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

33831. СИКХИЗМ 17.18 KB
  Медитация на эту тему обязательно входит в повседневную дисциплину сикхов нам симран напоминание божественного имени которая может заключаться в простом повторении священных слов таких как сат нам истинный есть имя или вахигуру популярное у сикхов современное наименование Бога в распевании стихов гуру или во внутренней медитации. Во многом эту доктрину дополнили натхи последователи полумифического гуру 12 в. Позднейшие гуру.
33832. Джайнизм 18 KB
  Дело в том что одной из основополагающих джайнизма всего зароков пять является ахимса не причинение вреда ничему живому. Основоположником джайнизма считается Шри Махавир что в переводе означает Великий Герой. И даже если правда которую всегда обязан говорить истинный последователь джайнизма может причинить боль и обиду то лучше от такой правды воздержаться. В джайнизме как и большинстве религий Индии нет такого понятия как молитва.
33833. Иудаизм 18.57 KB
  Иудаизм называют национальной религией евреев. Историки отмечают что формирование иудаизма как национальной религии евреев началось задолго до XIII века когда их кочевые племена вторглись на территорию Палестины. Однако многобожие у евреев просуществовало еще несколько столетий о чем свидетельствует указ царя Иосифа от 622 г. Во время вавилонского пленения иудаизм становится идейной основой борьбы евреев за освобождение и восстановление собственной государственности принявшей форму движения к возврату на землю предков.
33834. Современный иудаизм 14.75 KB
  Одной из причин столь длительной неизменности иудаизма является его замкнутость самонаправленность. Третья ветвь современного иудаизма консервативное течение занимающее промежуточное положение между ортодоксами и либералами. Существует и мистическая эзотерическая форма иудаизма известная под названием Каббала. В рамках иудаизма сосуществуют самые различные обычаи и верования.
33835. Проблема человеческой индивидуальности 14.57 KB
  С эпохой Возрождения приходит новое видение человека; выдвигается предположение что одна из причин трансформации средневековых представлений о человеке заключается в особенностях городской жизни диктующих новые формы поведения иные способы мышления. Причастность к новой среде зависела преимущественно от духовных свойств конкретного человека. Представители новой светской интеллигенции гуманисты защищают в своих произведениях достоинство человека; утверждают ценность человека независимо от его общественного положения; обосновывают и...
33836. Религия Нового времени 14.54 KB
  Это идолы рода т. Идолы пещеры личные суеверия присущие отдельному исследователю. Идолы рынка использование в языке дурных слов влияющих на наш ум. Идолы театра те что связаны с общепринятыми системами мышления напр.
33838. Субъекти́вный идеали́зм 14.55 KB
  Выступал с критикой понятий материи как вещественной основе тел а так же теорией Ньютона о пространстве как вместилище всех природных тел и учение Локка о происхождении понятий материи и пространства. В основе понятия материи лежит допущение что мы можем образовать отвлеченную идею общего для всех явлений общего понятия вещества. У людей не может быть чувственного восприятия материи как таковой т.
33839. Проблема человека и его прав в философии французского просвещения и педагогические воззрения 14.83 KB
  Проблема человека. Основное внимание Вольтер как философ уделяет проблеме человека в обществе. Паскаля 16231662 о ничтожестве человека это ничтожество связано с ограниченностью познавательных способностей подверженностью человека страданиям его порочностью.