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

Lehrveranstaltung 3233 L 152 im Sommersemester 2015

Vorlesung:
Prof. Dr. Eckehard Schöll, PhD

Übung:

Dr. Anna Zakharova
Jan Totz

Wahlpflichtveranstaltung oder Vertiefungsfach Nr. 3233 L 152 für Physik-Master-Studierende und Studierende anderer naturwissenschaftlicher Studiengänge.

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

Zusammen mit der LV Theoretische Physik V: Quantenmechanik II ergibt sich
das Pflichtmodul Theoretische Physik V/VI des Masterstudiengangs Physik.
grundlagenorientierte Studienrichtung: TP V und VI
anwendungsorientierte Studienrichtung: TP V oder VI

Die Vorlesung kann auch als Wahlpflichtfach (8 SWS) mit dem Seminar Nichtlineare Dynamik (Noise effects in complex systems) Nr. 3233 L 607 oder der Spezialvorlesung Epidemiologie (Dr. Philipp Hövel) Nr 3233 L 535 kombiniert werden (Insgesamt 12 ECTS-Punkte).

This is a required course of the Master of Science (MSc)  in Physics program. When attending this course (lecture plus excercises) 10 credit points within the ECTS system can be obtained. 

The lectures will be taught in German, but during the first 15 minutes of each lecture an English summary of the previous lecture will be given.

Erasmus students are required to take an oral examination at the end of the semester to receive a grade.

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 14.04.2015):
Dienstag, 8:15-10:00 Uhr, EW 203
Donnerstag, 8:15-10:00 Uhr, EW 203

Übung (ab 15.04.2014):
Mittwoch, 12:15-13:45 Uhr, EW 731

Online Anmeldung für die Übungen
erfolgt über das Moseskontosystem vom 01.04.-15.04.2015 (18:00 Uhr).
Eine spätere Anmeldung ist nicht möglich.

• 50% der Punkte aus den Übungszetteln/Projekten (Abgabe in Dreiergruppen),
  aktive Teilnahme am Tutorium

• Bearbeitung und Vorstellung eines Projektes (Projektvorstellung in der vorletzten Vorlesungswoche)

Die Scheine werden elektronisch an das Prüfungsamt übermittelt.

Hörer anderer Universitäten beantragen bitte die Nebenhörerschaft, nähere Information gibt es auf der Webseite des Campus-Centers .

Nach Beantragung der Nebenhörerschaft erhalten Sie alle notwendig Unterlagen insbesondere die tubit Zugangsdaten für das Moses-Konto per Post zugeschickt.

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.

Die Bearbeitung erfolgt in Dreiergruppen.

Einführung C++ für Physiker vom Tutorium (29.4.) : Datei

Der Quellcode lässt sich aus der Präsentation kopieren.

Die Projektbeschreibungen gibt es hier: Projekte

Am Mittwoch, den 10. Juni, wird die Einteilung in der Übung (12:15 Uhr) stattfinden.

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)
• J.-Q. Sun, Q. Ding (Eds.), Advances in Analysis and Control of Time-
  Delayed Dynamical Systems (World Scientific, Singapore, 2013)

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)
• V. Flunkert, I. Fischer, and E. Schöll (eds.): Dynamics, control and information in delay-coupled systems, Theme
  Issue of Phil. Trans. R. Soc. A 371, 20120465 (2013)
• 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:

• K. Lüdge (Editor): Nonlinear Laser Dynamics – From Quantum Dots to Cryptography (WILEY-VCH Weinheim 2012)
• T. Erneux, P. Glorieux, Laser Dynamics, Cambridge Univ. Press (2010)
• H. Haken. Laser light dynamics. North Holland (1985)