Asymptotics of a solution to a terminal control problem with two small parameters

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

An optimal control problem is considered in the class of piecewise continuous controls with smooth geometric constraints on a fixed interval of time for a linear autonomous system with two small positive independent parameters, one of which, $\varepsilon$, multiplies some derivatives in the equations of the system, while the other, $\mu$, is involved in the initial conditions. The quality functional is convex and terminal, and depends only on the values of the slow variables at the terminal instant. A limit relation as the small parameters tend independently to zero is verified for the vector describing the optimal control. Two cases are considered: the regular case, when the optimal control in the limiting problem if continuous, and the singular case, when this control has a singularity. In the regular case the solution is shown to expand in a power series in $\varepsilon$ and $]\mu$, while in the singular case the solution is asymptotically represented by an Erdelyi series — in either case the asymptotics is with respect to the standard gauge sequence $\varepsilon^k+\mu^k$, as $\varepsilon+\mu\to0$.

About the authors

Aleksei Rufimovich Danilin

N.N. Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia

Author for correspondence.
Email: dar@imm.uran.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor

Ol'ga Olegovna Kovrizhnykh

N.N. Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia

Email: koo@imm.uran.ru
Candidate of physico-mathematical sciences, no status

References

  1. Л. С. Понтрягин, В. Г. Болтянский, Р. В. Гамкрелидзе, Е. Ф. Мищенко, Математическая теория оптимальных процессов, Физматгиз, М., 1961, 391 с.
  2. Н. Н. Красовский, Теория управления движением. Линейные системы, Наука, М., 1968, 475 с.
  3. Э. Б. Ли, Л. Маркус, Основы теории оптимального управления, Наука, М., 1972, 574 с.
  4. А. Р. Данилин, А. М. Ильин, “Асимптотика решения задачи о быстродействии при возмущении начальных условий”, Изв. РАН. Сер. тех. кибернет., 1994, № 3, 96–103
  5. А. Р. Данилин, А. М. Ильин, “О структуре решения одной возмущенной задачи быстродействия”, Фундамент. и прикл. матем., 4:3 (1998), 905–926
  6. М. Г. Дмитриев, Г. А. Курина, “Сингулярные возмущения в задачах управления”, Автомат. и телемех., 2006, № 1, 3–51
  7. Г. А. Курина, М. А. Калашникова, “Сингулярно возмущенные задачи с разнотемповыми быстрыми переменными”, Автомат. и телемех., 2022, № 11, 3–61
  8. Э. М. Галеев, В. М. Тихомиров, Краткий курс теории экстремальных задач, Изд-во Моск. ун-та, М., 1989, 204 с.
  9. А. М. Ильин, О. О. Коврижных, “Асимптотика решения системы линейных уравнений с двумя малыми параметрами”, Докл. РАН, 396:1 (2004), 23–24
  10. А. Р. Данилин, О. О. Коврижных, “О задаче управления точкой малой массы в среде без сопротивления”, Докл. РАН, 451:6 (2013), 612–614
  11. P. V. Kokotovic, A. H. Haddad, “Controllability and time-optimal control of systems with slow and fast modes”, IEEE Trans. Automat. Control, 20:1 (1975), 111–113
  12. А. Р. Данилин, А. А. Шабуров, “Асимптотика решения линейных сингулярно возмущeнных задач оптимального управления с интегральным выпуклым критерием качества и “дешeвым” управлением”, Дифференц. уравнения, 59:1 (2023), 85–99
  13. А. Дончев, Системы оптимального управления. Возмущения, приближения и анализ чувствительности, Мир, М., 1987, 158 с.
  14. А. Р. Данилин, О. О. Коврижных, “О зависимости задачи быстродействия для линейной системы от двух малых параметров”, Вестник ЧелГУ, 2011, № 27, 46–60
  15. Р. Т. Рокафеллар, Выпуклый анализ, Мир, М., 1973, 472 с.
  16. А. Р. Данилин, О. О. Коврижных, “Асимптотическое разложение решения задачи оптимального управления линейной автономной системой с терминальным выпуклым показателем качества, зависящим от медленных и быстрых переменных”, Изв. ИМИ УдГУ, 61 (2023), 42–56
  17. A. Erdelyi, M. Wyman, “The asymptotic evaluation of certain integrals”, Arch. Ration. Mech. Anal., 14:1 (1963), 217–260
  18. А. Картан, Дифференциальное исчисление. Дифференциальные формы, Мир, М., 1971, 392 с.
  19. А. Р. Данилин, “Асимптотика оптимального значения функционала качества при быстростабилизирующемся непрямом управлении в регулярном случае”, Дифференц. уравнения, 42:11 (2006), 1473–1480
  20. А. Р. Данилин, “Асимптотика ограниченных управлений для сингулярной эллиптической задачи в области с малой полостью”, Матем. сб., 189:11 (1998), 27–60
  21. А. М. Ильин, А. Р. Данилин, Асимптотические методы в анализе, Физматлит, М., 2009, 248 с.
  22. А. Р. Данилин, “Асимптотика оптимального значения функционала качества при быстростабилизирующемся непрямом управлении в сингулярном случае”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 46:12 (2006), 2166–2177
  23. Л. В. Канторович, Г. П. Акилов, Функциональный анализ, 3-е изд., Наука, М., 1984, 752 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Danilin A.R., Kovrizhnykh O.O.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).