Uniform optimization method for nonlinear control systems with distributed parameters

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The problem of optimization of a nonlinear controlled system with distributed parameters, and uniformly estimated target sets is reduced to controlling a linear model of the object. This linear model incorporates an additional, a priori unknown spatiotemporal disturbance that compensates for the influence of discrepancies between the linear and nonlinear differential operators in the corresponding initial-boundary value problems. Partial differential equations of the parabolic type describe these problems. The specific form of the disturbance’s dependence on its arguments is identified based on the initial approximation at each step of the proposed convergent iterative procedure. This procedure is based on the results obtained in the previous step from solving the linear-quadratic programming optimal control problem using the developed alternance method. This problem includes a deterministic external input and requires the intermediate computation of the controlled state function of the nonlinear object using a digital model.
It has been shown that the desired equations for the optimal regulators can be obtained from the known results of the iterative process used to find the program control. The control is represented as linear feedback algorithms based on the measured state of the object, which uses nonstationary transfer coefficients.

About the authors

Edgar Ya. Rapoport

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: edgar.rapoport@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0604-8801
SPIN-code: 3642-2773
Scopus Author ID: 7007145205
ResearcherId: D-6111-2014
http://www.mathnet.ru/person38448

Dr. Techn. Sci., Professor; Dept. of Automation and Control in Technical Systems

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya st., 244

References

  1. Vasilev F. P. Metody optimizatsii [Optimization Methods]. Moscow, Faktorial Press, 2002, 824 pp. (In Russian)
  2. Moiseev N. N. Elementy teorii optimal’nykh sistem [Elements of the Theory of Optimal Systems]. Moscow, Nauka, 1975, 526 pp. (In Russian)
  3. Afanas’ev V. N., Kolmanovsky V. B., Nosov V. R. Matematicheskaia teoriia konstruirovaniia sistem upravleniia [Mathematical Theory of Control Systems Design]. Moscow, Vyssh. shk., 1998, 574 с. (In Russian)
  4. Tyatyushkin A. N. Mnogometodnaia tekhnologiia optimizatsii upravliaemykh sistem [Multimethod Technology for Optimization of Control Systems]. Novosibirsk, Nauka, 2006, 343 pp. (In Russian). EDN: QJQNJV
  5. Butkovsky A. G. Metody upravleniia sistemami s raspredelennymi parametrami [Methods of Control by Systems with Distributed Parameters]. Moscow, Nauka, 1975, 564 pp. (In Russian)
  6. Fedorenko R. P. Priblizhennoe reshenie zadach optimal’nogo upravleniia [Approximate Solution of Optimal Control Problems]. Moscow, Nauka, 1978, 488 pp. (In Russian)
  7. Rapoport E. Ya. Optimal’noe upravlenie sistemami s raspredelennymi parametrami [Optimal Control of Systems with Distributed Parameters]. Moscow, Vyssh. shk., 2009, 677 pp. (In Russian). EDN: QMTFRZ
  8. Rapoport E. Ya. Al’ternansnyi metod v prikladnykh zadachakh optimizatsii [Alternance Method in Applied Optimization Problems]. Moscow, Nauka, 2000, 336 pp. (In Russian). EDN: TTRVMB
  9. Rapoport E. Ya., Pleshivceva Yu. E. Metody polubeskonechnoi optimizatsii v prikladnykh zadachakh upravleniia sistemami s raspredelennymi parametrami [Methods of Semi-Infinite Optimization in Applied Problems of Control of Systems with Distributed Parameters]. Moscow, Nauka, 2021, 286 pp. (In Russian). EDN: QADDYA
  10. Rapoport E. Ya. Analytical construction of aggregated controllers in systems with distributed parameters, J. Comput. Syst. Sci. Int., 2012, vol. 51, no. 3, pp. 375–390. EDN: RGNSPF. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064230712020104.
  11. Ladyzhenskaya O. A. Kraevye zadachi matematicheskoi fiziki [Boundary Value Problems of Mathematical Physics]. Moscow, Nauka, 1973, 407 pp. (In Russian)
  12. Vladimirov V. S. Uravneniia matematicheskoi fiziki [Equations of Mathematical Physics]. Moscow, Nauka, 1981, 512 pp. (In Russian)
  13. Egorov A. I., Znamenskaya L. N. Vvedenie v teoriiu upravleniia sistemami s raspredelennymi parametrami [Introduction to the Theory of Control Systems with Distributed Parameters]. St. Petersburg, Lan’, 2017, 292 pp. (In Russian). EDN: ZBUMBZ
  14. Polyanin A. D. Spravochnik po lineinym uravneniiam matematicheskoi fiziki [Handbook of Linear Equations of Mathematical Physics]. Moscow, Fizmatlit, 2001, 576 pp. (In Russian). EDN: MVANPN
  15. Rapoport E. Ya. Analytical design of the optimal controllers in linear-quadratic problems of controlling systems with distributed parameters under uniform estimates of target sets, J. Comput. Syst. Sci. Int., 2021, vol. 60, no. 3, pp. 364–378. EDN: BBXAQM. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064230721030138.
  16. Koshliakov N. S., Gliner E. B., Smirnov M. M. Uravneniia v chastnykh proizvodnykh matematicheskoi fiziki [Partial Differential Equations of Mathematical Physics]. Moscow, Vyssh. shk., 1970, 712 pp. (In Russian)
  17. Rapoport E. Ya. Strukturnoe modelirovanie ob"ektov i sistem upravleniia s raspredelennymi parametrami [Structural Modeling of Objects and Control Systems with Distributed Parameters]. Moscow, Vyssh. shk., 2003, 302 pp. (In Russian). EDN: QMMNDD
  18. Valeev G. K., Zhautykov O. A. Beskonechnye sistemy differentsial’nykh uravnenii [Infinite Systems of Differential Equations]. Alma-Ata, Nauka, 1974, 415 pp. (In Russian)
  19. Persidsky K. P. On the stability of solutions of a countable system of differential equations, Izv. AN KazSSR. Ser. Mat. Mekh., 1948, no. 2, pp. 2–35 (In Russian).
  20. Koval’ V. A. Spektral’nyi metod analiza i sinteza raspredelennykh upravliaemykh sistem [Spectral Method of Analysis and Synthesis of Distributed Control Systems]. Saratov, Saratov State Techn. Univ., 1997, 192 pp. (In Russian)
  21. Egorov Yu. V. Necessary conditions for optimal control in Banach spaces, Mat. Sb. (N.S.), 1964, vol. 64(106), no. 1, pp. 79–101 (In Russian).
  22. Rapoport E. Ya. Uniform optimization of controlled systems with distributed parameters, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2022, vol. 26, no. 3, pp. 419–445 (In Russian). EDN: WJCOQD. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1943.
  23. Pleshivtseva Yu. E., Rapoport E. Yu. Spatiotemporal control of systems with distributed parameters in linear-quadratic optimization problems with uniform estimates of target sets, J. Comput. Syst. Sci. Int., 2022, vol. 61, no. 4, pp. 523–538. DOI: https://doi.org/10.1134/S106423072203011X.
  24. Pleshivtseva Yu. E., Rapoport E. Ya. The successive parameterization method of control actions in boundary value optimal control problems for distributed parameter systems, J. Comput. Syst. Sci. Int., 2009, vol. 48, no. 3, pp. 351–362. EDN: LLQZJH. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064230709030034.
  25. Rapoport E. Ya. Analiz i sintez sistem avtomaticheskogo upravleniia s raspredelennymi parametrami [Analysis and Synthesis of Automatic Control Systems with Distributed Parameters]. Moscow, Vyssh. shk., 2005, 292 pp. (In Russian). EDN: QMOYRB
  26. Kudryavtsev L. D. Kurs matematicheskogo analiza [Course ofMathematical Analysis], vol. 1. Moscow, Vyssh. shk., 1988, 712 pp. (In Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Authors; Samara State Technical University (Compilation, Design, and Layout)

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».