Dissertations / Theses on the topic 'Modèle de Kuramoto'
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Phung, Thanh Tam. "Vers un modèle particulaire de l'équation de Kuramoto-Sivashinsky." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00789952.
Full textKoeth, Felix. "Enquêtes sur les propriétés spectrales dans les systèmes électriques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT082.
Full textThis thesis investigates the fundamental properties of a simplified dynamical power system model. These models can be used to study the influence of the geometrical properties of the network describing the power system. These models and some important properties of the models are presented in chapter 1. One of the main challenges in power system research is the complexity of the system. We want to use spectral graph theory to decompose the system into different modes, which can be studied individually. The second chapter introduces the mathematical background of spectral graph theory and the applications to power systems. A simple example for the application of spectral graph theory in power system research is given in chapter 3, where the static power flow system is investigated. We can see that the eigenvalues and eigenvectors of the nodal admittance matrix of the power system can be used to calculate the phases and flows in a static system. The dynamical properties are then deeper investigated in the next chapter. Here, a quadratic eigenvalue problem has to be used to investigate the system. We introduce the fundamental properties of the quadratic eigenvalue problem and the application to power system research. An extensive investigation of the spectral properties of a dynamical power system using the quadratic eigenvalue problem is then performed. We observe short and long range interactions in the system and see that the short range interactions are more sensitive to the machine parameters and are important for the stability of the power system, as they are related to local plant modes. The emergence of this localised behaviour is investigated in chapter 5. We derive two eigenvector bounds which can be used to predict and describe localisation in a network. These bounds are then applied to simple example graphs and a power system test case, to show how they can successfully predict, explain and describe localisation
Oukil, Walid. "Systèmes couplés et morphogénèse auto-organisation de systèmes biologiques." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0459/document.
Full textWe study in this thesis a class of a perturbed interconnected mean-field system, also known as a coupled systems. Under some assumptions we prove the existence of an invariant open set by the flow of the perturbed system ; in other word, we prove that the distance between the components of an orbit is uniformly bounded, this property is also called synchronization. We use the perturbation method to obtain the result. However the result is not trivial for the not perturbed system. We use the fixed point theorem to prove the existence of a periodic orbit in the torus. We study in addition the stability and the exponential stability of such systems by studying the stability of a linear systems
El, Ati Ali. "Synchronization analysis of complex networks of nonlinear oscillators." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112362/document.
Full textThis thesis is devoted to the analysis of synchronization in large networks of heterogeneous nonlinear oscillators using tools and methods issued from control theory. We consider two models of networks; namely, the Kuramoto model which takes into account only phase coordinates of the oscillators and networks composed of nonlinear Stuart-Landau oscillators interconnected by linear coupling. For the Kuramoto model we construct an auxiliary linear system that preserves information on the natural frequencies and interconnection gains of the original Kuramoto model. We show next that existence of phase locked solutions of the Kuramoto model is equivalent to the existence of such a linear system with certain properties. This system is used to formulate conditions that ensure existence of phase-locked solutions and their stability for particular structures of network interconnections. Next, this analysis is extended to the case where both attractive and repulsive interactions are present in the network that is we consider the situation where some of the interconnection gains are allowed to be negative. In the context of networks of Stuart-Landau oscillators, we present a new coordinate transformation of the network which allows to split the network model into two parts, one describing behaviour of an "averaged" network oscillator and the second one, describing dynamics of the synchronization errors relative to this "averaged" oscillator. This transformation allows us to characterize properties of the network in terms of stability of synchronization errors and limit cycle of the "averaged" oscillator. To do so, we recast this problem as a problem of stability of compact sets and use Lyapunov stability tools to ensure practical stability of both sets for sufficiently large values of the coupling strength
Oukil, Walid. "Systèmes couplés et morphogénèse auto-organisation de systèmes biologiques." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0459.
Full textWe study in this thesis a class of a perturbed interconnected mean-field system, also known as a coupled systems. Under some assumptions we prove the existence of an invariant open set by the flow of the perturbed system ; in other word, we prove that the distance between the components of an orbit is uniformly bounded, this property is also called synchronization. We use the perturbation method to obtain the result. However the result is not trivial for the not perturbed system. We use the fixed point theorem to prove the existence of a periodic orbit in the torus. We study in addition the stability and the exponential stability of such systems by studying the stability of a linear systems
Pinto, Pedro Dias. "Transição de fase no modelo de Kuramoto." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2011. http://repositorio.unb.br/handle/10482/8786.
Full textSubmitted by alcianira lima persch (alcyrpl@yahoo.com.br) on 2011-06-28T18:56:48Z No. of bitstreams: 1 2011_PedroDiasPinto.pdf: 2564047 bytes, checksum: 97b9b2a9bf641f22916bd222874a0c57 (MD5)
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Uma vasta gama de fenômenos na natureza exibe comportamento de sincronização. Muitas características de sincronização podem ser obtidas por meio de osciladores de fase acoplados. O estudo de osciladores acoplados foi impulsionado por Winfree e posteriormente simplificado por Kuramoto. Neste trabalho estuda-se a transição de fase no modelo de Kuramoto com e sem ruído, considerando as influências dos efeitos de tamanho finito e das distribuições de frequências naturais dos osciladores. Variando o número de osciladores interagentes, é verificada a maneira como propriedades importantes para caracterizar o regime sincronizado convergem para os valores teóricos obtidos no limite termodinâmico. É mostrado que o modo como as frequências naturais são distribuidas define o tipo de transição do modelo. O cálculo da flutuação do parâmetro de ordem na região de transição é proposto para obtenção do acoplamento crítico em grande grupos de osciladores interagentes; este método é útil pois permite estimar o acoplamento crítico de modelos cujas soluções analíticas não são possíveis. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT
A broad range of phenomena shows synchronization behavior. Many features of the synchronization can be obtained on phase coupled oscillators. The studying of coupled oscillators was started by Winfree and later simpli ed by Kuramoto. In this work is studied the phase transition in the Kuramoto's model with and without noise, considering in uences from nite-size e ects and natural frequencies distributions of the oscillators. By changing the number of interacting oscillators, it is veri ed how important properties that characterize synchronized states converge towards the theoretical values, which are obtained in the thermodynamical limit. It is also shown how natural frequencies distributions de ne the transition type of the model. It is proposed the use of the order parameter uctuation calculation for obtaining the critical coupling on large groups of interacting oscillators; this method is useful since it allows an estimation of the critical coupling coefficient of models in which analytical solutions are not possible.
Raboanary, Julien. "Contribution a l'analyse mathemaique du modele de kuramoto-sivashinsky." Toulon, 1990. http://www.theses.fr/1990TOUL0001.
Full textTilles, Paulo Fernando Coimbra [UNESP]. "Um estudo sobre sincronização no modelo de Kuramoto." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2011. http://hdl.handle.net/11449/102550.
Full textCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Este texto é dedicado ao estudo do fenômeno de sincronização no modelo de Kuramoto. Na primeira parte o foco reside na formulação original do modelo no limite termodinâmico de infinitos osciladores e na descrição da transição para a sincronização e estabilidade das soluções em sistemas com número finito de elementos. Mostra-se também que o acoplamento crítico de sincronização 'K IND s' é determinado por um par de equações, e a solução para um caso especial com simetria na configuração de frequências naturais é obtida de forma perturbativa. A segunda parte do texto é focada na descrição do modelo de Kuramoto com acoplamento local em 1 dimensão com condições periódicas de contorno. A estrutura de árvores de sincronização média é descrita, onde ocorrem transições entre regimes caóticos e periódicos dos movimentos individuais dos osciladores. A iminência da sincronização é explorada através uma série de aproximações que mostram o comportamento crítico característico de uma bifurcação sela-nó responsável pela sincronização. A partir da definição de uma função na região sincronizada é mostrado que o acoplamento crítico de sincronização é obtido exatamente através da minimização dessa função. Através de uma sequência de exemplos de configurações com simetria é mostrado que a região sincronizada do sistema apresenta uma estrutura de múltiplas soluções estáveis, sendo a sua caracterização, análise de estabilidade e descrição das bifurcações realizada para o caso com frequências aleatórias arbitrariamente distribuídas
This text is devoted to the study of the synchronization phenomena in the Kuramoto model. In its first part the focus lies on its original formulation of infinitely many oscillators and on the description of the synchronization transition and solutions’ stability for systems with a finite number of elements. It is shown that a pair of equations characterize the critical synchronization coupling Ks, and the solution for a special case with symmetry on its natural frequencies configuration is obtained in a perturbatively way. The second part of the text is focused on the 1-dimensional Kuramoto model with periodic boundary conditions. The synchronization tree structure is described, where it is observed several transitions between chaotic and periodic regimes among the individual oscillators. The onset on synchronization is explored through a series of approximations that show the characteristic critical behavior of a saddle node bifurcation, which is responsible for the synchronization. By defining a function on the synchronized region it is shown that the critical synchronization coupling is exactly determined by the function’s minimization process. Through a sequence of examples with symmetry on its configurations it is shown that the synchronized region presents a structure of multiple stable solutions. Its complete characterization, stability analysis and bifurcations’ description is carried through for the case with randomly distributed natural frequencies
Tilles, Paulo Fernando Coimbra. "Um estudo sobre sincronização no modelo de Kuramoto /." São Paulo : [s.n.], 2011. http://hdl.handle.net/11449/102550.
Full textCoorientador: Fernando Fagundes Ferreira
Banca: Mauro Copelli
Banca: Ricardo Luiz Viana
Banca: Paulo Laerte Natti
Banca: Tiago Pereira da Silva
Resumo: Este texto é dedicado ao estudo do fenômeno de sincronização no modelo de Kuramoto. Na primeira parte o foco reside na formulação original do modelo no limite termodinâmico de infinitos osciladores e na descrição da transição para a sincronização e estabilidade das soluções em sistemas com número finito de elementos. Mostra-se também que o acoplamento crítico de sincronização 'K IND s' é determinado por um par de equações, e a solução para um caso especial com simetria na configuração de frequências naturais é obtida de forma perturbativa. A segunda parte do texto é focada na descrição do modelo de Kuramoto com acoplamento local em 1 dimensão com condições periódicas de contorno. A estrutura de árvores de sincronização média é descrita, onde ocorrem transições entre regimes caóticos e periódicos dos movimentos individuais dos osciladores. A iminência da sincronização é explorada através uma série de aproximações que mostram o comportamento crítico característico de uma bifurcação sela-nó responsável pela sincronização. A partir da definição de uma função na região sincronizada é mostrado que o acoplamento crítico de sincronização é obtido exatamente através da minimização dessa função. Através de uma sequência de exemplos de configurações com simetria é mostrado que a região sincronizada do sistema apresenta uma estrutura de múltiplas soluções estáveis, sendo a sua caracterização, análise de estabilidade e descrição das bifurcações realizada para o caso com frequências aleatórias arbitrariamente distribuídas
Abstract: This text is devoted to the study of the synchronization phenomena in the Kuramoto model. In its first part the focus lies on its original formulation of infinitely many oscillators and on the description of the synchronization transition and solutions' stability for systems with a finite number of elements. It is shown that a pair of equations characterize the critical synchronization coupling Ks, and the solution for a special case with symmetry on its natural frequencies configuration is obtained in a perturbatively way. The second part of the text is focused on the 1-dimensional Kuramoto model with periodic boundary conditions. The synchronization tree structure is described, where it is observed several transitions between chaotic and periodic regimes among the individual oscillators. The onset on synchronization is explored through a series of approximations that show the characteristic critical behavior of a saddle node bifurcation, which is responsible for the synchronization. By defining a function on the synchronized region it is shown that the critical synchronization coupling is exactly determined by the function's minimization process. Through a sequence of examples with symmetry on its configurations it is shown that the synchronized region presents a structure of multiple stable solutions. Its complete characterization, stability analysis and bifurcations' description is carried through for the case with randomly distributed natural frequencies
Doutor
Luçon, Eric. "Oscillateurs couplés, désordre et synchronisation." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00709998.
Full textLopes, Elodie Múrias. "Modelo de Kuramoto com campos aleatórios em redes complexas." Master's thesis, Universidade de Aveiro, 2015. http://hdl.handle.net/10773/15940.
Full textNeste trabalho é estudado o modelo de Kuramoto num grafo completo, em redes scale-free com uma distribuição de ligações P(q) ~ q-Y e na presença de campos aleatórios com magnitude constante e gaussiana. Para tal, foi considerado o método Ott-Antonsen e uma aproximação "annealed network". Num grafo completo, na presença de campos aleatórios gaussianos, e em redes scale-free com 2 < y < 5 na presença de ambos os campos aleatórios referidos, foram encontradas transições de fase contínuas. Considerando a presença de campos aleatórios com magnitude constante num grafo completo e em redes scale-free com y > 5, encontraram-se transições de fase contínua (h < √2) e descontínua (h > √2). Para uma rede SF com y = 3, foi observada uma transição de fase de ordem infinita. Os resultados do modelo de Kuramoto num grafo completo e na presença de campos aleatórios com magnitude constante foram comparados aos de simulações, tendo-se verificado uma boa concordância. Verifica-se que, independentemente da topologia de rede, a constante de acoplamento crítico aumenta com a magnitude do campo considerado. Na topologia de rede scale-free, concluiu-se que o valor do acoplamento crítico diminui à medida que valor de y diminui e que o grau de sincronização aumenta com o aumento do número médio das ligações na rede. A presença de campos aleatórios com magnitude gaussiana num grafo completo e numa rede scale-free com y > 2 não destrói a transição de fase contínua e não altera o comportamento crítico do modelo de Kuramoto.
In the present work, a random field Kuramoto model is studied in complete graphs and scale-free networks with the degree distribution P(q) ~ q-Y, taking into account constant random fields with constant magnitude as well as gaussian distributed. For this purpose, the Ott-Antonsen method and the annealed-network approximation are used. A continuous phase transition is found in the case of complete graph and gaussian random fields, and in the case of scale-free networks with 2 < y < 5 in the presence of random fields with both constant and gaussian magnitude. In the case of random fields with a constant magnitude and the architectures: complete graph and scale-free network with y > 5, both first (h > √2) and second (h < √2) order phase transition are found. In a scale-free network with y = 3, it is revealed an infinite order phase transition. The numerical results for random field Kuramoto model with constant magnitude in complete graph are compared to simulations and a good agreement is found between the theoretical approach and simulations. It is shown that the critical coupling increases when increasing the field magnitude, independently of network topology. For scale-free networks, the critical coupling decreases when decreasing y and the synchronization degree increases when increasing the mean degree of the network. In the case of complete graph and a scale-free network with y > 2, gaussian random fields do not destroy the continuous phase transition and do not change critical behavior of the Kuramoto model.
Peron, Thomas Kauê Dal\'Maso. "Dynamics of Kuramoto oscillators in complex networks." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-21092017-100820/.
Full textSincronização de conjuntos de osciladores é um fenômeno emergente que permeia sistemas complexos de diversas naturezas, como por exemplo, sistemas biológicos, físicos, naturais e tecnológicos. A abordagem mais bem sucedida na descrição da emergência de comportamento coletivo em sistemas complexos é fornecida pelo modelo de Kuramoto. Durante décadas, este modelo foi tradicionalmente estudado em topologias completamente conectadas. Entretanto, além de ser intrinsecamente dinâmicos, tais sistemas complexos possuem uma estrutura altamente heterogênea que pode ser apropriadamente representada por redes complexas. Esta tese é dedicada à investigação de problemas fundamentais da dinâmica coletiva de osciladores de Kuramoto acoplados em redes. Primeiramente, abordamos os efeitos sobre a dinâmica das redes causados pela presença de triângulos padrões que estão omnipresentes em redes reais mas estão ausentes em redes gerados por modelos aleatórios. Estendemos a abordagem via campo-médio para uma variação do modelo de configuração tradicional capaz de criar topologias com número variável de triângulos. Através desta abordagem, mostramos que tais padrões estruturais pouco influenciam a emergência de comportamento coletivo em redes, podendo a dinâmica destas ser descrita em termos de teorias desenvolvidas para redes com topologia local semelhante a grafos de tipo árvore. Em seguida, analisamos a influência de inércia na evolução das fases. Mais precisamente, generalizamos cálculos de campo-médio para osciladores de segunda-ordem acoplados em redes sem correlação de grau. Demonstramos que na presença de efeitos inerciais o parâmetro de ordem do sistema se comporta de forma histerética. Ademais, efeitos oriundos de correlações de grau são examinados. Em particular, verificamos uma interessante equivalência dinâmica entre variações nos coeficientes de assortatividade e amortecimento dos osciladores. Possíveis aplicações para situações reais são discutidas. Finalmente, abordamos o problema de duas populações de osciladores estocásticos sob a influência de acoplamentos atrativos e repulsivos. Através da aplicação da aproximação Gaussiana, derivamos um conjunto reduzido de EDOs através do qual as bifurcações do sistema foram analisadas. Além dos estados asíncrono e síncrono, verificamos a existência de padrões peculiares na dinâmica de tal sistema. Mais precisamente, observamos a formação de estados caracterizados pelo surgimento de dois aglomerados de osciladores. Caso a defasagem entre estes grupos é inferior a π, um novo ritmo de oscilação diferente da frequência natural dos vértices emerge. Comportamentos dinâmicos similares são observados em osciladores caóticos sujeitos a acoplamentos análogos.
Conteville, Laurie. "Analyse de la stabilité des réseaux d'oscillateurs non linéaires, applications aux populations neuronales." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00904403.
Full textPeng, Ji. "Synchronization in the second-order Kuramoto model." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, 2015. http://dx.doi.org/10.18452/17355.
Full textSynchronization phenomena are ubiquitous in the natural sciences and engineering, but also in social systems. Among the many models that have been proposed for a description of synchronization, the Kuramoto model is most popular. It describes self-sustained phase oscillators rotating at heterogeneous intrinsic frequencies that are coupled through the sine of their phase differences. The second-order Kuramoto model has been used to investigate power grids, Josephson junctions, and other systems.The study of Kuramoto models on networks has recently been boosted because it is simple enough to allow for a mathematical treatment and yet complex enough to exhibit rich phenomena. In particular, explosive synchronization emerges in scale-free networks in the presence of a correlation between the natural frequencies and the network topology. The first main part of this thesis is devoted to study the networked second-order Kuramoto model in the presence of a correlation between the oscillators'' natural frequencies and the network''s degree. The theoretical framework in the continuum limit and for uncorrelated networks is provided for the model with an asymmetrical natural frequency distribution. It is observed that clusters of nodes with the same degree join the synchronous component successively, starting with small degrees. This novel phenomenon is named cluster explosive synchronization. Moreover, this phenomenon is also influenced by the degree mixing in the network connection as shown numerically. In particular, discontinuous transitions emerge not just in disassortative but also in strong assortative networks, in contrast to the first-order model. Discontinuous phase transitions indicated by the order parameter and hysteresis emerge due to different initial conditions. For very large perturbations, the system could move from a desirable state to an undesirable state. Basin stability was proposed to quantify the stability of a system to stay in the desirable state after being subjected to strong perturbations. In the second main part of this thesis, the basin stability of the synchronization of the second-order Kuramoto model is investigated via perturbing nodes separately. As a novel phenomenon uncovered by basin stability it is demonstrated that two first-order transitions occur successively in complex networks: an onset transition from a global instability to a local stability and a suffusing transition from a local to a global stability. This sequence is called onset and suffusing transition.Different nodes could have a different stability influence from or to other nodes. For example, nodes adjacent to dead ends have a low basin stability. To quantify the stability influence between clusters, in particular for cluster synchronization, a new concept of partial basin stability is proposed. The concept is implemented on two important real examples: neural networks and the northern European power grid. The new concept allows to identify unstable and stable clusters in neural networks and also explains how dead ends undermine the network stability of power grids.
Franci, Alessio. "Pathological synchronization in neuronal populations : a control theoretic perspective." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00695029.
Full textPinto, Rafael Soares 1986. "Aspectos dinâmicos de redes." [s.n.], 2015. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/276937.
Full textTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin
Made available in DSpace on 2018-08-28T03:40:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_RafaelSoares_D.pdf: 7979471 bytes, checksum: b344e1e01031709b8b938dbecb572900 (MD5) Previous issue date: 2015
Resumo: Sincronização está presente em uma miríade de situações, indo desde vaga-lumes piscando em uníssono na copa das árvores, populações de leveduras ajustando seu metabolismo para um ritmo comum, atividades neurais ocorrendo no cérebro, chegando até as redes de distribuição de energia elétrica, as maiores máquinas construídas pelo homem. Neste trabalho, nós analisamos como se dá o processo de sincronização utilizando o bem conhecido modelo de Kuramoto, estudado incansavelmente nas últimas décadas, quando ele se encontra sobre uma rede complexa, que determina os padrões de interação entre os elementos que compõem a população. A topologia dessas interações determina de maneira crucial a dinâmica do sistema, possibilitando, ou não, a sincronização dos seus elementos. Primeiros, nós analisamos o fenômeno da sincronização explosiva: a correlação de propriedades da rede com a frequência natural dos osciladores altera dramaticamente a natureza da transição de fase do estado não sincronizado para o estado sincronizado. Mostramos que sincronização explosiva ocorre mesmo quando apenas uma pequena fração dos vértices da rede possuem tal correlação, a saber, os vértices mais bem conectados da rede. Além do mais, ajustando o número de vértices onde a correlação é válida, podemos controlar propriedades dessa transição de fase. A seguir estudamos o processo de optimização de topologia para favorecer sincronização. Dado um conjunto de vértices/osciladores com frequências naturais conhecidas e um certo número de links, qual é a melhor topologia, ou seja, o padrão de conexões, que favorece a sincronização? Estudamos esse problema numericamente para o modelo de Kuramoto com inércia, que serve como um modelo simples para analisar as redes de transmissão de energia elétrica, obtendo princípios básicos que devem ser utilizados para o design de tais sistemas. Por fim, ainda no problema de optimização de topologia para favorecer sincronização, obtivemos pela primeira vez de forma analítica as condições para optimização para o modelo de Kuramoto, bem como para uma generalização sua, onde há interações positivas e negativas. Esses resultados analíticos ainda servem para criar algoritmos de optimização mais ecientes que os utilizados atualmente
Abstract: Synchronization is present in a myriad of situations, from the unison ashing of reies in trees, populations of yeast adjusting their metabolism to a common rhythm, neural activities in the brain to the largest machines ever built, the power grids. We analysed how the process of synchronization happens using the well known Kuramoto model, tirelessly studied in the last decades, when it is on top of a complex network, that determines the patterns of interaction between the elements of the population. The topology of this network's determines crucially the possible dynamics of the systems, allowing, or not, the synchronization of its elements. We rst discuss the phenomenon of explosive synchronization, where the correlation between properties of the network and the oscillators changes drastically the nature of the phase transition separating the incoherent state from the synchronized state.We show that explosive synchronization can occur even when a small subset of the vertices are correlated. It is necessary that only the hubs, vertices with highest degrees, show the correlation. Moreover, adjust the fraction of correlated vertices allows us to control properties of the phase transition. Next we study the optimization of the topology to favor synchronization. Given a set of vertices/oscillators with know natural frequencies and a certain number of links, which is the best topology, its pattern of interactions, to favor synchronization? We studied this problem to a generalized Kuramoto model (Kuramoto model with inertia) that is used as a simple tool to model power grids, obtaining in this way simple rules that can be applied to the design of such systems that already helps the synchronization of its elements. In our nal contribution, still in the optimization of the topology problem, we were able, for the first time, to obtain analytically the conditions of optimization for the Kuramoto model, as well as for one of its generalizations, where there can exist positive and negative interactions between the elements. Beyond the signicant fact that the conditions can be know analytically, these results can be used to obtain faster optimization algorithms that the current ones
Doutorado
Física
Doutor em Ciências
2012/09357-9
CAPES
Métivier, David. "Modèles cinétiques, de Kuramoto à Vlasov : bifurcations et analyse expérimentale d'un piège magnéto-optique." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017AZUR4074/document.
Full textLong-range interacting systems are known to display particular statistical and dynamical properties.To describe their dynamical evolution, we can use kinetic equations describing their density in the phase space. This PhD thesis is divided into two distinct parts. The first part concerns our collaboration with an experimental team on a Magneto-Optical Trap. The physics of this widely-used device, operating with a large number of atoms, is supposed to display effective Coulomb interactions coming from photon rescattering. We have proposed experimental tests to highlight the analog of a Debye length, and its influence on the system response. The experimental realizations do not allow yet a definitive conclusion. In the second part, we analyzed the Vlasov and Kuramoto kinetic models. To study their infinite dimensional dynamics, we looked at bifurcations around unstable steady states. The goal was to obtain reduced equations describing the dynamical evolution. We performed unstable manifold expansions on five different kinetic systems. These reductions are in general not exact and plagued by singularities, yet they predict correctly the nature and scaling of the bifurcation, which we tested numerically. We conjectured an exact dimensional reduction (obtained using the Triple Zero normal form) around the inhomogeneous states of the Vlasov equation. These results are expected to be very generic and could be relevant in an astrophysical context. Other results apply to synchronization phenomena through the Kuramoto model for oscillators with inertia and/or delayed interactions
Tönjes, Ralf. "Pattern formation through synchronization in systems of nonidentical autonomous oscillators." Phd thesis, Universität Potsdam, 2007. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2008/1597/.
Full textDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich in Theorie und Simulation mit den raum-zeitlichen Strukturen, die entstehen, wenn nicht-identische, diffusiv gekoppelte Oszillatoren synchronisieren. Wir greifen dabei auf die von Kuramoto hergeleiteten Phasengleichungen zurück. Eine entscheidene Rolle für die Musterbildung spielt die Symmetrie der Kopplung. Wir untersuchen den ordnenden Einfluss von Asymmetrie (Nichtisochronizität) in der Phasenkopplungsfunktion auf das Phasenprofil in Synchronisation und das Zusammenspiel zwischen dieser Asymmetrie und der Frequenzheterogenität im System. Die Arbeit gliedert sich in drei Hauptteile. Kapitel 2 und 3 beschäftigen sich mit den grundlegenden Gleichungen und den Bedingungen für stabile Synchronisation. Im Kapitel 4 charakterisieren wir die Phasenprofile in Synchronisation für verschiedene Spezialfälle sowie in der von uns eingeführten exponentiellen Approximation der Phasenkopplungsfunktion. Schliesslich untersuchen wir im dritten Teil (Kap.5) den Einfluss von Nichtisochronizität auf die Synchronisationsfrequenz in kontinuierlichen, oszillatorischen Reaktions-Diffusionssystemen und diskreten Netzwerken von Oszillatoren.
Pellegrin, Xavier. "Oscillations dans des modèles mathématiques issus de la biologie." Paris 7, 2014. http://www.theses.fr/2014PA077263.
Full textLn this report, we focus on mathematical analysis of two models coming from biology. The first model, a Kuramoto model, describes the time-evolution of a large number of mean-field coupled phase oscillators. The second one is an original oscillation model, based on a singuiar perturbation of a delayed differential equation. It had been introduced in relation with oscillatory patterns observed in neural networks, and it is subject fo mathematical analysis since the 1980's
MacKenzie, Tony. "Create accurate numerical models of complex spatio-temporal dynamical systems with holistic discretisation." University of Southern Queensland, Faculty of Sciences, 2005. http://eprints.usq.edu.au/archive/00001466/.
Full textFavaretto, Chiara. "Population models for complex non-linear phenomena in biology: from mitochondrial dynamics to brain networks." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2018. http://hdl.handle.net/11577/3425295.
Full textIl cervello umano è tanto affascinante quanto complesso: questo è il motivo per cui ha sempre attirato l’attenzione degli scienziati in molteplici ambiti di ricerca, dalla biologia alla medicina, dalla psicologia all’ingegneria. In questo contesto, diverse tecnologie non invasive sono state ottimizzate per permettere la misurazione di segnali, atti a descrivere l’attività cerebrale. Questi dati, derivanti da metodi di misura che differiscono molto nella loro natura, hanno aperto la porta a nuove descrizioni di quest’organo, che a loro volta hanno evidenziato le caratteristiche principali delle sue funzionalità. In particolare, è emerso come i segnali cerebrali fluttuino nel tempo, sia durante lo svolgimento di una particolare operazione, sia nei periodo di completa inattività. Inoltre, è stata individuato un coordinamento specifico e selettivo tra le diverse regioni del cervello. In quanto ingegneri, la nostra attenzione è principalmente focalizzata sulla descrizione del cervello umano come un grafo, i cui nodi ed archi possono assumere il ruolo di elementi diversi, a seconda della specifica scala spaziale di interesse (siano essi descrittivi di singoli neuroni o intere aree cerebrali). Negli ultimi decenni, un notevole impegno è stato applicato per riprodurre e spiegare le complesse dinamiche degli elementi cerebrali attraverso l’utilizzo di modelli matematici. Infatti, la teoria dei grafi e il design di modelli di popolazione permettono lo sfruttamento di molti strumenti matematici, utili per ampliare la conoscenza del funzionamento del nostro cervello, sia in stato di salute, sia in malattia, attraverso la definizione di reti cerebrali. È affascinante come l’incapacità del cervello umano di operare correttamente in caso di malattia sembri essere correlato ad alcune disfunzioni dell’attività dei mitocondri, gli organelli che producono la maggiorparte dell’energia cellulare. In particolare, sono state riportate delle relazioni specifiche tra alcune malattie neurologiche e il danneggiamento della dinamica mitocondriale, ossia il continuo cambio di forma e lunghezza dei mitocondri, tramite i processi di fusione e fissione. Nonostante l’effettiva esistenza di un collegamento tra il cervello e i mitocondri sia ancora ambiguo ed oggetto di dibattito tra gli scienziati, la considerevole quantità di energia richiesta dal cervello umano per lavorare correttamente suggerisce che il cervello, più degli altri organi, sia dipendente dall’attività mitocondriale. In questo lavoro di tesi sono riportati i risultati della nostra ricerca, atta ad investigare alcuni aspetti di questa complessa relazione tra cervello e mitocondri. Ci siamo quindi concentrati sulla dinamica mitocondriale e sul concetto di rete cerebrale, oltre che sui modelli matematici idonei alla loro descrizione matematica. Qui di seguito sono riportati e riassunti i principali argomenti trattati in questo manoscritto. Modelli di popolazione per la dinamica mitocondriale. Proporremo un modello di popolazione non lineare ispirato ai modelli preda-predatore per simulare tutti i processi principali che prendono parte alla dinamica mitocondriale e quelli che sono fortemente connessi ad essa, incluso il processo di produzione di energia. Nello specifico, presenteremo due possibili configurazioni, che si differenziano nella presenza o meno di un collegamento in retroazione tra la quantità di energia libera disponibile e la formazione di nuovi mitocondri. Verrà quindi discussa la dinamica di entrambe le configurazioni e la loro capacità di riprodurre i comportamenti biologici osservati nella realtà. Segnali cerebrali: confronto tra dataset ottenuti tramite tecnologie differenti. Riporteremo l’analisi di due dataset di segnali cerebrali registrati con diversi metodi (risonanza magnetica funzionale, fMRI, e magnetoencefalografia, MEG), sia in assenza di attività, sia durante lo svolgimento di un compito di attenzione. Quest’analisi ha un duplice obiettivo: lo studio dell’attività cerebrale spontanea e l’esplorazione di possibile relazioni esistenti tra le due diverse tecniche di misura. Rete cerebrale: una descrizione basata sul modello Kuramoto. Ci soffermeremo sull’analisi di dati cerebrali empirici evidenziando le loro proprietà oscillatorie, con lo scopo di sottolinearne le caratteristiche che un modello matematico di fase dovrebbe essere in grado di riprodurre. Quindi, riporteremo una versione modificata del modello Kuramoto classico che abbiamo utilizzato per riprodurre le caratteristiche oscillatorie osservate empiricamente. Analisi e controllo di reti di Kuramoto. La maggior parte del contributo teorico di questo lavoro di tesi comprende alcuni risultati analitici riguardo reti di oscillatori Kuramoto. Riporteremo quindi l’analisi atta a determinare le condizioni intrinseche e topologiche necessarie per ottenere un desiderato pattern di sincronizzazione, relativo sia ad una configurazione di oscillatori interamente sincronizzata, sia sincronizzata a gruppi.
Borghi, Giacomo. "Consensus-Based Optimization on Hypersurfaces." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/21783/.
Full textAlmeida, António Angelo Gouveia Rosa Perez de. "Role of interhemispherical connections in restingstate Functional Connectivity." Master's thesis, 2015. http://hdl.handle.net/10316/31215.
Full textRoy, Dipankar. "Steady state properties of discrete and continuous models of nonequilibrium phenomena." Thesis, 2020. https://etd.iisc.ac.in/handle/2005/4880.
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