Oscillateur de Van der Pol
 
Principe
L'amplitude des oscillations d'un oscillateur harmonique amorti diminue avec 
le temps (voir le pendule de torsion). Pour obtenir 
une amplitude d'oscillation constante x, il faut forcer le coefficient d'amortissement 
à changer de signe lorsque l'amplitude s'écarte de la valeur xc 
de la consigne choisie. Une façon d'y parvenir est d'utiliser un oscillateur 
de Van der Pol qui obéit à l'équation :
La forme retenue pour le coefficient de dx(t)/dt (le facteur d'amortissement) 
permet d'atteindre le but cherché. Si ce coefficient est positif, 
il y a amortissement ; quand il est négatif, 
il y a amplification : le milieu 
extérieur doit alors fournir de l'énergie au système.
 
L'équation différentielle de Van der Pol n'est pas linéaire 
et n'a pas de solution analytique. Elle doit être intégrée 
numériquement.
 L'applet :
L'équation différentielle est intégrée par la méthode 
de Runge-Kutta à l'ordre 4. Des zones de textes permettent de modifier 
la valeur du coefficient d'amortissement, l'amplitude de consigne et de l'amplitude 
initiale (la vitesse initiale est toujours nulle).
Un bouton permet de visualiser soit l'amplitude en fonction du temps soit le 
diagramme de phase (vitesse en fonction de l'amplitude).
Pour des faibles valeurs de l'amortissement (et donc de l'amplification) le 
système fonctionne en régime sinusoïdal ; l'attracteur ou 
cycle limite (voir le diagramme de phase) est une ellipse. Par contre pour les 
valeurs élevées de l, le signal ressemble 
à des oscillations de relaxation et la forme du cycle limite se rapproche 
d'un rectangle.
Dans certaines conditions, le système diverge. Le programme demande alors 
de modifier les valeurs des paramètres (il faut en général 
diminuer l'amortissement et l'amplitude initiale et augmenter l'amplitude de 
consigne pour retrouver la convergence.
Tester par exemple l = 0,8148, Xi = 2,0, Xc = 0,9 
et faire varier légèrement Xi pour apprécier la sensibilité 
aux conditions initiales.
 
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