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Faculté des Sciences appliquées
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Mémoire

Control-aided construction of basins of attraction of nonlinear dynamical systems Université de Liège

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Benlachhab, Reda ULiège
Promoteur(s) : Raze, Ghislain ULiège
Date de soutenance : 29-jui-2026/30-jui-2026 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/26173
Détails
Titre : Control-aided construction of basins of attraction of nonlinear dynamical systems Université de Liège
Titre traduit : [fr] Construction controlée des bassins d'attraction des systèmes dynamiques non linéaires
Auteur : Benlachhab, Reda ULiège
Date de soutenance  : 29-jui-2026/30-jui-2026
Promoteur(s) : Raze, Ghislain ULiège
Membre(s) du jury : Bruls, Olivier ULiège
Salles, Loïc ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 70
Mots-clés : [en] Keywords: Nonlinear dynamics, Basin of attraction, Control-based testing, Duffing oscillator, Reference trajectory, Poincaré map
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie aérospatiale
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil en aérospatiale, à finalité spécialisée en "aerospace engineering"
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Nonlinear mechanical systems subject to harmonic excitation can exhibit multistability, where qualitatively different steady-state responses coexist under identical operating conditions. The set of initial conditions converging to a given attractor, known as its basin of attraction (BoA), determines which response is observed in practice and how robust it is to perturbations. While numerical methods for basin reconstruction are well established, their experimental counterpart remains comparatively undevelopped: mapping a basin requires placing a physical system at many precisely specified states in the phase plane, simultaneously in displacement and velocity, which no existing experimental technique achieves in a systematic and automated
way.
This thesis proposes and demonstrates a control-aided method for the experimental reconstruction of basins of attraction of a Duffing oscillator. A proportional-derivative controller tracks a reference trajectory to drive the system from rest to the neighbourhood of any prescribed target state. A systematic reference design strategy is introduced to ensure energetic consistency between the reference and the true system dynamics across the full phase plane. Control gains are scheduled automatically from the local backbone
frequency, and a stroboscopic Poincaré criterion monitors convergence after the controller is released. A trajectory-based backfilling strategy further reduces the number of required experimental runs by propagating attractor labels along confirmed free-evolution paths.
The method is validated numerically on four Duffing configurations of increasing complexity and implemented in real time on a dSPACE MicroLabBox controlling an electronic analogue Duffing oscillator. Experimental basin maps agree closely with numerical references across all configurations, including cases with coexisting subharmonic attractors.


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Taille: 210.39 kB
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Auteur

  • Benlachhab, Reda ULiège Université de Liège > Master ing. civ. aéro., fin. spéc. aer. eng.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Bruls, Olivier ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Laboratoire des Systèmes Multicorps et Mécatroniques
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Salles, Loïc ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Vibration of Turbomachines
    ORBi Voir ses publications sur ORBi








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