Bifurcation theory applied to the analysis of power systems

In this paper, several nonlinear phenomena found in the study of power system networks are described in the context of bifurcation theory. Toward this end, a widely studied 3-bus power system model is considered. The mechanisms leading to static and dynamic bifurcations of equilibria as well as a cascade of period doubling bifurcations of periodic orbits are investigated. It is shown that the cascade verifies the Feigenbaum’s universal theory. Finally, a two parameter bifurcation analysis reveals the presence of a Bogdanov-Takens codimension-two bifurcation acting as an organizing center for the dynamics. In addition, evidence on the existence of a complex global phenomena involving homoclinic orbits and a period doubling cascade is included.Fil: Revel, Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Alonso, Diego. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentin

Análisis local de una resonancia 1:2 en sistemas con retardos en el dominio frecuencia

En este trabajo se muestran los comportamientos dinámicos cercanos a una resonancia 1:2 en sistemas con retardos, por medio de la metodología en el dominio frecuencia. Se hallaron y aproximaron los ciclos asociados a una u otra frecuencia, se efectuó el análisis de su estabilidad y se detectaron bifurcaciones de ciclos características.Fil: Itovich, Griselda Rut. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Negro. Sede Alto Valle. Escuela de Producción, Tecnología y Medio Ambiente; ArgentinaFil: Gentile, Franco Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto "alfredo Desages"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaVI Congreso de Matemática Aplicada, Computacional e IndustrialArgentinaAsociación Argentina de Matemática Aplicada, Computacional e Industria

On period doubling bifurcations of cycles and the harmonic balance method

This works attempts to give quasi-analytical expressions for subharmonic solutions appearing in the vicinity of a Hopf bifurcation. Starting with well-known tools as the graphical Hopf method for recovering the periodic branch emerging from classical Hopf bifurcation, precise frequency and amplitude estimations of the limit cycle can be obtained. These results allow to attain approximations for period doubling orbits by means of harmonic balance techniques, whose accuracy is established by comparison of Floquet multipliers with continuation software packages. Setting up a few coefficients, the proposed methodology yields to approximate solutions that result from a second period doubling bifurcation of cycles and to extend the validity limits of the graphical Hopf method.Fil: Itovich, Griselda Rut. Universidad Nacional del Comahue; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentin

Lyapunov Exponent Analysis Applied to a Hyperchaotic Prey-predator Model

A stability analysis of strange and simple attractors of a prey-predator map is performed. An evolution of the species along generations is computed with the purpose of contrasting with more sophisticated measures of complexity theory. It can be noticed that graphs of iterations alert on the presence of complex dynamics in certain regions of the parameter space. The computation of the Lyapunov characteristic exponents (LCE) shows regions of hyperchaos, an unusual fact in 2-dimensional maps that could be useful in signal encoding for secure communication.Fil: Abrego, Francisco J.. Universidad Nacional del Sur; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentin

Modelling an Inertia Wheel Pendulum Benchmark

In this paper, modelling and parameter identification of an inertia wheel pendulum benchmark is considered. This is an underactuated mechanical system useful for teaching and research. Attention is focused on deriving a simple but accurate model capable of reproducing large amplitude oscillations. Due to the particular design of the prototype, the friction forces on the actuated joint are noticeable. A simple friction model including dead-zone effects and viscous terms is proposed, and a compensation method for the dead zone is derived. The accuracy of the compensation strategy and the predictive quality of the derived model are analysed by comparing numerical simulations with experimental data.Fil: Alonso, Diego. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Robbio, Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Paolini, Eduardo Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentin

Hopf Bifurcation Analysis of Distributed Delay Equations with Applications to Neural Networks

In this paper, we study how to capture smooth oscillations arising from delay-differential equations with distributed delays. For this purpose, we introduce a modified version of the frequency-domain method based on the Graphical Hopf Bifurcation Theorem. Our approach takes advantage of a simple interpretation of the distributed delay effect by means of some Laplace-transformed properties. Our theoretical results are illustrated through an example of two coupled neurons with distributed delay in their communication channel. For this system, we compute several bifurcation diagrams and approximations of the amplitudes of periodic solutions. In addition, we establish analytical conditions for the appearance of a double zero bifurcation and investigate the unfolding by the proposed methodology.Fil: Gentile, Franco Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Investigación en Ingeniería Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Matemática; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Investigación en Ingeniería Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingenieria Electrica y de Computadoras; Argentin

Characterization Of Dynamic Bifurcations In The Frequency Domain

In this paper dynamical systems with certain degenerate Hopf bifurcations are considered. An analysis of the bifurcation behavior is proposed using several tools from the frequency domain approach. The analyzed bifurcations are the building blocks to understand the multiplicity of Hopf bifurcation points and to propose certain strategies in the future for controlling the bifurcation behavior in nonlinear systems.Fil: Itovich, Griselda Rut. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Economía y Administración; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentin

Double Hopf bifurcation analysis using frequency domain methods

The dynamic behavior close to a non-resonant double Hopf bifurcation is analyzed via a frequency-domain technique. Approximate expressions of the periodic solutions are computed using the higher order harmonic balance method while their accuracy and stability have been evaluated through the calculation of the multipliers of the monodromy matrix. Furthermore, the detection of secondary Hopf or torus bifurcations (Neimark–Sacker bifurcation for maps) close to the analyzed singularity has been obtained for a coupled electrical oscillatory circuit. Then, quasi-periodic solutions are likely to exist in certain regions of the parameter space. Extending this analysis to the unfolding of the 1:1 resonant double Hopf bifurcation, cyclic fold and torus bifurcations have also been detected in a controlled oscillatory coupled electrical circuit. The comparison of the results obtained with the suggested technique, and with continuation software packages, has been included.Fil: Itovich, Griselda Rut. Universidad Nacional del Comahue; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentin

Hopf Bifurcation Analysis of Distributed Delay Equations with Applications to Neural Networks

In this paper, we study how to capture smooth oscillations arising from delay-differential equations with distributed delays. For this purpose, we introduce a modified version of the frequency-domain method based on the Graphical Hopf Bifurcation Theorem. Our approach takes advantage of a simple interpretation of the distributed delay effect by means of some Laplace-transformed properties. Our theoretical results are illustrated through an example of two coupled neurons with distributed delay in their communication channel. For this system, we compute several bifurcation diagrams and approximations of the amplitudes of periodic solutions. In addition, we establish analytical conditions for the appearance of a double zero bifurcation and investigate the unfolding by the proposed methodology.Fil: Gentile, Franco Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Investigación en Ingeniería Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Matemática; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Investigación en Ingeniería Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingenieria Electrica y de Computadoras; Argentin

Characterization of static bifurcations in the frequency domain

In this paper two-dimensional systems with static bifurcations are considered. An analysis of the bifurcation behavior is proposed using a frequency domain approach. The analyzed bifurcations are known as elementary since they are the building blocks to understand other more complex singularities.Fil: Itovich, Griselda Rut. Universidad Nacional del Comahue; ArgentinaFil: Moiola, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentin