18703

Оптимальное управление. Вариационное исчисление

Доклад

Менеджмент, консалтинг и предпринимательство

Оптимальное управление это задача проектирования системы обеспечивающей для заданного объекта управления или процесса закон управления или управляющую последовательность воздействий обеспечивающих максимум или минимум заданной совокупности критериев качества...

Русский

2015-01-19

16.22 KB

8 чел.

Оптимальное управление — это задача проектирования системы, обеспечивающей для заданного объекта управления или процесса закон управления или управляющую последовательность воздействий, обеспечивающих максимум или минимум заданной совокупности критериев качества системы .

Для решения задачи оптимального управления строится математическая модель управляемого объекта или процесса, описывающая его поведение с течением времени под влиянием управляющих воздействий и собственного текущего состояния. Математическая модель для задачи оптимального управления включает в себя: формулировку цели управления, выраженную через критерий качества управления; определение дифференциальных или разностных уравнений, описывающих возможные способы движения объекта управления; определение ограничений на используемые ресурсы в виде уравнений или неравенств.

Наиболее широко при проектировании систем управления применяются следующие методы: вариационное исчисление, принцип максимума Понтрягина и динамическое программирование Беллмана.

Иногда (например, при управлении сложными объектами, такими как доменная печь в металлургии или при анализе экономической информации) в исходных данных и знаниях об управляемом объекте при постановке задачи оптимального управления содержится неопределённая или нечёткая информация, которая не может быть обработана традиционными количественными методами. В таких случаях можно использовать алгоритмы оптимального управления на основе математической теории нечётких множеств (Нечёткое управление). Используемые понятия и знания преобразуются в нечёткую форму, определяются нечёткие правила вывода принимаемых решений, затем производится обратное преобразование нечётких принятых решений в физические управляющие переменные.

Вариацио́нное исчисле́ние — это раздел функционального анализа, в котором изучаются вариации функционалов. Самая типичная задача вариационного исчисления состоит в том, чтобы найти функцию, на которой заданный функционал достигает экстремального значения.Методы вариационного исчисления широко применяются в различных областях математики. Например, в дифференциальной геометрии с их помощью ищут геодезические линии и минимальные поверхности. В физике вариационный метод — одно из мощнейших орудий получения уравнений движения (см. например Принцип наименьшего действия), как для дискретных, так и для распределённых систем, в том числе и для физических полей. Методы вариационного исчисления применимы и в статике

Динамическое программирование в теории управления и теории вычислительных систем — способ решения сложных задач путём разбиения их на более простые подзадачи. Он применим к задачам с оптимальной подструктурой (англ.), выглядящим как набор перекрывающихся подзадач, сложность которых чуть меньше исходной. В этом случае время вычислений, по сравнению с «наивными» методами, можно значительно сократить.

Ключевая идея в динамическом программировании достаточно проста. Как правило, чтобы решить поставленную задачу, требуется решить отдельные части задачи (подзадачи), после чего объединить решения подзадач в одно общее решение. Часто многие из этих подзадач одинаковы. Подход динамического программирования состоит в том, чтобы решить каждую подзадачу только один раз, сократив тем самым количество вычислений. Это особенно полезно в случаях, когда число повторяющихся подзадач экспоненциально велико.

Метод динамического программирования сверху — это простое запоминание результатов решения тех подзадач, которые могут повторно встретиться в дальнейшем. Динамическое программирование снизу включает в себя переформулирование сложной задачи в виде рекурсивной последовательности более простых подзадач.

Главный результат теории — всемирно известный “принцип максимума” выдающегося математика Л. С. Понтрягина, сформулированный так: для многих управляемых систем может быть построен такой процесс регулирования, при котором само состояние системы в каждый данный момент подсказывает наилучший с точки зрения всего процесса способ действий.

Если рассматривать самолет как точку, движущуюся в пространстве, то это простой объект. В каждый данный момент можно определить его положение в пространстве: допустим, широту, долготу и высоту над уровнем моря; эти три величины в данном случае его фазовые координаты. Те или иные углы поворота рулей самолета, которыми определяется направление его полета, — управляющие параметры. Совокупность этих параметров (ограниченных определенной областью управления) называется собственно управлением, траектория полета — фазовой траекторией. Задача оптимального управления состоит в том, чтобы выбрать такие из названных величин, которые обеспечат наиболее быстрый прилет самолета на место (впрочем, могут быть и другие критерии, тогда решения задачи будут иными, напр. перелет с наименьшим расходом горючего).

“Принцип максимума” Понтрягина определяет математические условия, необходимые для того, чтобы управление оказалось оптимальным, причем без предварительного определения оптимальной траектории, а путем последовательного регулирования данного процесса.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52770. Дії з десятковими дробами 59.5 KB
  Мета: - Систематизувати, узагальнити знання за темою: «Дії з десятковими дробами»; - закріпити вміння та навички учнів під час розв’язання вправ і задач; - розвивати пам'ять, увагу, пізнавальні здібності учнів; - виховувати вміння уважно слухати думку інших; - поважно відноситись до відповідей однокласників.
52772. Додавання та віднімання десяткових дробів 48 KB
  Мета уроку: повторити основний теоретичний матеріал за даною темою продовжити формувати практичні навики по розвязуванню вправ за даною темою; з метою активізації пізнавальної діяльності організувати роботу учнів на уроці у формі змагання між двома командами одного класу. Сьогодні учні ми проведемо з вами урок подорож по математичному океану. При допомозі піктограм трьох видів учні демонструють свій настрій на початку уроку. Учні пробують при допомозі вчителя сформулювати завдання уроку виходячи з теми уроку.
52773. Мандрівка до країни Десяткових дробів 121 KB
  Виконуючи різні завдання ми з вами побуваємо в різних містах країни Десяткових дробів і успішно прийдемо в місто гарних оцінок. Щоб потрапити до міста Усної лічби треба відгадати загадку: На базарі їх не купити На дорозі не зайдеш Їх не зважиш на терезах І ціни не підбереш знання Подивіться які гарні квіти ростуть в цьому місті. Щоб потрапити до міста Кмітливих треба відновити запис: 35 5 04 0 4187...
52774. Десяткові дроби і дії над ними 2.75 MB
  Дробова частина містить стільки цифр скільки нулів в запису знаменника звичайного дробу. 02 = 020 = 0200 = 5400 = 54 125080 = 12508 00980 = 0098 З двох десяткових дробів більше та у якої більша ціла частина. 32 41 092 102 45 3947 Для порівняння двох дробів з однаковими цілими частинами необхідно за допомоги приписування нулів праворуч зрівняти кількість цифр в дробовій частині після чого порівняти отриманні дроби порозрядно. З двох десяткових дробів більше та у якої більша ціла частина 32 41 092 102...
52775. Подорож до країни дробів. Позакласний навчально-виховний захід 1.35 MB
  Мета: прищеплювати інтерес до математики; формувати навички роботи з додатковою літературою; поглиблювати знання про дроби та розвивати навички виконання дій зі звичайними дробами. Селище ІСТОРИЧНЕ Дроби в Древнем Египте Необходимость в дробных числах возникла в результате практической деятельности человека. Первые дроби с которыми нас знакомит история зто дроби вида ; ; так называемые единичные дроби. Эти дроби мы находим прежде всего в египетских папирусах около 2000 лет до н.
52776. МНОЖЕННЯ ДЕСЯТКОВИХ ДРОБІВ 380.5 KB
  А як це зробити Отже мета уроку навчитися виконувати множення десяткових дробів та застосовувати набуті знання на практиці. Пояснювати правила множення десяткових дробів краще на конкретних прикладах розглянувши різні випадки. Звертаю увагу учнів на той випадок коли в результаті множення вийшла відповідь яка закінчується нулем.
52777. Розв’язання вправ з теми: «Дроби і ділення. Мішані числа» 583.5 KB
  Завдання учням: стрілочками встановити відповідність між номером завдання і відповідями. Самоперевірка завдання за наданим зразком. А б в Учні самостійно виконують завдання в зошитах під час перевірки пояснюють виконання завдань 2 3 2.
52778. Звичайні дроби. Розв’язування вправ 330.5 KB
  Аукціон розпродажу перепусток Хто швидше порахує Кожне завдання оцінюється в 1 бал з врахуванням швидкості виконання; хто перший виконав завдання додатково до загальної суми балів додає 3 бали другий 2 бали третій 1 бал. Що означають чисельник і знаменник дробів 3 5 і 7 12 взаємоперевірка в парах оцінку виставляє опонент; кількість балів 2 2. Математика 5 клас розділ Дробові числа рубрика Хочеш знати ще більше хто перший згадаєкількість балів 3 Третя зупинка: Стародавній Рим. Підсумок уроку Підрахунок балів...