32231

Метод динамического программирования Р. Беллмана

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

6 величина определяется в соответствии с уравнениями 7.10 При условиях ; Оптимальное уравнение определяется в результате решения уравнения 7.10 можно заменить уравнениями в частных производных 7.4 получим Из уравнения получим П 7.

Русский

2013-09-04

1.14 MB

34 чел.

Лекция №7

Метод динамического программирования Р. Беллмана

В основу динамического программирования положен принцип оптимальности. Согласно этому принципу оптимальное уравнение определяется конечной целью управления и состоянием системы в рассматриваемый момент времени не зависимо от предыстории системы (как она попала в рассматриваемую точку). Это означает что для оптимальных траекторий каждый участок, связывающий любую промежуточную точку этой траектории с конечной точкой, также является оптимальной траекторией.

Задача оптимизации состоит в том, чтобы определить оптимальное управление  и оптимальную траекторию (экстремаль) из условия выполнения минимума (или максимума) функция …. (критерия)

     (7.1)

При заданных динамикой объекта управления уравнений

      (7.2)

или        (7.3)

и заданных краевых условиях ,  на интервале  при наличии ограничений , и может , где  – области допустимых значений переменных состояний объекта и управляющих воздействий.

В данном методе вводится вспомогательная функция S, называемая функцией Беллмана

     (7.4)

Дадим приращение по времени Δt. Тогда

     (7.5)

где ,  - вектор переменных (координат) объекта в момент .

Пусть 0, тогда с учетом выражения (7.5) получим

     (7.6)

Получаемая из (7.6) величина  определяется в соответствии с уравнениями (7.2) или (7.3) оптимальную траекторию .

Первое слагаемое в первой части выражения (7.6) с точностью до малых величин   …. Порядка  можно заменить приближенным выражением

   (7.7)

Второе слагаемое разложим в ряд Тейлора и ограничимся линейными слагаемыми относительно переменной .

  (7.8)

В соответствии с (7.2) точность для любых малых более высокого порядка

С учетом этого выражение (7.8) примет вид:

 (7.9)

На основании (7.6), (7.7) и (7.8) запишем

После деления всех членов на  и переходя к пределу 0 получим нелинейное уравнение Беллмана в частных производных

  (7.10)

При условиях ; ,

Оптимальное уравнение  определяется в результате решения уравнения (7.10), что в общем случае сделать достаточно сложно. Для внутренней области  условие (7.10) можно заменить уравнениями в частных производных

   (7.11)

Решая эту систему можно определить закон оптимального управления .

Для стационарного объекта управления в (7.11) можно представить в виде

   (7.12)

Пример: определим оптимальный закон управления для предыдущего примера методом динамического программирования:

    (П 7.1)

    (П 7.2)

или       (П 7.3)

где ; ; .

В соответствии с (7.12) для нашего случая будет:

   (П 7.4)

И условие минимума не управляющему воздействию (второе уравнение (7.11)) дает следующее уравнение:

    (П 7.5)

Из (П 7.5) следует

     (П 7.6)

После подстановки (П 7.6) в (П 7.4) получим

Из уравнения получим

   (П 7.7)

Подставляем значение  в (П 7.6) получим оптимальный закон управления

   (П 7.8)

где   – коэффициент обратной связи будет определятся, как

  (П 7.9)

Что совпадает с результатами, полученными в предыдущих примерах.

Наиболее эффективное применение динамического программирования при численном решении уравнения Беллмана. Для этого заменяем дифференциальные уравнения объекта управления (7.3) уравнениям в конечных разностях, т.е. дифференциальные уравнения  заменяем на разность  

    (П 7.9)

, k=1,2,…N – число временных …

Функционал (критерий оптимальности) примет вид

   (П 7.9)

На каждом интервале  считаем  - непостоянной величиной. Таким образом решая рекуррентные уравнения (7.13) находится значения оптимального уравнения на каждом значения оптимального уравнения на каждом интервале : , ,…,, также что  ,  и которые обеспечивают минимум функционала (7.14). при численном решении задача оптимизации на каждом участке решается в обратном порядке -  от конца к началу.

Графически вычислительную процедуру можно в виде пути, который проходит через точку, минимальных значений критерия (7.14) на рис 7.1 представлена оптимальная траектория (экстремаль) x(t). Величина x разбита на интервалы Δx и время t на интервалы Δt. В точках пересечения показаны численные значения приращения функционала ΔJ.

Рис. 7.1. Расчет оптимальной траектории x(t) по минимому приращения функционала.

Минимальное значение функционала достигается при движении по траектории, обозначается при движении по траектории, обозначенной сплошной строкой.


x

1,5

1,3

1,1

0,7

1,8

1,6

1,5

1,2

2,7

2,4

2,1

1,8

 0

 0

1,1

0,8

0,6

0,3

3,5

3,2

2,8

2,3

1,6

1,2

0,8

0,6

X5

Δx

X4

Δx

X3

Δx

X2

Δx

X1

Δx

t1

Δt

t2

Δt

t3

Δt

t4

Δt

t5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82022. ВИДЫ КОНТРОЛЯ И ДВИЖЕНИЯ ФИНАНСОВ 124.21 KB
  В данной дипломной работе представлено основные виды регламентирующих документов, федеральных законов и форм по управлению финансовом потоком во 2-м отряде федеральной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий.
82023. Проектирование базы данных. Защита информации 429.13 KB
  Концептуальное (инфологическое) проектирование — построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных.
82024. Основы работы в программе Excel. Построение Диаграмм и графиков с помощью Excel 1.69 MB
  Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора...
82025. Роль фельдшера в организации специфической профилактики инфекционных заболеваний у детей 148 KB
  Иммунопрофилактика инфекционных болезней – это система мероприятий, осуществляемых в целях предупреждения, ограничения распространения и ликвидации инфекционных болезней путем проведения профилактических прививок согласно Национальному календарю профилактических прививок...
82026. БУХГАЛТЕРСКИЙ УЧЕТ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СРЕДСТВ ОРГАНИЗАЦИИ 531.24 KB
  Основные средства играют большую роль в воспроизводственном процессе труда, так как они образуют производственно-техническую базу и определяют производственную мощь предприятия, именно поэтому тема дипломной работы является актуальной на сегодняшний день.
82027. Взаимосвязь межличностных отношений и учебной мотивации детей младшего школьного возраста 496.5 KB
  Теоретические основы взаимосвязи межличностных отношений и мотивации учебной деятельности младших школьников. Мотивация учебной деятельности младших школьников. Влияние межличностных отношений на мотивацию учебной деятельности младших школьников.
82028. Интернет-коммуникации в деятельности предприятия (на примере проекта «Инфодонск» (ИП Кузнецова Г. В.)) 4.81 MB
  Интернет объединил в себе интерактивный характер коммуникации, гипермедийную природу и возможность построения индивидуального взаимодействия. Глобальная компьютерная сеть является одновременно и новой средой общения, и рынком с десятками миллионов потенциальных клиентов, обладающих достаточно высоким уровнем дохода.
82029. Анализ проблем неправомерного поведения военнослужащих и профилактика правонарушений 263.5 KB
  Сущность и понятие правонарушения. Правонарушения военнослужащих Внутренних Войск МВД Российской Федерации. В борьбе с правонарушениями основные усилия должны быть направлены на профилактику этих проступков и на устранение причин их порождающих.
82030. Учение об отвержении «Я» и самости в Священном Писании и Рейнской мистике 461 KB
  Сравнительный анализ учения рейнских мистиков о самости и Я со Священным Писанием. Учение рейнских мистиков об отвержении Я и самости в контексте Священного писания. Преодоление самости и Я как условие союза человека с Богом.