Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»

Σχετικά έγγραφα
Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: Ευρεση Νόμου Ελέγχου

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (

Το Πρόβλημα Ελευθέρων Αρχικών & Τελικών: Χρόνου & Οριακών Συνθηκών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Συστήματα Ελέγχου με Μικροϋπολογιστές (h9p://courseware.mech.ntua.gr/ml23259/)

Βέλτιστος Έλεγχος μέσω Λογισμού των. Μεταβολών ( )

Συστήματα Ελέγχου με Μικροϋπολογιστές (h9p://courseware.mech.ntua.gr/ml23259/)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Εισαγωγή στο Λογισμό των Μεταβολών : Βελτιστοποίηση σε Πεπερασμένες Διαστάσεις

2. Ανάλυση Γραμμικών Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων (ΓΧΑΣ) Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 1

Εισαγωγή στο Λογισμό των Μεταβολών : Βελτιστοποίηση σε Πεπερασμένες Διαστάσεις & Ισοτικοί Περιορισμοί

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Ενότητα 11: Βέλτιστος Έλεγχος με φραγμένη είσοδο - Αρχή ελαχίστου του Pontryagin. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Ενότητα 10: Γραμμικό Τετραγωνικό Πρόβλημα. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Ενότητα 8: Συναρτησιακά καμπύλων οι οποίες υπόκεινται σε δεσμούς. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Γεωµετρικη Θεωρια Ελεγχου

Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές

Ακρότατα υπό συνθήκη και οι πολλαπλασιαστές του Lagrange

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Διδάσκων:

min f(x) x R n b j - g j (x) = s j - b j = 0 g j (x) + s j = 0 - b j ) min L(x, s, λ) x R n λ, s R m L x i = 1, 2,, n (1) m L(x, s, λ) = f(x) +

Ενότητα 2: Εισαγωγή στη Θεωρία Βέλτιστου Ελέγχου. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Θεωρία Βέλτιστου Ελέγχου Ασκήσεις

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Γεωµετρικη Θεωρια Ελεγχου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 8

Εφαρμοσμένη Βελτιστοποίηση

ΜΟΝΤΕΡΝΑ ΘΕΩΡΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΙΙ Τμήμα Μαθηματικών - Τομέας Υπολογιστών & Αριθμητικής Ανάλυσης Εξετάσεις Σεπτεμβρίου 2016

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (

Ενότητα 5: Ακρότατα συναρτησιακών μιας συνάρτησης. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Μηχανική ΙI. Μετασχηµατισµοί Legendre. της : (η γραφική της παράσταση δίνεται στο ακόλουθο σχήµα). Εάν

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ. Άσκηση. γραμμάτων του επιθέτου σας (π.χ. για το επίθετο Κοσματόπουλος, οι αριθμοί α ι θα είναι a

Ανάλυση Σ.Α.Ε στο χώρο κατάστασης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB- SIMULINK

A = x x 1 + 2x 2 + 4

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΑΖΑΣ-ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ-ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑ

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΥ ΛΟΓΙΣΜΟΥ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΠΟΛΛΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ 15

( ) Κλίση και επιφάνειες στάθµης µιας συνάρτησης. x + y + z = κ ορίζει την επιφάνεια µιας σφαίρας κέντρου ( ) κ > τότε η

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Μοντελοποίηση προβληµάτων

3. ΕΠΙΛΥΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΜΗΚΩΝ

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: ιανυσµατικοί χώροι. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 13

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ, Διαλ. 2. Ανωτάτη Σχολή Παιδαγωγικής και Τεχνολογικής Εκπαίδευσης 8/4/2017

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΑΠΟΚΡΙΣΕΩΝ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΙΚΤΥΑ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Γραµµικη Αλγεβρα Ι Επιλυση Επιλεγµενων Ασκησεων Φυλλαδιου 4

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: Γραµµικές απεικονίσεις. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 3 : ιανυσµατικοί Χώροι και Υπόχωροι. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Δυναµική των Ροµποτικών Βραχιόνων. Κ. Κυριακόπουλος

(f,g) f(x,y,v, w) = xy v= 0 x (v,y) = = = = = 3. g(x,y,v,w) = x+ 2y w= 0. (x,y) g g 1 2. Λύση 2. Με πλεγμένη παραγώγιση ως προς v, με σταθερό w :

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

p& i m p mi i m Με τη ίδια λογική όπως αυτή που αναπτύχθηκε προηγουµένως καταλήγουµε στην έκφραση της κινητικής ενέργειας του ρότορα i,

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

9. ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ. Εξετάζουµε διάφορα µοντέλα ελέγχου αλληλεπίδρασης του βραχίονα µε το περιβάλλον.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

1. Ολικά και τοπικά ακρότατα. 2. Εσωτερικά και συνοριακά ακρότατα

Οι πράξεις που χρειάζονται για την επίλυση αυτών των προβληµάτων (αφού είναι απλές) µπορούν να τεθούν σε µια σειρά και πάρουν µια αλγοριθµική µορφή.

Το θεώρηµα πεπλεγµένων συναρτήσεων

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

Κεφάλαιο 5 Ευστάθεια Ελεγξιµότητα - Παρατηρησιµότητα

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 2

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: Εισαγωγικές Εννοιες. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Μηχανική ΙI. Λογισµός των µεταβολών. Τµήµα Π. Ιωάννου & Θ. Αποστολάτου 2/2000

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΕΠΙΛΥΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ.Ε. ΜΕ ΚΡΟΥΣΤΙΚΕΣ ΙΕΓΕΡΣΕΙΣ

ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΑΖΑΣ-ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ-ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑ

MEΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΜΟΡΦΗΣ Y= g( X1, X2,..., Xn)

Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

6. ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

Κανόνες παραγώγισης ( )

Αριθµητική Ανάλυση. Ενότητα 5 Προσέγγιση Συναρτήσεων. Ν. Μ. Μισυρλής. Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών,

Διαφορικές Εξισώσεις.

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Φίλτρο Kalman

Transcript:

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας» Σε πολλές εφαρµογές, τόσο της αεροδιαστηµικής όσο και άλλων µορφών της τεχνολογίας µεταφορών κλπ, η βελτιστοποίηση επικεντρώνεται στο ζήτηµα της ενέργειας κατά την επίτευξη δράσεων ενός συστήµατος. Έτσι, θεωρούµε : διάταξη που περιγράφεται από ένα ΓΧΑΣ: = + xt! Axt But λειτουργικές προδιαγραφές που απαιτούν δεδοµένες αρχική & τελική κατάσταση όπως και χρόνο: δείκτη λειτουργικής απόδωσης που αφορά «ενέργεια»: xt = x xt = x 0 0 f f t f 1 2 J = u( t) dt 2 t 0 Αρα ζητείται η σύνθετη διανυσµατική συνάρτηση : zt = x t u t... της οποίας τα 2 τµήµατα ΔΕΝ είναι ανεξάρτητα ΑΛΛΑ αλληλοεξαρτώνται µέσω της ΔΕ του συστήµατος, η οποία λαµβάνεται ως ισοτικός περιορισµός: Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 65

Για να εφαρµοσθεί η προηγηθείσα ανάλυση, πρέπει να θεωρήσουµε την «αποδεκτή διεύθυνση µεταβολής» κατ αντιστοιχία προς τη συνάρτηση Επειδή συνάγεται ότι: Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»: ( t0) = ( tf ) = ( t0) ( tf ) ξ ξ 0, µ, µ : ελεύθερα t = ( t) ( t) υ ξ µ zt = x t u t ( 0) 0 ( 0), ( 0) ( 0) 0 ( 0) ( 0), = + υ = + µ f = f f, ( f ) + υ ( f ) = f ( f ) + µ ( f ) zt x u t zt t x u t t zt x u t zt t x u t t Εισάγοντας τον πολλαπλασιαστή Lagrange λ( t) = λ1 ( t)! λn ( t) ο επαυξηµένος ΔΛΑ είναι Η Δ.Ε. της Δυναμικής του Συστήματος ως Ισοτικός Περιορισμός Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 66

Για να εξετάσουµε την κυρτότητά του ΔΛΑ!J z, θεωρούµε την µεταβολή Gateaux υπενθυµίζοντας οτι δ!j ( z;υ ) = J! ( z + ε υ) ε ε=0 Οπότε επειδή Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας» : Τ Τ Τ Τ Τ Τ Τ Τ Τ Η µεταβολή Gateaux είναι Θα χρησιμοποιηθούν παρακάτω Οπότε J! ( z):κυρτή Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 67

Από προηγουµένως Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας» : Η ισότητα ισχύει για µ(t) = 0, δηλαδή µόνο γιά την κλάση «αποδεκτών διευθύνσεων µεταβολής» του τύπου Δεν ισχύει δηλαδη για κάθε «αποδεκτή διεύθυνση µεταβολής» Άρα η J! z ΔΕΝ είναι αυστηρά κυρτή???? Έστω zt, υ t = ξ t 0. Για να είναι η υ(t) «αποδεκτή διεύθυνση µεταβολής» πρέπει: ξ. t0 = ξ t f = 0 για να ικανοποιούνται οι αρχικές & τελικές συνθήκες: zt., zt+υ t Ικανοποιούνται οι ισοτικοί περιορισµοί: = 0 ( ) 0 ξ t = e ξ t0 ξ t 0 t t0, t f Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 68 At t

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας» : Άρα αν η z*(t) ίκανοποιεί δj! z; υ = 0 την γιά όλες τις «αποδεκτές κατευθύνσεις µεταβολής» υ(t), και τον ισοτικό περιορισµό = 0 τότε η z * (t) = [ x * (t) u * (t) ] ελαχιστοποιεί τον ΔΛΑ J(z) επι όλου του συνόλου των «ποδεκτών συνρτήσεων» z(t), αυτών δηλαδή που ικανοποιούν τις οριακές συνθήκες: xt = x xt = x, και 0 0 f f Την ΔΕ του συστήµατος (ισοτικός περιορισµός): = + xt! Axt But 1 2 Εν προκειµένω, δεδοµένου ότι ο ΔΛΑ είναι J( u) =, τότε 2 u t dt u * t (t) είναι η λύση ελάχιστης ενέργειας, και 0 x * (t) είναι η αντίστοιχη (βέλτιστη) πορεία του συστήµατος από το x 0 στο x f. t f Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 69

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»: Ευρεση Νόμου Ελέγχου Για την ανεύρεση της µορφής των λύσεων στρεφόµαστε προς τις αναγκαίες συνθήκες, αρχικά στις Εξισώσεις Euler-Lagrange:! f d! f Τ Τ Τ Τ Τ = 0 t t0, t f z dt z " z= z Τ Τ Τ Τ Τ Τ Δομή Βέλτιστης Συνάρτησης Ελέγχου Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 70

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας» : Ευρεση Νόμου Ελέγχου Θεωρούµε την Δ.Ε. Εξίσωση του συστήµατος και τη λύση της: = + xt! Axt But Αν ληφθεί υπόψη η µορφή της βέλτιστης εισόδου: Αν «θυµηθούµε» την Controllability Grammian η οποία, επειδή το σύστηµα είναι πλήρως ελέγξιµο, είναι αντιστρέψιµη γιά t f > t 0 τότε Αυτό µαζι µε την Συνάρτηση Βέλτιστου Ελέγχου (ανοικτού βρόχου) Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 71

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας» : Ευρεση Νόμου Ελέγχου Τέλος, θεωρούµε από τις αναγκαίες συνθήκες, τις οριακές συνθήκες (transversality conditions):! f! f υ υ = 0 z" z " z= z, t z= z, t Παρατηρείστε ότι τα, 0 f είναι καθορισµένα και τα ελεύθερα, που οδηγεί στις f xt xt ut, 0 ut ( f ) 0 Αυτές ισχύουν πάντοτε όµως γιατί η ΔΕΝ εξαρτάται από το. u! Παρατηρούµε επίσης ότι η τιµή του βελτιστου ΔΛΑ είναι: u ( t) u( t) = = Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 72

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»: Παράδειγμα Αναζητώντας την λύση ελάχιστης ενέργειας, αρχικά θεωρούµε τον πίνακα µεταβατικής απόκρίσης: Η Controllability Grammian είναι Ο έλεγχος ελάχιστης ενέργειας είναι Δηλαδή = ( ) At ( τ ) ( τ) At t0 x t = e x + e Bu d 0 t t 0 τ Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 73

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»: Παράδειγμα = 4 6 u t t 2 x2 t = 3t + 4t 3 2 = + x t t t 1 2 Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 74

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής Σε πολλές εφαρµογές επιθυµούµε η βελτιστοποίηση να περιλαµβάνει : Στο Δείκτη Λειτουργικής Απόδωσης (ΔΛΑ) την ενέργεια (όπως και προηγουµένως) και µία µορφή «επιβάρυνσης» µεγάλων καταστάσεων, επιζητώντας την «σταθεροποίηση» του συστήµατος. Μια µορφή επιβάρυνσης της τελική κατάστασης, που δεν απαιτείται να είναι δεδοµένη αλλά απλά επιβαρύνεται το «µέγεθός» της. Έτσι οδηγούµαστε στο γνωστό πρόβληµα του Γραµµικού Τετραγωνικού Ρυθµιστή (Linear Quadratic Regulator LQR) θεωρόντας: Διάταξη που περιγράφεται από ένα ΓΧΑΣ: xt! = Axt+ But Δείκτη Λειτουργικής Απόδωσης: t f 1 1 J( u) = x ( tf ) S x( tf ) + 2 2 x t Q x t + u t R u t dt t0 Q= Q 0, R= R > 0, S = S 0 Λειτουργικές προδιαγραφές που απαιτούν δεδοµένη αρχική κατάσταση: xt = x 0 0 Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 75

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: Η ανάλυση ξεκινάει µε τη θεώριση µιάς νέας συνάρτησης, της Χαµιλτονιανής (Hamiltonian Function) : (,, ) = (,, ) + λ ( + ) htxu f txu t Ax Bu Υπενθυµίζοντας (από sl. 53) ότι η επαυξηµένη συνάρτηση ολοκλήρωσης είναι!f t, x,u = 0 = f ( t, x,u) + λ G( t, x,u) µε G t, x,u τον ισοτικό περιορισµό, δηλαδή G( t, x,u) = 0 = A x + B u!x Κατα συνέπεια, η επαυξηµένη συνάρτηση ολοκλήρωσης µπορεί να γραφεί ως Ειδικά για την περιπτωση του LQR, δεδοµένου ότι η Χαµιλτονιανή γίνεται: f ( t, x,u) = 1 ( 2 x Qx + u Ru) Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 76

Δεδοµένου ότι Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: και Για να εξετάσουµε την κυρτότητα του ΔΛΑ!J ( z), πρέπει: Να ορίσουµε το σύνθετο διάνυσµα απόφασης zt = x t u t, και να θεωρήσουµε τη µεταβολής Gateaux δj! ( z; υ) του ΔΛΑ, επί του z(t) ως προς την «κατεύθυνση» υ(t) C 1 [t 0, t f ] δηλαδή Οπότε χρειαζόµαστε τα δ! J z;υ = ε! J z + ε υ ε=0 Τ Τ Τ Τ Τ Τ Τ Τ Τ Θα χρησιμοποιηθούν & παρακάτω Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 77

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: Εποµένως, θεωροντας την «αποδεκτή διεύθυνση µεταβολής» C 1 [t 0, t f ], η µεταβολή Gateaux είναι t ( t) ( t) υ = ξ µ = Οπότε + - = Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 78

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: Από προηγουµένως Εποµένως: Η J! ( z) είναι (προς το παρόν, απλα) κυρτή, και Ισότητα ισχύει όταν και µόνο όταν t [t 0, t f ] Από τον ορισµό του προβλήµατος... Q= Q 0, R= R > 0, S = S 0 0 µ t 0 t t, t f ξ ( t) Προφανώς δεν µπορούµε να βγάλουµε παρόµοιο συµπέρασµα για το οπότε ισότητα ισχύει για οιαδήποτε «κατεύθυνση» υ( t) = 0 ξ t που ικανοποιεί τις ξ ( t) Q ξ( t) = 0 t t0, t f, ξ ( tf ) S ξ( tf ) = 0. Εποµένως δεν έχει αποδειχθεί (ακόµη) η αυστηρή κυρτότητα της J! z... Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 79

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: H προηγηθείσα ανάλυση, Εµπεριέχει την «αποδεκτή διεύθυνση µεταβολής» υ t = ξ t µ t για την οποία µόλις αποδείξαµε ότι πρέπει: µ ( t) 0 t t0, t f υ( t) = ξ ( t) 0 κατ αντιστοιχία προς τη συνάρτηση απόφασης zt = x( t) u( t) Επειδή =, + υ = + µ zt 0 x0 u t 0 zt0 t 0 x0 u t0 t 0 Προφανώς ξ ( t 0 ) = 0 Τα zt, zt+ υ t ικανοποιούν την = 0 = Υπενθυµίζεται ότι ( ) 0 ξ t = e ξ t0 ξ t 0 t t0, t f Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 80 At t

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: Άρα αν η z*(t) ίκανοποιεί την δj! ( z; υ ) = 0 γιά όλες τις «αποδεκτές κατευθύνσεις µεταβολής» υ(t), και τον ισοτικό περιορισµό = 0 τότε η z * (t) = [ x * (t) u * (t) ] ελαχιστοποιεί την J(z) επι όλου του συνόλου των «αποδεκτών συναρτήσεν» z(t), αυτών δηλαδή που ικανοποιούν την οριακή συνθήκη: xt ( 0) = x0 και την ΔΕ του συστήµατος (ισοτικός περιορισµός): xt! = Axt+ But Εν προκειµένω η u * (t) είναι η λύση του LQR, δηλ ελαχιστοποιεί τον ΔΛΑ η x * (t) είναι η αντίστοιχη (βέλτιστη) πορεία του συστήµατος που ξεκινάει από το xt = x 0 0 Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 81