josephson junction arrays : Small-world connections and the Kuramoto model // Phys. Rev. E. 2005. Vol. 71. 016215. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.71.016215
- Hizanidis J., Lazarides N., Neofotistos G., Tsironis G. Chimera states and synchronization in magnetically driven SQUID metamaterials // Eur. Phys. J. Special Topics. 2016. Vol. 225. P. 1231–1243. DOI: https://doi.org/10.1140/epjst/e2016-02668-9
- Mishra A., Saha S., Hens C., Roy P. K., Bose M., Louodop P., Cerdeira H. A., Dana S. K. Coherent libration to coherent rotational dynamics via chimeralike states and clustering in a Josephson junction array // Phys. Rev. E. 2017. Vol. 95, iss. 1. 010201. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.010201
- Mishra A., Saha S., Roy P. K., Kapitaniak T., Dana S. K. Multicluster oscillation death and chimeralike states in globally coupled Josephson junctions // Chaos. 2017. Vol. 27, iss. 2. 023110. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4976147
- Kapitaniak T., Kuzma P., Wojewoda J., Czolczynski K., Maistrenko Y. Imperfect chimera states for coupled pendula // Sci. Rep. 2014. Vol. 4. 06379. DOI: https://doi.org/10.1038/srep06379
- Dudkowski D., Jaros P., Czokzynski K., Kapitaniak T. Small amplitude chimeras for coupled clocks // Nonlinear Dynamics. 2020. Vol. 102, iss. 3. P. 1‒12. DOI: https://doi.org/10.1007/s11071-020-05990-z
- Filatrella G., Nielsen A. H., Pedersen N. F. Analysis of a power grid using a Kuramoto-like model // Eur. Phys. J. 2008. Vol. 61. P. 485–491. DOI: https://doi.org/10.1140/epjb/e2008-00098-8
- Nishikawa T., Motter A. E. Comparative analysis of existing models for power grid synchronization // New Journal of Physics. 2015. Vol. 17, iss. 1. 015012. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/7/1/015012
- Grzybowski J. M. V., Macau E. E. N., Yoneyama T. On synchronization in power-grids modelled as networks of second-order Kuramoto oscillators // Chaos. 2016. Vol. 26, iss. 11. 113113. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4967850
- Goldschmidt R. J., Pikovsky A., Politi A. Blinking chimeras in globally coupled rotators // Chaos. 2019. Vol. 29, iss. 7. 5105367. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5105367
- Olmi S., Martens E. A., Thutupalli S., Torcini A. Intermittent chaotic chimeras for coupled rotators // Phys. Rev. E. 2015. Vol. 92. 030901. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.92.030901
- Olmi S. Chimera states in coupled Kuramoto oscillators with inertia // Chaos. 2015. Vol. 25, iss. 12. 123125. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4938734
- Jaros P., Maistrenko Y., Kapitaniak T. Chimera states on the route from coherence to rotating waves // Phys. Rev. E. 2015. Vol. 91, iss. 2. 022907. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.022907
- Jaros P., Brezetsky S., Levchenko R., Dudkowski D., Kapitaniak T., Maistrenko Y. Solitary states for coupled oscillators with inertia // Chaos. 2018. Vol. 28, iss. 1. 5019792. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5019792
- Maistrenko Y., Penkovsky B., Rosenblum M. Solitary state at the edge of synchrony in ensembles with attractive and repulsive interaction // Phys. Rev. E. 2014. Vol. 89, iss. 6. 060901. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.89.060901
- Teichmann E., Rosenblum M. Solitary states and partial synchrony in oscillatory ensembles with attractive and repulsive interactions featured // Chaos. 2019. Vol. 29, iss. 9. 093124. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5118843
- Шепелев И. А., Вадивасова Т. Е. Уединенные состояния в 2D-решетке бистабильных элементов при глобальном и близком к глобальному характере взаимодействия // Нелинейная динамика. 2017. Т. 13, № 3. С. 317–329. DOI: https://doi.org/10.20537/nd1703002
- Rybalova E., Semenova N., Strelkova G., Anishchenko V. Transition from complete synchronization to spatiotemporal chaos in coupled chaotic systems with nonhyperbolic and hyperbolic attractors // Eur. Phys. J. Special Topics. 2017. Vol. 226. P. 1857–1866. DOI: https://doi.org/10.1140/epjst/e2017-70023-1
- Semenova N., Vadivasova T., Anishchenko V. Mechanism of solitary state appearance in an ensemble of nonlocally coupled Lozi maps // Eur. Phys. J. Special Topics. 2018. Vol. 227. P. 1173‒1183. DOI: https://doi.org/10.1140/epjst/e2018-800035-y
- Rybalova E. V., Strelkova G. I., Anishchenko V. S. Mechanism of realizing a solitary state chimera in a ring of nonlocally coupled chaotic maps // Chaos. Solitons and Fractals. 2018. Vol. 115. P. 300‒305. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chaos.2018.09.003
- 1162 просмотра