РефератыМатематикаТеТеория управления

Теория управления

Общая
постановка
задачи управляемости
.



Для
задачи ОУ характерно
наличие динамического
объекта. Динамический
объект- объект,
состояние
которого меняется
со временем.
Состояние
любого динамического
объекта в момент
времени
характеризуется
параметрами
.
Такие параметры
наз. Фазовые
координаты,
а сам вектор-
фазовый вектор.



Предполагается,
что движением
объекта можно
управлять.
Набор параметров
-
параметры
управления,
u(t)-
вектор управления.
Положение
объекта
зависит только
от того, какое
управление
было до момента
времени
,
и не зависит
от того, какое
управление
будет в будущем.
В зависимости
от описания
дин. Объекта
рассматриваются
различные
задачи.



Состояние
динамического
объекта описывается
диф. уравнением



1)
-
эта система
решается приближенным
методом.



2)
x(t)
должны принадлежать
,
.
Класс допустимых
управлений
x(t),
не
можат быть
произвольным.
,
как правило
мн-во замкнуто
и ограничено,
а это не позволяет
применять класс
вариационого
исчесления,
кроме этого
на
могут
быть наложены
ограничения
по времени.



3)Начальное
и конечное
состояние
объекта.на
интервале
,
,
.Задача
управления
заключается
в том, чтобы
динамический
объект, описываемый
системой (1),
удовлетворяющий
условиям (2),
перенести за
промежуток
времени
,
из состояния
.Это
может быть
достигнуто
разными способами.



4)
Критерий управления.
Это некоторый
функционал
вида
.
Находим такие
,
что

2.
Основные вопросы
в теории ОУ.


1)
Управляемость.
Можно ли осуществить
перевод динамического
объекта из
состояния
,
за промежуток
времени
.


Существует
ли ОУ.


3)
Необходимые
условия оптимальности-
принцип максимума
Понтрягина.


4)
Достаточные
условия ОУ.


5)
Единственность
ОУ.

3.
Постановка
линейной задачи.



Линейная
задача имеет
вид: Рассматриваем
динамический
объект, поведение
которого описывается
системой (1)
,
x-
n-мерный
вектор, , A-матрица
nxn,
u
имеет ту же
размерность,
что
и
,
,
-замкнуто
и ограничено.
Допустимое
управление
u(t)
на отр.I
осуществляет
переход из
начального
мн-ва
в конечное
множество
,
если существует
решение уравнения
(1), удовлетворяющее
граничным
условиям
и
.
Цель управления
-
перевод динамический
объекта из
в
,
а качество
определяет
функционал.
Таким функционалом
явл. время,
следовательно
задача быстродействия
заключается
в нахождении
такого допустимого
управления,
которое осуществляет
переход из
множества
в
за
наименьшее
время.

4.
Пространство

,
алгебраическая
сумма
,
произведение
множества на
число

.


Пространство
-пространство
состоящее из
всевозможных
не пустых компактных
подмножеств
пр-ва
.


Мн-во
F
компактное,
если оно замкнуто
и ограничено.


Мн-во
F
ограничено,
если оно содержится
в шарк некоторого
радиуса.


Мн-во
F
замкнуто,
если оно содержит
все свои предельные
точки.


Точка
f
предельная
точка F,
если в любой
ее окрестности
содержится
хотя бы одна
точка мн-ва F
отличная
от f.


Операции:1)
алгебраической
суммойназ.
мн-во C
такое, что любой
элемент
,
.


2)
произведением
множества на
число
наз. мн-во C
такое, что любой
элемент
.

5.,
хаусдорффова
норма, лемма
про определенность
хаус. нормы.



-это
минимальный
радиус шара
с центром в
начале координат,
где
.


Хаусдорффова
норма- это расстояние
между мн-ми A
и B:



-расстояние
между мн-ми A
и B
()
явл. наименьшее
положительное
число r.


Лемма:
Пусть
-
выпуклы, тогда
хаусдорффова
норма


6.
Опорные
функции.


Задано
множество
и
вектор
. Для этих двух
элементов можно
определить
опорную функцию
следующим
образом
,
где C
опорная функция.
,


,
.


,
.


Пусть
-некоторый
фиксированный
вектор, а
один
из векторов
множества F,
на котором
опорная функция
достигает
максимум:
.
В этом случае
наз.
опорным вектором
мн-ва F
в точке
.
А совокупность
всех векторов
наз.
опорным множеством
к множеству
F
в
направлении
.Гиперплоскость
-
наз. опорной
гиперплоскостью
к множеству
F
в направлении
.
Гиперплоскость
разбивает
на
два подпространства,
при этом множество
F
находится в
отрезке получаемый
относительно
,
т.к. для всех
точек
выполняется
неравенство
.
Если считать,
что
-
единичный
вектор,
,



.
опорных

7.
Свойства
опорной функции.


1.
Опорные
функция- положительно
однородная
по переменной
.


.
Это значит что
,.



2.
Для
опорные
функции удовлетворяют
неравенству:
3.
Два
множества
и
,
,
Пусть
матрица A
размера n
на
n,
и
рассмотрим
лин. образ множества
F
при лин. преобразовании
A
и
наз.


.


4.
,где
-матр.
сопряженная
с матр.
.


5.
Опорная
функция положительная
и однородная
по первому
аргументу.
,
.
Пусть
и пользуемся
: 1) условием
однородности:
6.
Пусть
задано множество
и
его опорная
фун.
. Выпуклая оболочка
мн-ва F


,
.


7.
Если
и
A=B,
то опорная
фун..
И наоборот,
если
,то.
Следствие:
Выпуклые мн-ва
равны тогда
и только тогда,
когда равны
их опорные
функции.


8.
Если
и
.
В этом случае
.
Если
,то.
Следствие:
Выпуклые мн-ва
тогда и только
тогда, когда
равны их опорные
функции
.


9.
Пусть
задано множество
,
тогда
.
В обратную
сторону:
,
когда
.
Следствие:
Точка
выпуклому мн-ву
, тогда и только
тогда , когда
.


10.
Пусть
задано множество
,
а
,
тогда
.
.
Следствие:
Пусть задано
множество
,
,
тогда и только
тогда, когда
.



и
если
,
то
.
И наоборот:
Если
,то
.Следствие:
Два вып. Мн-ва
пересекаются
тогда и только
тогда, когда
.

8.
Непрерывные
функции. Условия
Липшица. Лемма
1,2 об условиях
Липшица для
опорных функций.


Пусть
-два
метрических
пространства
с метриками
и
пусть f
отображает
.
f
непрерывна
в точке
,
если
такое
что
Условие
Липшица:
Функция f,
отображающая
,
удовлетворяет
условию Липшица
с const
L
, если для любых
двух точек
,
выполняется
неравенство
,для опорных
функций
,
,
:


Лемма:
Опорная функция
удовлетворяет
условию Липшеца
по f
с const
L=.


Лемма:
Пусть
-
выпуклы, тогда
хаусдорффова
норма


9.
Многозначные
отображ
­ения.



Многозначным
отображением
будем называть
функцию
у
которой аргументом
является число,
а значением
некоторые
множества


10.
Непрерывные
и равномерно
непрерывные
многозначные
отображения.



Многозначное
отображение

F(t)
непрерывно
в точке
,
если для
.



Лемма:
Пусть
непрерывное
многозначное
отображение
, когда
непрерывна
по t
при всяком
фиксированном
,
более того
равномерно
непрерывно
по t
.



Если
равномерно
непрерывно
по t
,
то многозначное
отображение
conv
F(t) непрерывно.


11.
Измеримые
многознач
­ные
отображения.
Лемма о равномерной
непрерыв
­ности
многозначного
отображения
.



Функция
f(t)
отображающая
в
некоторое
метрическое
пр-во
с
метрикой
называется
измеримой, если
праобраз любого
шара
есть
мн-во измеримое.


12.
Интеграл
от многоз
­начного
отображения.
Теорема о
непрерывности
от многозначного
отоб
­ражения.



F-многозначное
отображение,
такое что F:
I,
где
,
-замкнутое,
ограниченное,
не пустое, компактное
множество.



Интегралом
от многозначного
отображения
на отрезке I
называется
множество G
(G)
вида:
.
Это мн-во значений
интеграла по
всем однозначным
ветвям отображения



F(t)
.



Теорема
3:
Пусть многоз­начное
отображение
F(t)
измеримо и
удовлетворяет
условию:
,
где k(t)-
скалярная
функция, интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I и
измерима, тогда
непрерывна
на отр. I
.



Опорная
функция
,
где
F,
.



13.
Теоремы
1, 2 о других видах
многозначных
отображений.



F-многозначное
отображение,
такое что F:
I,
где
,
-замкнутое,
ограниченное,
не пустое, компактное
множество.



Интегралом
от многозначного
отображения
на отрезке I
называется
множество G
(G)
вида:
.
Это мн-во значений
интеграла по
всем однозначным
ветвям отображения



F(t)
.



Теорема
1:
Пусть
многозначное
отображение
F(t)
измеримо и
удовлетворяет
условию:
,
где k(t)-
скалярная
функция, интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I и
измерима, тогда
G является
не пустым, компактным
множеством
в пространстве
,
и
выпукло.



Теорема
2 :
Пусть
многозначное
отображение
F(t)
измеримо и
удовлетворяет
условию:
,
где k(t)-
скалярная
функция, интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I и
измерима, тогда
опорная функция
.


14.
Линейная задача
быстродействия.
Определение
абс. непрерывной
функции. Теорема
Каратеодори.



Рассматриваем
динамический
объект, поведение
которого описывается
системой (1)
,
x-
n-мерный
вектор,
,
A-матрица
nxn,
u
имеет ту же
размерность,
что
и
,
.Задано

,
u:
I
и полагается,
что u(t)
измеримо
и
-
где
k(t)
скалярная
функция интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I .Функция
u(t)-
называется
допустимым
управлением,
если измерима
и является
однозначной
ветвью
(2)
u(t)U(t)
-
ограничения
на управления
. В фазовом
пространстве
заданы
два не пустых
множества
.
Допустимое
управление
u(t)
на отр.I
осуществляете
переход из
начального
мн-ва
в конечное
множество
,
если существует
решение уравнения
(1), удовлетворяющее
граничным
условиям (4)
и
.
Цель управления-
перевод динамический
объекта из
в
,
а качество
определяет
функционал.
Таким функционалом
явл. время,
следовательно



задача
быстродействия
заключается
в нахождении
такого допустимого
управления,
которое осуществляет
переход из
множества
в
за
наименьшее
время.
(4).


Рассмотрим
систему линейных
дифференциальных
уравнений:
,
,
где u
известное .
Решение задачи
Коши записывается
в виде:
,
оно справедливо,
если u-
непрерывная.


Вычислим
(это
следует из
).


Определение:
Функцию x(t)
наз. абсолютно
непрерывной
на отр. I,
если ее производная
существует
для почти всех
t,
принадлежащих
I, интегрируемая
по Лебегу производная
и
выполняется
условие:
.


Если
имеем измеримое
допустимое
управление
u(t), то решение
системы (1) также
можно определить
с помощью формулы
Коши, но в этом
случае x(t) не
будет непрерывно
дифференцируема,
а будет абсолютно
непрерывной.


Теорема
Каратеородори:
Если функция
u(t)
интегрируемая
по Лебегу на
отр. I,
то для любого
начального
значения
существует
и при том единое
абс. непрерывное
решение задачи
Коши, которая
задается
формулой
Коши.

15.
Множество
достижи
­мости

и его свойства
.


Рассматриваем
динамический
объект, поведение
которого описывается
системой (1)
,
x-
n-мерный
вектор,
,
A-матрица
nxn,
u
имеет ту же
размерность,
что
и
,
.Задано

,
u:
I
и полагается,
что u(t)
измеримо
и
-
где
k(t)
скалярная
функция интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I .Функция
u(t)-
называется
допустимым
управлением,
если измерима
и является
однозначной
ветвью (2) u(t)U(t)-
ограничения
на управления
. В фазовом
пространстве
заданы
два не пустых
множества.
Допустимое
управление
u(t)
на отр.I
осуществляете
переход из
начального
мн-ва
в конечное
множество
,
если существует
решение уравнения
(1), удовлетворяющее
граничным
условиям (4)
и
.
Цель управления-
перевод динамический
объекта из
в
,
а качество
определяет
функционал.
Таким функционалом
явл. время,
следовательно


задача
быстродействия
заключается
в нахождении
такого допустимого
управления,
которое осуществляет
переход из
множества
в
за
наименьшее
время.
(4).


Введем
понятия мн-ва
достижимости:
-это
множество все
точек фазового
пространства
,
в котором можно
перейти на
отр.
из начального
множества
по
решениям (1) при
всех допустимых
значениях
управления
u(t)
в
момент времени
.


Рассмотрим
свойства
множества
достижимости:


1)
Используем
формулу Коши:
,
-интеграл
от многозначного
отображения.
Доказательство
непосредственно
подстав­ле­нием
в
уравн (1).


2)
Множество
достижимости
является не
пустым, компактным
подмножеством
пр-ва
.
.


Доказательство
следует из
формулы Коши
и 1-ой теоремы
для интеграла
многозначных
отображений.


3)
Если начальное
множество
выпукло,
то множество
достижимости
также
выпукло. Доказательство
следует из
формулы
и теоремы о
выпуклости
интеграла от
многозначного
отображения.


4)
Опорная функция
множества
достижимости
имеет вид:
,
u(s)=U. Доказательство
следует из
формулы
,
свойств (3), (4) опорных
функций , теоремы
2 и того факта,
что
.


Доказательство:


.


5)
Мн-во
достижимости:
:
Iнепрерывно
зависит от
аргумента
.
Множество
достижимости
имеет вид :
-непрерывна
по теореме 3,
матрица
также
непрерывна
по
,
следовательно
линейное отображение
непрерывная
функция.


Пример:
Найти мн-во
достижимости
для управляемого
объекта, описываемого
уравнением:.



,
и
,
I.


,,
,
,
,
.
,
.

16.
Общая
задача управляемости.
Теорема об
управляемости.


Рассмотрим
вопрос:
«Оптимален
ли объект?»


Рассматриваем
динамический
объект, поведение
которого описывается
системой (1)
,
x-
n-мерный
вектор,
,
A-матрица
nxn,
u
имеет ту же
размерность,
что
и
,
.Задано

,
u:
I
и полагается,
что u(t)
измеримо
и
-
где
k(t)
скалярная
функция интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I .Функция
u(t)-
называется
допустимым
управлением,
если измерима
и является
однозначной
ветвью из
многозначного
отображения
U
(2) u(t)U(t)-
ограничения
на управления
. В фазовом
пространстве
заданы
два не пустых
множества.
Допустимое
управление
u(t)
на отр.I
осуществляете
переход из
начального
мн-ва
в конечное
множество
,
если существует
решение уравнения
(1), удовлетворяющее
граничным
условиям (4)
и
.
Цель управления-
перевод динамический
объекта из
в
,
а качество
определяет
функционал.
Таким функционалом
явл. время,
следовательно


задача
быстродействия
заключается
в нахождении
такого допустимого
управления,
которое осуществляет
переход из
множ

ества
в
за
наименьшее
время.
(4).


Задача
управления-
решение вопроса
:
существует
хотя бы одно
допустимое
управление
u(t)
, переводящий
динамический
объекта из
в
,
на отр. времени
I.
Это соответствует
решению краевой
задачи:
,
.


Определим
таким
образом.


Теорема
об уравляемости.Если
и
выпуклы,
то объект явл.
управляемым
на отр. I
из мн-ва
в
,
тогда и только
тогда, когда
для



Док-во:
Очевидно, объект
управляем тогда
и только тогда,
когда множество
достижимости
и
пересекаются.
Т.к.
и



выпуклы,
то для него
применим следствие
из 11 св-ва опорных
фун-ий
().



,;







;



Bocпользуемся
еще одним св-ом
опрных функий:
если
-
невырожденная
матрица, то
можно воспользоваться
св-вом , что
:





.


В
силу положительной
опорной фун-ии
относительно
аргумента
, получаем, что
это верно
.



Теорема
док-на, т.к. левая
часть неравенства
и есть
.



17.Численное
решение задачи
управляемости
.



Объект
управляем на
I=,
если выполняется
.
Если множнство
,,
таковы
что аналитически
невозможно
получить значение
опорной функции
u



Вычисление
матрицы
и интеграл,
тогда задача
решается с
применением
ЭВМ. На ЭВМ решается
для конечного
числа
.
Для этого сфера
покрывается
-сетью.
В двумерном
пространстве
-сеть
определяется
углом
.
В трехмерном
пространстве
-сеть
определяется
двумя углами.
Пусть
некоторая
-сеть
некоторой
единичной сферы
S,
где
-конечное
множество.
Какой бы вектор
,
найдется
,
такой что
.
Пусть
вычислимое
приближенное
значение
в точках
-сети.
,
.
Необходимо,
чтобы
-
в этом случае
говорим, что
объект
-управляем
и при этом
.
Отсюда имеем
следующее
.
Если
,
то
-объект
E-управляем.
Если
-объект
не управляем.
Если
,
то в этом случае
неопределенность.
Выясним вопрос
о погрешности.и
-погрешность
для вычисления
опорной функций
и
.-
погрешность
для вычисления
.
По условию
Липшица
,



.
Используем
эти формулы
, получим следующие
погрешности:
- погрешность
для вычисления
-предполагается,
что она интегрируема
по Лебегу.
-это
вычисление
интеграла
.
-
погрешность
для вычисления
.
-погрешность
вычисления
минимума функций.
,
.
+++++++

18.
Лемма
о внутренней
точке.


Пусть
А- квадратичная
матрица размера
nxn
, V-произвольный
вектор пр-ва,
отрезок I=.
Тогда
,
тогда
и только тогда
, когда векторы
линейно
независимы.


Под
интегралом-
многозначное
отображения,
интеграл от
многозначного
отображения
– тоже многозначное
отображения.


Доказательство
:
Обозначим F=.
По свойствам
опорной функции
для того чтобы
нужно,
чтобы выполнялось
условие
,
.
=


==


==.Т.к.
подынтегральная
функция непрерывна
и неотрицательна,
то условие
,
выполняется
тогда и только
тогда, когда
на
интервале I
. Покажем, что
для этого необходимо
и достаточно,
чтобы векторы
были
лин. независимы.


Необходимость:
(доказательство
от противного)



эквивалентно
,
-лин.независимы
.Предположим,
что векторы
лин. зависимы.
Для 3-х векторов
:
;
-
лежат в одной
плоскости,
;
.
Тоже самое для
n-
векторов:
,
Пришли
к противоречию,
необходимость
доказана.


Достаточность:
(от противного)


Если
векторы линейно
независимы,
то
такой, что
,
.
Продифференцируем
n-1
раз:0=
.Отсюда
следует:
,
где
-
невырожденная
матрица,
-не нулевой
вектор и
,
а это означает,
что векторы

лин.зависимы
.Получили
противоречие.
перпендикуярен
.

19.
Локальная
управляемость.
Теорема о локальной
управляемости.
.


Рассматриваем
динамический
объект, поведение
которого описывается
системой (1)
,
x-
n-мерный
вектор,
,
A-матрица
nxn,
u
имеет ту же
размерность,
что
и
,
.Задано

,
u:
I
и полагается,
что u(t)
измеримо
и
-
где
k(t)
скалярная
функция интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I .Функция
u(t)-
называется
допустимым
управлением,
если измерима
и является
однозначной
ветвью из
многозначного
отображения
U
(2) u(t)U(t)-
ограничения
на управления
. В фазовом
пространстве
заданы
два не пустых
множества.
Допустимое
управление
u(t)
на отр.I
осуществляете
переход из
начального
мн-ва
в конечное
множество
,
если существует
решение уравнения
(1), удовлетворяющее
граничным
условиям (4)
и
.
Цель управления-
перевод динамический
объекта из
в
,
а качество
определяет
функционал.
Таким функционалом
явл. время,
следовательно


задача
быстродействия
заключается
в нахождении
такого допустимого
управления,
которое осуществляет
переход из


множества
в
за
наименьшее
время.
(4).


Предположим,
что
,
а мн-во
-произвольные
точки
из
окрестности
.


Сделаем
линейную замену:,где
-функции,
получим
,
,
где
,,
поэтому вместо
точки
можно
рассматривать
т.0 и будем говорить
о локальной
управляемости
в т.0. Т.е. если
объект локально
управляем в
т.0, то он локально
управляем в
любой точки
.


Определение:
Объект
наз. локально
управляем в
т.
=0
на отр.I
, если
объект явл.
Управляемым
на отр.I
из т..


Для
решения задачи
применим теорему
об управляемости,
но для конкретной
местности.
Исходя из теоремы
об управляемости,
объект явл.
управляемым
из
в
на I
, если
>=0.

20.
Теорема о локальной
управляемости
.
(дает достаточное
условие локальной
управляемости)


Если
вектор
и выполняются
два условия:


1),
;


2)
-лин.
независимы,
тогда объект
явл. локально
управляем в
точке x=0
на отр. I.


Доказательство:
В силу определения
локальной
управляемости
выполняется
условие
.


,
получим (1)
.
Покажем, что
,
такое , что
выполняется
(1)
и
.
По предположению
теоремы 1) выполняется
,
получим
.
Сделаем оценку
для левой части
неравенства.
Оценим интеграл:
,


т.к.
и выполняется
2) , то 0 явл. внутренней
точкой интеграла:,
а это означает,
что опорная
функция >0,
.
Из свойств
опорной функции
следует, что
опорная функция
непрерывна
по
.
Если опорная
функция непрерывна,
>0,
и S
–компактное,
это означает,
что
,
такое что ,
,
.
Т.о. оценили
левую часть
неравенства
(1), покажем , что
для правой
части , которая
зависит от
,
по этому
можно
найти
.


Покажем
, что
.
Оценим



,
отсюда имеем
.


,,
а это значит
,
объект
локально управляем
в точке x=0.

21.
Теорема
о сущест
­вовании
оптимального
управления.


Если
объект является
управляемым
из множества
на отр.
,
то существует
переводящее
объект из
за время
-
оптимально
управляем.


Рассмотрим
-множество всех
допустимых
управлений,
переводящих
объект из
.
Т.к. объект является
управляемым
, то
.
Обозначим через
попадания
фазового вектора
на
множестве
,
т.е.
.
Следовательно
за меньшее
невозможно
перейти.



Докажем,
что
,
переводящее
объект из
за
,
при этом
считается
фиксированым.
Т.к.
,
то
последовательность
перехода,
сходящаяся
к
.
удовлетворяет
мн-во достижимости
(пустое
мн-во). Пусть
для
.
Т.к. множество
замкнуто
и ограничено,
то из
можно
выбрать
подпоследовательность
.



Пусть
дано
.
Т.к.
сходящаяся
к.



Т.о.
.
Множество
непрерывно
по аргументу
,
т.е. начиная с
какого-то номера
.
.
Т.к.
произвольная,
а мн-во
компактно,
то
.
Т.к.
и
,
то это обозначает,
что
(пустое мн-во)
и это означает,
что
,
переводящее
объект из
за
.
И т.к.
,
то
-
оптимальное
управление.
Теорема док-на.


22.
Принцип максимума
Понтрягина
на языке опорных
функций.


Рассматриваем
динамичес­кий
объект, поведение
которого описывается
системой (1)
,
x-
n-мерный
вектор,
,
.Задано

,
u:
I
и полагается,
что u(t)
измеримо
и
-
где
k(t)
скалярная
функция интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I .
В фазовом
пространстве
заданы
два не пустых
множества.
Допустимое
управление
u(t)
на отр.I
осуществляете
переход из
начального
мн-ва
в конечное
множество
,
если существует
решение уравнения
(1), удовлетворяющее
граничным
условиям
и
.
Цель управления-
перевод динамический
объекта из
в
,
а качество
определяет
функционал.
Таким функционалом
явл. время,
следовательно
задача быстродействия
заключается
в нахождении
такого допустимого
управления,
которое осуществляет
переход из
множества
в
за
наименьшее
время.
(4).



,
где
-ненулевая
вектор-функция.
,
.
Если
-оптимальное
управление,
переводящее
,
то
.


Для
нашей задачи
:
.
удовлетворяет
принципу максимума
Понтрягина
на
,
если существует
не нулевая
вектор -функция.
,
удовлетворяющая
системе
с
нач. условием
,
такая что выполняется
условие:


-здесь
достигается
максимум.


2);


3).


Теорема
о необходимых
условиях
оптимальности.
Если в линейной
задаче быстродействия
мн-ва
выпуклы,
-оптимальное
управление,
переводящее
на
отр.
,
а
-соответствующая
траектория,
то пара
удовлетворяет
принципу максимума
Понтрягина.


23.
Применение
необхо
­димых
условий
оптималь
­ности(схема
и пояснения
к ней).


Рассматриваем
динамический
объект, поведение
которого описывается
системой (1)
,
x-
n-мерный
вектор,
,
A-матрица
nxn,
u
имеет ту же
размерность,
что
и
,
.Задано

,
u:
I
и полагается,
что u(t)
измеримо
и
-
где
k(t)
скалярная
функция интегрируемая
по Лебегу на
отрезке I .Функция
u(t)-
называется
допустимым
управлением,
если измерима
и является
однозначной
ветвью из
многозначного
отображения
U
u(t)U(t)
-
ограничения
на управления
. В фазовом
пространстве
заданы
два не пустых
множества
,
-выпуклы.
Допустимое
управление
u(t)
на отр.I
осуществляете
переход из
начального
мн-ва
в конечное
множество
,
если существует
решение уравнения
(1), удовлетворяющее
граничным
условиям
и
.
Цель управления-
перевод динамический
объекта из
в
,
а качество
определяет
функционал.
Таким функционалом
явл. время,
следовательно


задача
быстродействия
заключается
в нахождении
такого допустимого
управления,
которое осуществляет
переход из


множества
в
за
наименьшее
время..


Пусть
оптимальное
управление,
-соответствующая
траектория,
переводящая
за
время I
. И
-
ненулевая
функция, такая
что
(2).


1)(3);


2)(4);


3)(5)


Найти
:










24.
Достаточное
условие оптимальности
.


(
Вначале написать
вопрос «Применение
необходимых
условий оптимальности(схема
и пояснения
к ней»)


Для
линейной задачи
существует
дост. условие.
Для этого необходимо
выполнение
дополнительных
условий: усиление
условия трансверсальности
4) решение
удовлетворяет
усиленному
условию трансверсальности
на
на
отр.,
если для
(6).


Достаточное
условие: если
допустимое
управление,
-соответствующая
траектория,
переводящая
за
время I
и пара
удовлетворяет
принципу максимума
Понтрягина
(2-5) и усиленному
условию трансверсальности
(6), то
-
оптимальное
управление.


Следствие
из теоремы
достаточного
условия трансверсальности.
Используем
локальную
управляемость:
.Если
некоторое
допустимое
управление,
а
-
соответствующее
решение (1), переводящее
за время I,
удовлетворяет
принципу максимума
Понтрягина
и объект явл.
локально управляемым
в т.0 на любом
отр.,
то управление
-
оптимально.

25.
Единственность
оптима
­льного
управления
для линейной
задачи.


(
В начале написать
вопрос «Применение
необходимых
условий оптимальности(схема
и пояснения
к ней)»)


При
решении с
использованием
принципа максимума
Понтрягина
в пунктах 3,4
нарушается
единственность.
При выборе
из
условия 4 и выборе
из условия (3).
Пусть задана
и
сопряженная
функция
удовлетворяющая
системе (2), если
опорная функцияявляется
дифференцируемой
по
в точке
,
т.е. в этой точке
существует
градиент функции
и
для почти всех
дифференцируемая
по
,
то соответствующая
пара
,
удовлетворяющая
принципу максимума
Понтрягина,
является
единственной.


Следствие:
Если мн-во
и
строго выпуклы
для почти всех
t
, принадлежащих
I,
тогда для любого
начального
значения
,
соответствующая
пара
,
удовлетворяющая
принципу максимума
Понтрягина,
является
единственной.







1.
Общая
постановка
задачи управляемости.



2.
Основные
вопросы в теории
ОУ.



3.

Постановка
линейной задачи.



4.

Пространство
,
алгебраическая
сумма,
произведение
множества на
число
.



5.,
хаусдорффова
норма, лемма
про определенность
хаус. нормы.



6.Опорные
функции.



7.Свойства
опорной функции.



8.

Непрерывные
функции. Условия
Липшица. Лемма
1,2 об условиях
Липшица для
опорных функций.



9.
Многозначные
отображения.



10.
Непрерывные
и равномерно
непрерывные
многозначные
отображения.



11.
Измеримые
многозначные
отображения.
Лемма о равномерной
непрерывности

многозначного
отображения.



12.
Интеграл
от многозначного
отображения.
Теорема о
непрерывности
от многозначного
отображения.



13.Теоремы
1, 2 о других видах
многозначных
отображений.



14.
Линейная задача
быстродействия.
Определение
абс. непрерывной
функции. Теорема
Каратеодори.



15.Множество
достижимости
и его свойства.



16.Общая
задача управляемости.
Теорема об
управляемости.



17.Численное
решение задачи
управляемости.



18.
Лемма
о внутренней
точке.



19.
Локальная
управляемость.
Теорема о
локальной
управляемости..



20.
Теорема
о локальной
управляемости.
(дает достаточное
условие локальной
управляемости)



21.
Теорема
о существовании
оптимального
управления.



22.
Принцип максимума
Понтрягина
на языке опорных
функций.



23.
Применение
необходимых
условий
оптимальности(схема
и пояснения
к ней).



24.
Достаточное
условие оптимальности.



25.
Единственность
оптимального
управления
для линейной
задачи.


Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Теория управления

Слов:4124
Символов:41066
Размер:80.21 Кб.