受限非线性最优控制问题的三角正交函数求解方法

提出一种求解带有状态和控制不等式约束的非线性最优控制问题的数值求解方法。该方法通过三角正交函数对状态变量和控制变量的逼近,进而对目标函数、不等式约束和终端约束进行逼近,最终将原最优控制问题转化为非线性规划问题进行迭代求解。仿真算例结果验证了该算法的有效性。     

约束最优控制问题的磨光罚函数算法

针对约束最优控制问题,分析了已有惩罚函数算法存在的缺陷,在原惩罚函数的基础上,通过引进磨光参数,对原惩罚函数进行了光滑处理,构造了带参数的连续可微惩罚函数,将原带约束的最优控制问题转化为含参数无约束光滑的最优控制问题.利用微分方程解对参数的连续依赖性,得到了无约束条件下近似的极小值原理,提出了磨光惩罚函数算法,并证明了此算法的收敛性.该方法克服了传统简单惩罚函数不可微的缺陷,简单可行,易于实现.最后给出仿真实例验证了该方法的有效性.     

一类半方差模型的投资组合问题

把离散半方差模型投资组合问题,推广到连续时间情形.引进恰当的状态约束,将原问题转化为一个有约束的随机最优控制问题.利用经典Lagrange理论,将其进一步转化为无约束随机LQ(Linear Quadratic)最优控制问题.进而借助优化技术计算半方差模型投资组合问题的最优投资决策.     

一类具有状态约束的线性二次最优控制问题

研究具有状态积分不等式约束的线性二次控制问题，证明了最优控制的存在性和唯一性，推导出最优控制的反馈形式。     

一般混合变分不等式的新间隙函数

主要研究具有凸约束的一般混合变分不等式问题的间隙函数.首先给出间隙函数的概念,研究新间隙函数的连续性和可微性.然后利用新的间隙函数将一般混合变分不等式问题转化为具有线性近似约束的二次规划问题,并证明了目标变分不等式和具有线性近似约束的二次规划问题具有相同的解.     

带有时域硬约束的不确定系统最优保代价控制

针对带有时域硬约束的不确定系统,提出了一种最优鲁棒保代价控制方法.首先将系统中存在的时域硬约束统一由控制量和状态量的线性不等式描述,然后利用矩阵不等式方法,导出了约束鲁棒保代价状态反馈控制器存在且能保证系统一定二次性能同时满足时域硬约束的充分条件.最终最优鲁棒约束保代价控制问题可以转化为求解一个非凸的矩阵不等式优化问题,给出了该类优化问题的迭代求解步骤.在质量-弹簧-阻尼系统上的仿真应用结果表明所提方法可以在约束范围内尽可能地提高系统的鲁棒性能.     

单级轴流风机优化设计的研究

本文根据单级轴流风机的特点,提出了一种以工作轮效率最高为目标、环量梯度为控制变量、同时考虑到各种气动约束、几何约束等条件的最优控制优化模型.利用耦合罚函数方法及拉格朗日乘子方法,将有控制约束、状态约束的最优控制问题转化为无约束的最优控制问题.提出了一种无须进行两点边值迭代计算的简便方法,并用该优化方法设计了变功流型的双向轴流风机,其计算效率较常规等环量流型的要高4%左右.模型风机沿叶高气流参数的实测值与计算值吻合较好,表明本优化方法合理可行,具有较好的效果.     

Mayer型线性最优控制问题的一阶充分条件

针对目标泛函为Mayer型的最优控制问题,在目标函数为伪凸的情形下,证明了当控制系统为线性控制时最优控制的一阶充分条件,同时证明了相应的离散最优控制问题的一阶充分条件;作为应用,通过一阶最优性条件将离散最优控制问题等价地转化为有限维变分不等式问题,并利用伪单调变分不等式的算法给出最优控制的一个数值算例。     

具有年龄结构和相互作用的种群系统的Pontryagin原理（Ⅱ）：固定时间问题

作者研究了具有年龄结构和相互作用的捕食系统的最优控制问题,状态系统模型由偏微分-积分方程组描述,控制变量为个体出生率.应用Dubovitskii-Milyutin泛函分析方法,作者导出了自由终端状态、无穷时间和具有终态约束集的最优控制策略需要满足的必要条件.     

约束优化问题的序列近似方法收敛性

对抽象约束优化问题的序列近似方法的收敛性进行讨论,证明了在目标函数序列连续收敛和约束集合序列收敛的条件下,序列近似问题的全局最优值收敛到原问题的最优值.进一步,证明了在序列近似问题目标函数和约束集合具有某些单调性质的前提下,把目标函数序列连续收敛减弱到上图收敛,该结论仍然成立.最后,将这一结果用于分析互补约束优化问题的光滑化方法的收敛性中.     

广义拟向量变分不等式与拟近似解

针对含有不等式约束、等式约束的多目标优化问题,其中目标函数和约束函数都是局部Lipschitz的,提出广义Stampacchia拟向量变分不等式的定义,以此作为工具去刻画近似拟有效解或近似弱拟有效解.利用两类新定义的广义凸函数,在合适的约束品性条件下,Kuhn-Tucker向量临界点,多目标优化的解与广义Stampacchia拟向量变分不等式在弱和强形式下的解之间的关系将会得到证明.     

基于遗传算法带约束的翼伞系统归航轨迹设计

翼伞系统归航轨迹设计是一类带约束的最优控制问题,引入一种具有精英策略的遗传算法解决此类问题。为方便使用遗传算法,引入非均匀B样条曲线拟合控制律,将最优控制问题转化为B样条基函数控制顶点的参数优化问题,并针对归航终端等式约束,引入松弛因子将其转化为不等式约束,进而采用静态罚函数法处理。在2种不同初始条件下的归一化模型中进行仿真,并针对实际工程中着陆精度要求设定3种不同的松弛因子。仿真结果表明:使用本文的方法解算出的归航轨迹及其控制信息合理,是符合工程实际需求的一种有效方法。     

反周期发展变分不等式系统的最优控制

首先讨论Hilbert空间中发展变分不等式反周期解的存在性,进而给出对应最优控制存在的充分条件.最后,将理论结果应用到非线性偏微分方程及相应的最优控制问题中.     

一类多项式系统的事件触发最优控制

该文研究了一类输入仿射多项式系统在事件触发控制下的最优控制问题。首先,基于状态依赖模型和哈密顿-雅克比不等式,将原系统最优控制问题转化为求解一个状态依赖线性矩阵不等式问题。其次,基于Lyapunov函数和事件触发控制策略,并运用平方和算法,得到了该问题的一组可行解并给出控制增益表达式。最后,通过数值仿真验证了所得结果的有效性。     

基于同伦方法的跳跃式再入轨迹优化

采用间接法,以总气动热载荷最小为优化目标,对Apollo型飞行器的月球返回再入轨迹进行优化,同时考虑关于热流密度的二阶状态变量约束. 为了克服基于解决多点边值问题的打靶算法的收敛域小,难以猜测初值以及需预先知道约束结构的难点,提出一种结合自动判断约束结构和初始化对应打靶方程技术的同伦方法. 将一个较简单的无状态约束最优控制问题逐渐过渡到需解决有约束的最优控制问题以完成轨迹优化求解. 数值算例表明,使用该同伦方法可以有效地满足月球返回飞行器最优初始再入段的状态变量约束.      

单调算子的非线性最优控制

讨论状态空间变量满足非线性单调变分不等式的非线性最优控制问题解存在的充分条件和必要条件．特别是，得到了非线性单调变分不等式解存在的充分必要条件，并证明了控制变量为向量函数的最优控制问题解的存在性．     

带有终端约束的线性二次最优控制问题

主要研究了带有终端约束的线性二次最优控制问题的可解性.首先,借助Riccati方程给出了最优控制的状态反馈形式;其次,基于状态反馈表示提出了最优状态和最优控制的计算方法;最后,通过数值算例验证了数值算法的有效性,并且展示了该算法的一阶收敛速度.     

倒向微分方程在一类奇异最优控制中的应用

利用Krotov方法把一类奇异最优控制问题转化为一族球约束的全局优化问题,然后引入一族初值连续依赖于时间参量的倒向微分方程,给出相应的全局优化问题的解析解,用以构造最优控制的解析表达式.     

具有状态积分约束的线性二次控制问题

研究具有状态积分不等式约束的线性二次控制问题。在一定条件下，证明了最优控制的存在性和唯一性，推导优控制的反馈形式。最优反馈控制依赖于两个Ｒｉｃｃａｔｉ微分方程的解和一个参数。     

时间最优控制的一种算法

本文提出了对于控制作用和状态均受约束的多入多出线性系统的求解时间最优控制问题的算法。在离散数学模型的基础上,首先应用求解线性规划问题的有界变量单纯形方法求出满足控制约束的控制序列,然后再利用割平面方法处理状态约束,以求得满足约束条件的最优控制。除时间最优外,本算法还允许提出线性形式的附加目标函数。在具有附加目标函数时为能有效地处理状态约束,推导出了有界变量对偶单纯形方法。本算法通过扩展状态或部分扩展状态,可应用于一类有状态滞后的系统。为提高计算效率和减少存储容量,采取改进了的跳步算法和压缩存储技术等措施。