32239

История развития методов синтеза оптимального управления

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Задача Эйлера.2 называется уравнением Эйлера. Если функционал J зависит от функции F аргументом которой являются несколько переменных: то получается система из “n†уравнений Эйлера: 3.4 то экстремаль определяется интегрированным уравнением ЭйлераПуассона: .

Русский

2013-09-04

52.5 KB

2 чел.

Лекция №3

История развития методов синтеза оптимального управления.

Задача Эйлера.

Впервые задачу определения вида функции, которая бы обеспечивала минимум некоторому критерию, который является в свою очередь также функцией, сформулировал И. Бернулли в 1694 году. Задача Бернулли состояла в следующем. Требуется найти форму пути (или форму желоба), по которой материальная точка массой М (или шарик массой М) перемещается (скатится) под действием силы тяжести из точки А в точку В за минимальное время (см. рис. 3.1)

Рис.3.1. Путь перемещения материальной точки (или форма желоба, по которой    скатывается шарик) в координатах х,у.

Т.е. нужно было найти траекторию наискорейшего спуска – брахистохрону.

Эта задача была решена в 1744 году Леонардо Эйлером с помощью разработанного им метода – вариационного исчисления. Суть этого метода заключается в следующем. Имеется некоторая функция J(у), где у=F(x). Функция J от функции F называется функционалом. Необходимо найти такую функцию fэ(х), называемую экстремалью, при которой функционал J(F(х)) достигает экстремального значения. По аналогии, задача нахождения значения аргумента х, при котором функция f(х) экстремальна.

Эйлер доказал (см. Приложение 3),  что для одномерных объектов функционал (критерий):

                                       (3.1)

достигает экстремума при условии, что

                                           (3.2)

Уравнение (3.2) называется уравнением Эйлера.

Если функционал J зависит от функции F, аргументом которой являются  несколько переменных: ,то получается система из “n” уравнений Эйлера:

,                                (3.3)

где i=1,2,…n.

Решением уравнения (3.2) или системы уравнений (3.3) является зависимость х(t) или система зависимостей хi(t), определяющая экстремаль графически выражаемую в виде кривой в виде кривой в пространстве координат хi.

Если функционал зависит от высших производных:

,                  (3.4)

то  экстремаль определяется интегрированным уравнением Эйлера-Пуассона:

.   (3.5)

Пример.

Найдем экстремаль функционала, представляющего квадратичный интегральный критерий:

                    (п.3.1)

т.е.                                  ,                (п.3.2)

где - постоянный коэффициент, определяющий степень ограничения производной .

Исходя из (п.3.2) определим, что

.

Подставив эти значения в уравнение Эйлера, получим:

                              (п.3.3)

Решение этого уравнения дает экстремаль, т.е. функцию, которая  доставляет критерию (п.3.1) экстремум:

                      (п.3.4)

Постоянные интегрирования с1 и с2 определяются из граничных условий:

, получим

                           (п.3.5)

Т.е. экстремаль будет представлять экспоненту с постоянной времени. Следовательно, оптимальная траектория переходного процесса по критерию (п.3.1) будет представлять собой экспоненте, а скорость протекания этого процесса будет определяться коэффициентом  или q2 в критерии (1.5). Этим определяется физический смысл квадратичного интегрального критерия с ограничением на первую производную от х.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13259. Погрешности измерений. Цели математической обработки результатов эксперимента 107 KB
  Погрешности измерений Основой всего естествознания является наблюдение и эксперимент. Наблюдение - это систематическое целенаправленное восприятие того или иного объекта или явления без воздействия на изучаемый объект или явление. Наблюдение позволяет получит...
13260. Исследование цепи постоянного тока 905 KB
  Лабораторная работа №1 по курсу электротехники ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Лабораторная работа №1 Исследование цепи постоянного тока. Цель работы: Изучение методик измерения постоянного напряжения ток и сопротивления с помощью авометра и электронног
13261. Ознакомление с устройством и работой электронного осциллографа 2.54 MB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА Цель работы: ознакомление с устройством и работой электронного осциллографа. Приборы и принадлежности: универсальный стенд электронный осциллограф звуковой генератор. Введение Осциллограф предна
13262. Исследование цепей переменного тока 426.5 KB
  Лабораторная работа №3. Исследование цепей переменного тока Цель работы: изучение простейших цепей переменного тока и методик измерения их основных параметров. Приборы и принадлежности: Универсальный стенд. Вольтметр. Осциллограф. Амперметр. ...
13263. Исследование неразветвленной цепи переменного тока 2.98 MB
  Лабораторная работа № 4. Исследование неразветвленной цепи переменного тока. Цель работы: Исследование зависимостей параметров неразветвленной цепи переменного тока от частоты. Изучение резонанса напряжений. Приборы: 1. универсальный стенд. 2. ге...
13264. Исследование разветвлённой цепи переменного тока 1.04 MB
  Лабораторная работа № 5 Исследование разветвлённой цепи переменного тока. Цель работы: Исследование зависимостей параметров разветвлённой цепи переменного тока от частоты. Исследование резонанса токов.
13265. Измерение мощностей цепей переменного тока 2.52 MB
  Лабораторная работа №6. Измерение мощностей цепей переменного тока. Цель работы: изучение методов измерения активной реактивной полной мощности и коэффициента мощности в цепях содержащих R C и L.. Приборы: 1. Универсальный стенд; 2. Ваттметр; ...
13266. Ознакомление с устройством и принципом работы трансформатора 1.49 MB
  Лабораторная работа № 7 Исследование однофазного трансформатора. Цель: Ознакомление с устройством и принципом работы трансформатора. Получение основных характеристик трансформатора. Приборы: 1. Амперметр 2. Вольтметр ...
13267. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИОДОВ 361.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ЭТ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИОДОВ Цель работы: Изучение полупроводниковых диодов и стабилитронов снятие их вольтамперных характеристик. Приборы: 1.Универсальный стенд.