Zero-order Approximation of Three-time Scale Singular Linear-quadratic Optimal Control Problem
https://doi.org/10.18255/1818-1015-2015-1-85-104
Abstract
This paper is devoted to the construction of a zero-order approximation of the solution of a three-time scale singular perturbed linear-quadratic optimal control problem with the help of the direct scheme method. The algorithm of the method consists in immediate substituting a postulated asymptotic expansion of solution into the problem condition and constructing a family of control problems to define the terms of the asymptotic expansion. Asymptotic approximation of the solution contains regular functions and four boundary ones of exponential type which are determined from the five linearquadratic optimal control problems. It is shown, that the system of equations for a zero-order approximation appeared from control optimality conditions of the initial perturbed problem corresponds to control optimality conditions appeared in respective five optimal control problems constructed for finding zero-order asymptotic approximation with the help of the direct scheme method. An illustrative example is given.
About the Author
M. A. KalashnikovaRussian Federation
аспирант кафедры математического анализа,
Universitetskaya pl., 1, Voronezh, 394006, Russia
References
1. Khalil H.K., Kokotovic P.V. Control of Linear Systems with Multiparameter Singular Perturbations // Automatica. 1979. V. 15, Iss. 2. P. 197–207.
2. Грибковская И.В., Калинин А.И. Асимптотическая оптимизация линейной сингулярно возмущенной системы, содержащей при производных параметры различных порядков малости // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1995. Т. 35, №9. С. 1299–1312. (English transl.: Gribkovskaya I.V., Kalinin A.I. Asymptotic optimization of a linear singularly perturbed system containing parameters of variable orders of smallness at the derivatives // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 1995. V. 35, No. 9. P. 1041–1051.)
3. Воропаева Н.В., Соболев В.А. Геометрическая декомпозиция сингулярно возмущенных систем. М.: Физматлит, 2009. (Voropaeva N.V., Sobolev V.A. Geometricheskaya dekompozitsiya singulyarno vozmushchennykh sistem. Moskva: Fizmatlit, 2009 [in Russian].)
4. Васильева А.Б., Бутузов В.Ф. Асимптотические разложения решений сингулярно возмущенных уравнений. М.: Наука, 1973. ( Vasil’eva A.B., Butuzov V.F. Asimptoticheskie razlozheniya resheniy singulyarno vozmushchennykh uravneniy. Moskva: Nauka, 1973 [in Russian].)
5. Saksena V.R., O’Reilly J., Kokotovic P.V. Singular Perturbations and Time-scale Methods in Control Theory: Survey 1976–1983 // Automatica. 1984. V. 20, No. 3. P. 273–293.
6. Дмитриев М.Г., Курина Г.А. Сингулярные возмущения в задачах управления // Автоматика и телемеханика. 2006. №1. С. 3-51.(English transl.: Dmitriev M.G., Kurina G.A. Singular perturbations in control problems // Automation and Remote Control. 2006. V. 67, Iss. 1. P. 1–43.)
7. Zhang Y., Naidu D.S., Cai C.X., Zou Y. Singular perturbations and time scales in control theories and applications: an overview 2002–2012 // Int. J. Inf. Syst. Sci. 2014. V. 9, No 1. P. 1–36.
8. Ladde G.S., Siljak D.D. Multiparameter Singular Perturbations of Linear Systems with Multiple Time Scales // Automatica. 1983. V. 19, No. 4. P. 385–394.
9. Курина Г.А. О полной управляемости разнотемповых сингулярно возмущенных систем // Математические заметки. 1992. Т. 52, Вып. 4. С. 56–61. (English transl.: Kurina G.A. Complete controllability of various-speed singularly perturbed systems // Mathematical Notes. 1992. V. 52, Iss. 4. P. 1029–1033.)
10. Данилин А.Р., Коврижных О.О. Об асимптотике решения системы линейных уравнений с двумя малыми параметрами // Дифференциальные уравнения. 2008. Т. 44, №6. С. 738–747. (English transl.: Danilin A.R., Kovrizhnykh O.O. On the Asymptotics of the Solution of a System of Linear Equations with Two Small Parameters // Differential Equations. 2008. V. 44, No. 6. P. 757–767.)
11. Wang Y.Y., Frank P.M., Wu N.E. Near-Optimal Control of Nonstandard Singularly Perturbed Systems // Automatica. 1994. V. 30, No. 2. P. 277–292.
12. Mukaidani H., Xu H., Mizukami K. New Results for near-optimal control of linear multiparameter singularly perturbed systems // Automatica. 2003. V. 39. P. 2157–2167.
13. Белокопытов С.В., Дмитриев М.Г. Решение классических задач оптимального управления с погранслоем // Автоматика и телемеханика. 1989. Вып. 7. С. 71–82. (English transl.: Belokopytov S.V., Dmitriev M.G. Solution of classical optimal control problems with a boundary layer // Automation and Remote Control. 1989. V 50, No 7. P. 907–917.)
14. Розоноэр Л.И. Принцип максимума Л.С. Понтрягина в теории оптимальных систем. I. // Автоматика и телемеханика. 1959. Т. 20, №10. C. 1320–1334. (Rozonoer L.I. Printsip maksimuma L.S. Pontryagina v teorii optimalnykh sistem. I. // Avtomatika i telemekhanika. 1959. Т. 20, No 10. S. 1320–1334 [in Russian].)
15. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1983. (English transl.: Pontryagin L.S., Boltyanskii V. G., Gamkrelidze R. V., Mishechenko E. F. The mathematical theory of optimal processes. New York, Interscience Publishers. 1962.)
Review
For citations:
Kalashnikova M.A. Zero-order Approximation of Three-time Scale Singular Linear-quadratic Optimal Control Problem. Modeling and Analysis of Information Systems. 2015;22(1):85-104. (In Russ.) https://doi.org/10.18255/1818-1015-2015-1-85-104