next up previous
Next: 2 Минимизация функционала типа Up: KISELEV Previous: KISELEV

1. Введение


Статья посвящена рассмотрению алгоритмов решения ряда задач управления и примыкает к классическим исследованиям, начало которым положено в работах [1], [2]. Для некоторых классов задач оптимального управления, обладающих определенными свойствами выпуклости, неизвестное граничное значение сопряженной переменной в краевой задаче принципа максимума Понтрягина допускает экстремальное описание: оно является минимизатором некоторой гладкой выпуклой функции, называемой потенциалом задачи оптимального управления. Таким образом, решение краевой задачи принципа максимума Понтрягина сводится к простейшей задаче математического программирования - выпуклой задаче безусловной минимизации потенциала. Отсутствие ограничений в последней задаче весьма важно с точки зрения практической организации вычислений. Потенциал строится по исходным данным задачи, содержит в себе всю необходимую информацию о задаче и представлен в удобном виде. Выпуклая структура потенциала позволяет рациональным образом организовать процедуры вычисления оптимальных решений. После вычисления минимизирующей точки потенциала краевая задача сводится к задаче Коши. В случае задачи быстродействия эта схема также допускает реализацию с некоторыми техническими усложнениями, связанными с нефиксированностью времени. Отметим, что к построению потенциалов мы подошли, исследуя линейную задачу быстродействия с гладкой областью управления [3-9]. В статье эта идея рассматривается на ряде примеров задач управления с линейной динамикой. Предлагаемая схема рассуждений проста, удобна для изложения соответствующих тем в учебных курсах и может составить алгоритмическую основу при разработке прикладных программ для решения задач оптимального управления. Обратим внимание на графические пакеты ТАЙМЕР, ТАХИОН, ПОНТРЯГИН, АЛЬФА, позволяющие решать линейные задачи быстродействия [10], [11]. Одним из встроенных методов в этих пакетах является метод потенциалов. В статье рассмотрены задача минимизации функционала типа "обобщенная энергия" на траекториях линейных управляемых систем при неограниченном и ограниченном управлении (раздел 2), линейная задача быстродействия со скалярным ограниченным управлением (раздел 3). Аналогичные соображения применимы и для других задач, среди которых отметим задачу минимизации линейного терминального функционала при линейной динамике и линейном терминальном множестве, задачу минимизации квадратичного терминального функционала в линейной управляемой системе (дискретный аналог этого результата, описанный в [7], представляет определенный интерес для приложений, позволяя строить вычислительные схемы поиска оптимальных решений в случае дискретных аппроксимаций задач управления для уравнения теплопроводности). Интересным оказалось построение потенциала в задаче минимизации функционала типа "энергия" с многомерным управлением, подчиненным эллипсоидальному геометрическому ограничению (раздел 4).



2003-08-11