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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 90

Скачиваний: 0

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

152

к %

 

 

 

t=/

г-,

и

 

3/

(V=

О

при Т

tffaXeJ.

 

Подчеркнем,

что в функцию / /

входят

лишь регулярные слагаемые

Joj и j ^ j

- , содержащие переменные первой группы.

Верхняя

грань

функционала I в

задаче ( 1 ч л ) , ( 1 4 . 6 ) совпадает с

величиной

функционала

на оптимальном

решении расширенной

задачи. Поэтому, из условия оптимальности расширенной задачи сле­

дует условие

оптимальности для задачи

(14.1),(14.6).

 

 

Теорема 14.1

; Если J(* (£j

,

U*(4/

 

решение

исходной

зада­

чи, то существуют такие функции ^

О

 

 

,

и1 =1,2..

не равные нулю одновременно,-и обращающиеся в нуль за проделали

отрезка /"т.

Тг7

, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т. %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!>=•/

%

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Функция

 

 

 

 

т it

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

достигает своей

верхней

грани

по

Vt,

для почти всех

 

Условие (14.11)

эквивалентно требованию

^ ^ ( /

^ '

 

 

 

Ниже мы будем

рассматривать

неособыи

случай, когда

 

 

I . этот множитель

можно положить равным

единице. Выражения,

фигури-

1 руящие в необходимых условиях

опвимальнс-зти, можно

записать

более

компактно„введя

обозначение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ Каждой ввязи

в подинтегральном

выражении

£

функционала Лагран- ,

жа / ^ с о о т в е т с т в у е т слагаемое

£се

» а

сам функционал

имеет вид

I


Замечание

I . В форме,

аналогичной

(14.6j,

могут быть записаны и

ограничения типа

неравенств

 

(TJ^О

,'Каждому такому

условию

соответствует

слагаемое

£?cgo t в

 

котором

причем

 

Замечание

2.

Функции

Л

и Ло

 

могут содержать параметр <Я ,

не зависящий

и

^

и подлежащий

 

выоору. Условия оптимальности

(14.10,), (14. I I )

в

этом

случае

нужно дополнить условием

 

 

 

 

 

с?*2-

~ Q

 

 

 

(14.14)

где

- допустимая вариация

параметра. В тех случаях,

когда

множество

допустимых

значений

О.

открытое, а пределы интегриро­

вания в fS

от

О.

не

зависят,

 

условие

(14.14) примет вид

 

 

г ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

Замечание 3. Вариация функционала I при изменении верхнего преде­

ла интегрирования Т на оптимальном решении.

 

Функция

X?

при условиях

(14.10) не изменяется

при вариациях

переменных

второй группы JC

. Разобьем ее на два слагаемых

@ = /Зт + @£

, так что

зависит только от У

. Так как на

множестве

решений, удовлетворяющих уравнениям связей J~-=jS ,то

при U = u

J/ - У

{<**4J

 

/ / 3 / £ ч>#т с/у ^ -13

}<у?



140

Интеграл от двух последних слагаемых равен нулю в силу (,14.10). Ввиду этого получим вариацию максимизируемого функционала при изме нении верхнего предела, вычисленную вдоль оптимальной траектории

форма (14.6) оказывается достаточно универсальной. Различные ус ­ ловия с использованием обобщенных.функций могут быть записаны в этой форме. Прежде,чем перейти к процедуре записи наиболее распро* траненных условий в форме (14.6) и определению соответсвующих им слагаемых ^?cf , остановимся на некоторых понятиях из теории обобщенных функций.

14.3? Некоторые свойства обобщенных функций При решении целого ряда технических задач приходится иметь

дело с разрывными функциями, а известной мере такие функции явля­ ются идеализацией реальности, однако,для многих случаев вполне правомерны. Но при проведении операций с разрывными функциями, включающими дифференцирование, мы сталкиваемся с тем фактом, что производная в обычном смысле в точке разрыва не существует, между жен, если рассматривать разрывную функцию как предел последова­ тельности непрерывных бесконечно дифференцируемых функций, то последовательность их производных тоже имеет смысл.

Естественно считать, что предел этой последовательности опреде­ ляет производную разрывной функции.

Такая производная уже не будет являться обычной функцией.

функции, которые наряду с непрерывными и разрывными составляющими цогут содержать и их производные, называют обобщенными. Теория

Обобщенных функций изложена

в

2 5

и др.

J

. Здесь огра­

ничимся

лишь краткими

сведениями,

используемыми в

дальнейшем.

S

- функция- и ее

свойства

 

 

 

 

Функцию единичного

скачка

или функцию Хевисайда

(рис.14.1а)

можно получить как предел последовательности непрерывных дифферен­ цируемых функций. Например,

'jj ex. •З' 5Г

4 '

( 1 4 Л 6 )

Могут быть и другие последовательности, имеющие то* же предел. Про­ дифференцируем по ~h выражение, стоящее в круглых скобках,в правой части (14.16). Производная $>л№) этого выражения при различ­ ных Ы изображена на рис.14.ip.

площадь

втой производной,

вычисленная

в пределах

от - =—=> до

£>-=>

, равна единице для

любого

. Предел

последовательности

функций, первообразные которых образуют последовательность, сходя­

щуюся к

К . (х), называют

%

-

функцией или функцией Лирака и

принимают

8а производную

К ( { )

в обобщенном омыоле. ^ ( t ) отлич­

на от нуля

при всех £ ^

О,

а

её площадь равна единице, поэтому

При этом

предполагается,

что при •jr=ct

функция

J-(-j;)

непрерыв­

на.

В точках

разрыва

функцию /

(-t) можно доопределить. Конечный ин­

тервал интегрирования

{р»"^} эквивалентен умножению в (14,17) не­

прерывной

функции

J. {{)

на характеристичеокую функцию интервала

 

Ц(4),

равную

единице

внутри

и нулю вне интервала .Произведение

это

для всех

4

G

( 0 , Т ) непрерывно,

и формула

(14.17),

следо­

вательно,

верна.

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

/«г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

Производные

% -

фикции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично

S -фикции можно говорить и о ее производных или

о производных

второго, третьего и т . д . порядков единичного

скачка.

Так

как

<S -функция и определяющая

ее

последовательность

S^C-t)

четная, то последовательность первых производных

 

 

 

и

ее

предел

 

-

нечетные

функции. Л ля

дифференцируемой

функции

«=•0

 

 

 

 

 

ОСТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

^ыкцин,

имеющей

в точке

Т

налом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наконец,для функции,

имеющей

при

гг

=• Т

разрыв

первого

рода;

Гит

to

 

- m - x j u

м

 

 

-ш]

 

 

 

 

Совершенно

аналогично

можно

рассмотреть

производные

8

 

-функ­

ции

порядка выше первого.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Порядок

сингулярности обобщенной

функции

 

 

 

 

 

 

Обобщенная

функция

-f

({)

может

быть

в

окрестности

произволь­

ного

значения

4

= t

 

 

представлена

в

виде

суммы

 

 

 

 

где

С

- постоянные;

1\.

-

 

единичная

функция;

Ъ

'-

 

I

производная

% -

функции,

 

и

 

Л+

 

~ гладкие функции.

Первые два олагаемых представляют собой локально суммируемые

функции. Они ограничены по модулю,и лиоо

непрерывны при

 

 

= Т"

и имеют непрерывные производные до порядка

,

либо

имеют

разрыв

первого

рода. И в

том я

в

другом

случае

эти составляющие

 

называют

регулярными. Слагаемые, входящие под знак суммы, называются сингу­ лярными. Число этих слагаемых TY\, = называют порядком