Asymptotics of Solutions of Linear Singularly Perturbed Optimal Control Problems with a Convex Integral Performance Index and a Cheap Control

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

We consider an optimal control problem for a linear system with constant coefficients with an integral convex performance index containing a small parameter multiplying the integral term in the class of piecewise continuous controls with smooth geometric constraints. Such problems are called cheap control problems. It is shown that the limit problem will be a problem with a terminal performance index. It is established that if the terminal term of the performance index is a convex (strictly convex) and continuously differentiable function, then the performance functional in the limit problem has similar properties. It is proved that, in the general case, convergence with respect to the performance functional is valid, and under the condition of strict convexity of the terminal term of the performance index in the original problem, convergence to the minimum point of the terminal summand of the performance index in the limit problem is valid. The limit of the defining vector in the original problem is found as the small parameter tends to zero. In particular, it is shown that the first component of the defining vector in the original problem converges to the defining vector in the limit problem. The problems of controlling a point of low mass in a medium with and without resistance with a terminal part depending on both slow and fast variables are considered in detail, and complete asymptotic expansions of the defining vectors in these problems are constructed.

About the authors

A. R Danilin

Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, 620108, Russia

Email: dar@imm.uran.ru

A. A Shaburov

Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, 620108, Russia

Author for correspondence.
Email: alexandershaburov@mail.ru

References

  1. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М., 1961.
  2. Красовский Н.Н. Теория управления движением. Линейные системы. М., 1968.
  3. Ли Э.Б., Маркус Л. Основы теории оптимального управления. М., 1972.
  4. Дмитриев М.Г., Курина Г.А. Сингулярные возмущения в задачах управления // Автоматика и телемеханика. 2006. № 1. С. 3-51.
  5. Глизер В.Я., Дмитриев М.Г. Асимптотика решения одной сингулярно возмущённой задачи Коши, возникающей в теории оптимального управления // Дифференц. уравнения. 1978. Т. 14. № 4. С. 601-612.
  6. Калашникова М.А., Курина Г.А. Асимптотическое решение линейноквадратичных задач с дешевыми управлениями разной цены // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. 2016. Т. 22. № 1. С. 124-139.
  7. Данилин А.Р., Ильин А.М. Асимптотическое поведение решения задачи быстродействия для линейной системы при возмущении начальных данных // Докл. РАН. 1996. Т. 350. № 2. С. 155-157.
  8. Данилин А.Р., Ильин А.М. О структуре решения одной возмущенной задачи быстродействия // Фунд. и прикл. математика. 1998. Т. 4. № 3. С. 905-926.
  9. Данилин А.Р., Коврижных О.О. Асимптотическое представление решения сингулярно возмущенной линейной задачи быстродействия // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. 2012. Т. 18. № 2. С. 67-79.
  10. Дончев А. Системы оптимального управления: возмущения, приближения и анализ чувствительности. М., 1987.
  11. Благодатских В.И. Введение в оптимальное управление. М., 2001.
  12. Демьянов В.М., Васильев Л.В. Недифференцируемая оптимизация. М., 1981.
  13. Рокафеллар Р. Выпуклый анализ. М., 1973.
  14. Обен Ж.-П., Экланд И. Прикладной нелинейный анализ. М., 1988.
  15. Kokotovic P.V., Haddad A.H. Controllability and time-optimal control of systems with slow and fast modes // IEEE Trans. Automat. Control. 1975. V. 20. № 1. P. 111-113.
  16. Шабуров А.А. Асимптотическое разложение решения сингулярно возмущенной задачи оптимального управления с интегральным выпуклым критерием качества, терминальная часть которого зависит только от медленных переменных // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. 2018. Т. 24. № 2. С. 280-289.
  17. Галеев Э.М., Тихомиров В.М. Краткий курс теории экстремальных задач. М., 1989.
  18. Данилин А.Р., Коврижных О.О. Асимптотика решения одной задачи быстродействия с неограниченным целевым множеством для линейной системы в критическом случае // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. 2022. Т. 28. № 1. С. 58-73.

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies