Методы оптимизации при решении уравнений

Задание №1

Определить, существует ли кривая , доставляющая функционалу экстремум и, если существует, то найти ее уравнение.

Решение: Составим уравнение Эйлера и найдём его общее решение:

Используем краевые условия:

Решаем систему уравнений и получаем:

Таким образом, экстремаль имеет уравнение вида

Так как

то функционал на прямой достигает минимума.

Задание №2

Найти, используя уравнение Эйлера-Лагранжа, оптимальное управление , минимизирующее функционал для системы, описываемой уравнениями

,

при начальных и конечных условиях соответственно:

Решение

Формируем задачу по исходным данным:

(1)

(2)

Составим функцию Лагранжа и гамильтониан:

и соответственно уравнения Эйлера-Лагранжа (здесь для Н):

(3)

(4)

Используя замену (3), подставим выражения (4) во второе уравнение динамики в (1):

и находим общее решение

(5)

Подставим его в первое уравнение (1):

и находим общее решение:

(6)

Для из (6) и из (5) используем начальные и конечные условия и получаем систему уравнений для констант С1, С2, С3, С4,:

Таким образом, решение имеет вид:

которое удовлетворяет начальным и конечным условиям.

Задание №3

Для системы, описываемой уравнениями

с заданными условиями на начальное и конечное значение координат, найти оптимальное управление , минимизирующее функционал

Решение. Формулируем задачу по исходным данным

(1)

(2)

т.е. , подвижна на правом конце, координата - свободна на правом конце,

Составим функцию Гамильтона Н (или функцию Лагранжа L)

(3)

и соответствующие уравнения Эйлера-Лагранжа:

(4)

(5)

(6)

Составим вспомогательную функцию

,

где . Таким образом:

. (7)

Поскольку и подвижны, то используем условия трансверсальности:

(8)

(9)

Так как не фиксирован момент времени , то используем условие трансверсальности

 Скачать реферат