Файл: Цирлин, А. М. Основы оптимального управления конспект лекций.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 93

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ооотояний, тем больше требуется объем памяти. Этот фактор осо­ бенно сильно сказывается при увеличении размерности вектпра У .,

Вато мы получаем

в качестве решения управление,

обеспечивающее

абсолютный максимум

jf0

. Более того, мы в качестве

"побочно­

го продукта" получаем

синтез

оптимального управления,, i . s ,

его вавиоиыооть

от состояния. Зная синтез, мы мокеи подавать

sa управляющее

устройство состояние оистемы

а

асдучать

ооответотвуюцее

ему

оптимальное

управление.

 

 

22

§10. Достаточные уодовия оптимальности для дискретных аадач и следующие из них алгоритмы -

10,1. Алгоритм динамического программирования пра воем своем яеоокненноы изяществе обладав* одним существенным недостатком. Недостаток атот осстоит в том, что он никак не вытекает (во всяком случае на первый взгляд) из методов нелинейного програм­ мирования, между тем рассмотренная в § 9 задача есть чаотный случай задачи нелинейного программирования. Ниже мы. будем рас ­ сматривать дискретную задачу как задачу нелинейного программи­ рования. Эта точка врзння полевна не только из-аа своей общности, но в потому, что позволяет естественным образом перенести пред­ ставление о оедловоа точки фу акции Лагранжа, связанные о ним методы получения оценок решения и поиска условного максимума, на важный класс оптимальных задач. Покажем также, ч?о иа этого подхода, в частности, одедует и алгоритм динамического програм­ мирования.

Итак, вернемоап к

зада*) о максимуме

целевой

функции

 

 

 

 

 

(ЮЛ)

при условиях

несколько более общего вида, чем

ранее

 

 

 

 

 

(IB.2)

У €• VK

;

U. € V«_ ; i / ,

2У .. .

п

и получим для нее достаточные условия оптимальноеги. При

этом мы воспользуемся логикой п.

6.6 [ / 5 ] f з

котором для задачи

условного максимума

было сформулировано

достаточное условие че­

рез расширенную функцию Лагранжа

R, .

 

 


S3

 

Чтобы у*(г £ )

 

была решением аадачи достаточно, утверждалось

там,

найти

такую

функцию jfty) ,

чтобы!?, достигала

абсолютного

максимума,

на

V y

в

точке

 

.

 

И предлагался

такой

метод

•выбора

ji

( ^

) ,

чтобы максимум

R

 

по

свободным

составляющим

не зависел от значения остальных составляющих. Тот хе подход

применим

и к

задаче

( Ю Л ) ,

(10.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Специфика

этой

задачи

соотоит

в

том,

что уравнение

(10.2)

содержит

не

 

только Si

и

 

И'к

,

входящие

в

Ь £

• слагаемое фун­

кционала

(ЮЛ) ,

но и

Si

-|

. Если

 

бы этого не

было,

задачу

можно было бы сильно облегчить, максимизируя каждое иа слага­

емых

 

I

(

 

Si,

 

 

 

)

по

Si

 

и К,-

без учета

их

влияния

 

 

 

ч/о

 

 

I

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на остальные слагаемые, о учетом

лишь связи

между

ними.

 

 

Условия

 

оптимальности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема

получения

условий

 

оптимальности

такова:

 

 

 

 

I.Образуем

функционал

 

^

/

равный

I и содержащий под

зна­

ком

оуммы,кроме

/ ь (

I

,

 

Si

 

,

tCc

) , еще функции,

зави­

сящие

от S-L к

 

Si-±.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Эти функции

нужно

выбрать

так,

чтобы

максимум по

Si,

S(.

|

каждого

ив

слагаемых, стоящих под знаком сунны, не за4

висел

от

значения

переменных,

входящих в другие

слагаемые

(

Si

или Si_{

) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Если

точка

максимума

функционала

*S

окажется

на множе­

стве J),

определяемом

условиями

(10.2),

то

все

в порядке, ре ­

шение

получено.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приступим к

реализации

этой программы, Запишем

 

 

 

i = '

Проведя суммирование, легко заметить, что для любых ограни-



90

«иных функций J.0u ^

- I . Пара пишем 2 в форме

Так как выбор функции

^

не наруиает равенотва I

и 5

,

то заберем ее так, чтобы макоимум каждого иа влагаемых f?t по

и

»Vi

или

no

U; и <^i-i

не вавиоех о*

 

У{~\

или от У-i

 

ооояветотвенно. Боки такую функцию

 

удается

подобрать,

то мы ликвидируем овязь влагаемых

Qi

друг

о другом для воех

J(i

и

 

, доставляющих уолознын мак­

симум Rv . • ЬюДГ

того,

что по

и

Ui находят макон-

 

кум, а-ox

 

 

этот максимум зависать ие должен, то едни-

отэенная. переменная,

от которой

оя может аазисеть, это аргуменв

L .

Сформулируем условно оптимальности.

 

 

Чтобы последовательноояь

I

* ^U. \

доставляла

абсолют-.

дыд максимум функционалу

I ,

достаточно

существования

такой

(ВУНКПИИ

^ ( i

I X

с

) f

ч»о

 

 

 

 

 

 

 

J

-

H

U

^

^ ^

I

)

=0

 

(10.5)

Величина С i

 

может быть любой в том смысле, что,если

най­

дется

функция

^

( i

 

) , удовлетворяющая

(10.5) для неко-

торой

ограниченной

С

-с

,

то найдется

такая

функция и для

С ( i

)

0.

Повтому

 

примем

С ^~

0,

 

2,.../?, iyKZ

Ввшолиения условия

(10.5)

удобно

требовать

для воех^

 

( - 0 , 1 ,

. . . И, положив

 

^ - / , У _ , ) и л и

^(tbj^J'^S

°*


 

Верхнюю грань квадратной

скобки

в (10.5)

находят по Ci^

a

или по ^ \ . и

U. i

. В первом случав

можно вынеотн

ра знак Si-cp функцию

^Cii^i)

* прийти к выражв-

«•ю

(о учетом С (1 ) •

0):

 

 

 

во втором - 8а анак "Sup можно вынеотн

^C-J, тогда

Алгоритмы определения функции ^ , записанные в форме (10.6) и (10.7), позволяют, реиая на каждом шаге задачу услов­

ного максимума, одновременно

о вычислением

^

найти и ту

последовательность управлений ^ ^ i * J

» которая доставляет

абсолютный максимум

tS

,

а значит,и

 

ЪшЪ.

 

В первом случае расчет проводится'"вперед"

от

t' = 0 к •

L = П. ,

10 втором-от

П. к О.

Еоли

допустимы оба на­

правления

расчета,

то обычно

предпочтительнее

движение "впе­

ред", так как оно позволяет

не задаваться

числом

влагаемых |\ ,

а выбрать его,удовлетворяя определенным дополнительным требо­ ваниям .

Алгоритмы (10.6) и (10.7) решают и вопрос существования

функции . Функция J. ограничена, поэтому при ^^•(.x'-jjsO