最优控制--极大值原理(专业教学)
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最优控制——最大值原理最优控制问题是数学中的一个重要问题,研究如何在给定约束条件下使一个系统达到最优状态。
在数学的最优控制理论中,最大值原理是一种重要的工具和方法,被广泛应用于很多最优控制问题的求解中。
本文将详细介绍最优控制中的最大值原理及其应用。
最大值原理也称为哈密顿-雅可比-贝尔曼方程(hamilton-jacobi-bellman equation),它是最优控制问题的一个基本性质。
最大值原理给出了在给定约束条件下系统状态的最优演化方程。
最大值原理的基本形式是哈密顿-雅可比-贝尔曼方程。
对于一个给定的最优控制问题,假设系统的演化满足一个偏微分方程,此方程将由状态变量、控制变量、时间变量以及一个哈密顿函数构成,具体形式如下:∂V/∂t + min(u) {H(x,u,t)+ ∇V⋅f(x,u,t)} = 0其中,V(x,t)是值函数(value function),表示从状态x在时间t开始时,系统必须选择的最佳控制来最大化性能指标的期望值。
f(x,u,t)是状态方程(state equation),描述系统状态的演化。
H(x,u,t)是哈密顿函数(Hamiltonian),是一个将值函数、控制变量和状态方程综合起来的函数,它的作用是描述系统的动力学性质。
最大值原理的关键在于通过逐步迭代的方式求解值函数V(x,t),找到使系统达到最优状态的最佳控制变量。
这一过程通常称为最优控制问题的动态规划(dynamic programming)。
最大值原理的主要应用涉及很多不同领域,例如经济学、工程学、生物学等。
在经济学中,最大值原理被广泛应用于决策理论、资产定价、宏观经济模型等领域。
在工程学中,最大值原理常用于控制系统设计、路径规划、优化问题等。
在生物学中,最大值原理被用于神经科学、生态学、生物系统动力学建模等。
最大值原理的应用还包括优化问题、最短路径问题、最优控制问题、反问题等。
它不仅可以用于求解连续问题,也可以用于离散问题。
极大值原理极大值原理极大值原理 maximum principle 最优控制理论中用以确定使受控系统或运动过程的给定性能指标取极大或极小值的最优控制的主要方法。
在工程领域中很大一类最优控制问题都可采用极大值原理所提供的方法和原则来定出最优控制的规律。
在理论上极大值原理还是最优控制理论形成和发展的基础。
极大值原理是对分析力学中古典变分法的推广能用于处理由于外力源的限制而使系统的输入即控制作用有约束的问题。
极大值原理是20世纪50年代中期苏联学者Л.С.庞特里亚金提出的有关这一原理的主要结果及其严格的数学证明都发表在后来出版的《最优过程的数学理论》一书中。
我今天的讲座就是讲自动控制的发展。
从开始阶段的发生到形成一个控制理论讲整个这个进程。
我们讲自动控制就是指这样的反馈控制系统这是有一个控制器跟一个控制对象组成的把这个控制对象的输出信号把它取回来测量回来以后跟所要求的信号进行比较。
根据这误差告诉控制器这就是机器内部的工作了。
让控制器完成这个控制作用使得这个偏差消除或者说使得控制对象的输出跟踪我所需要的要求的信号。
控制对象的输出量一般来说都是一个物理量比如说我控制一个机器的转速就是需要把速度测量出来才能进行控制。
自动控制系统从一开始出现的时候大家假如接触到这门学科的话可能都知道是瓦特的离心调速器。
这是离心调速器的几种方案的示意图什么叫离心调速器呢就是有两个飞球一转起来以后因为离心力飞球就往外胀。
飞球胀开以后这个下面的套筒就往上升这个套筒在移动就带动执行机构动作这是最早的瓦特的离心调速器。
实际上这个离心调速器不是瓦特发明的一般我们叫瓦特的离心调速器它实际上不是瓦特的发明。
这是什么呢就是在那个时期大家看到风力磨坊就是相当于离心调速器的那个飞球实际上在那个时候已经有这样的调速器。
瓦特是发明了蒸汽机用了这样的一个调速器但是现在很多人都愿意把这个离心调速器挂在瓦特的名下。
所以一般的书上大家看到的是瓦特的离心调速器你要看正式的书假如材料写的确切的话只说1788年前后不确切说哪一天的年代因为不是他发明的。
极大值原理
极大值原理是微分方程理论中的一个重要概念,它在研究微分方程解的性质和行为时发挥着关键作用。
在这篇文档中,我们将详细介绍极大值原理的定义、应用和相关概念,希望能够为大家对这一理论有一个清晰的认识。
首先,我们来看一下极大值原理的定义。
极大值原理是指微分方程解在某个区域内取得极大值(或极小值)的点,要么是边界上的点,要么是解在该区域内的驻点。
这一原理为我们分析微分方程解的性质提供了重要的线索,有助于我们理解解的行为和特征。
接下来,我们将介绍极大值原理的应用。
在实际问题中,通过极大值原理可以帮助我们分析微分方程解的行为,例如确定解的稳定性、存在性和唯一性等性质。
通过对解的极值点进行分析,我们可以得到关于解的定性信息,这对于理解和预测实际问题的发展趋势具有重要意义。
除了极大值原理的基本概念和应用,我们还需要了解一些相关的概念。
例如,在具体的微分方程问题中,我们可能会遇到最大值原理、最小值原理、弱极值原理等不同形式的极值原理,它们在不同的问题中具有不同的作用和意义。
因此,我们需要对这些相关概念有一个清晰的认识,以便能够灵活运用极值原理解决具体的微分方程问题。
总之,极大值原理是微分方程理论中的重要概念,它为我们分析微分方程解的性质和行为提供了重要的线索。
通过对极大值原理的理解和运用,我们可以更好地理解微分方程解的行为,为实际问题的分析和预测提供有力的支持。
希望本文能够帮助大家对极值原理有一个清晰的认识,进一步提高对微分方程理论的理解和运用能力。