《奇异**控制方法及其应用》共6章。
第1章是绪论。本章首先介绍了线性二次型**控制问题、线性二次型**控制问题的迭代算法、线性二次奇异**控制问题、奇异摄动方程解的渐近展开方法和线性二次随机**控制问题,其次对全局优化问题进行了概述,并在介绍过程中阐述了该书的研究思路。
第2章是线性二次奇异**控制问题的线性迭代计算方法。本章首先介绍了线性二次奇异**控制问题,并利用奇异摄动方法将线性二次奇异**控制问题转化为与之对应的线性二次型**控制问题,其次在此基础上构建了线性二次型**控制问题的线性迭代解,同时探究了迭代解的特性,最后总结了线性迭代算法,并给出了近似解的精度估计。
第3章是线性二次奇异**控制问题的奇摄动渐近解。本章首先介绍了线性二次奇异**控制问题,并将其转化为相应的线性二次型**控制问题,将问题变换为求解相应的黎卡提矩阵微分方程,其次通过黎卡提矩阵微分方程的迭代法,再一次将问题转换为求解李雅普诺夫矩阵奇摄动微分方程,进而通过奇摄动渐近级数方法给出李雅普诺夫奇矩阵摄动微分方程的渐近解及算法,并给出李雅普诺夫矩阵奇摄动问题的渐近解及截断误差估计。
第4章是线性二次随机系统奇异**控制问题的线性迭代计算方法。本章首先介绍了线性二次随机奇异**控制问题,并将其转化为相应的线性二次随机奇异**控制问题的随机黎卡提矩阵微分方程,其次根据随机黎卡提矩阵微分方程的一些特性构造了随机黎卡提矩阵微分方程的一种线性迭代法,并通过该迭代法获得了随机系统奇异**控制问题近似**值的积分计算公式,同时给出了迭代矩阵序列的一致收敛性及收敛速度。
第5章是全局优化和奇异**控制问题。本章首先研究了一般的二阶连续可微函数的约束优化问题,其次利用奇异**控制与约束全局优化问题之间的特殊关系将约束全局优化问题转换为奇异**控制问题,最后通过研究约束集为盒子约束的特例给出全局****解的等价逼近和计算方法。
第6章是结论与展望,主要对全书的内容进行了归纳总结,并指出了有待进一步研究的问题。
该书利用MATLAB软件进行数据运算。MATLAB是美国Math Works公司出品的商业数学软件,主要用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人控制系统等领域。该软件主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境,它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C语言、FORTRAN语言)的编辑模式。MATLAB系统提供了近20类基本命令函数,该书在附录部分列出了与该书相关的常用的命令函数及相关工具箱函数。
该书可以作为应用数学和金融数学高年级本科生和研究生的补充教材,也可以作为从事应用数学、金融数学的研究人员以及实务工作人员的参考用书。
最优控制理论是现代控制理论的一个主要分支,着重研究使控制系统的性能指标实现最优化的基本条件和综合方法,近年来得到了飞速发展。1948年,诺伯特·维纳编写了《控制论:或关于动物和机器中控制与通信的科学》一书,第一次科学地提出了信息、反馈与控制的概念,为最优控制理论的诞生和发展奠定了基础。1954年,钱学森所著的《工程控制论》直接促进了最优控制理论的发展与形成。1960年,苏联数学家列夫·庞特里亚金等通过严谨的证明,证实了最优控制理论中的庞特里亚金最大值原理。自此,由他们提出的数学模型反映了现代控制技术的发展,突破了古典变分学,有效地解决了许多最优控制问题,成为经典最优控制理论的重要组成部分和控制理论发展史上的一个里程碑。20世纪50年代,美国数学家理查德·贝尔曼为了解决最优控制问题,发明了动态规划方法并在各类最优控制问题中进行了广泛的应用。与此同时,数学家鲁道夫·埃米尔·卡尔曼深入研究了线性系统在二次性能指标下的最优控制问题,并把它归结为黎卡提方程的求解问题,进而创建了最优线性调节器的调节开关工作原理。这使得线性二次型最优控制理论成为经典控制理论中最为完善的一个分支。
最优控制问题是指在给定的约束条件下寻求一个最优的控制,使得给定的系统性能指标达到极大值(或极小值)。或者说,对于一个受控的动力学系统或运动过程而言,最优控制问题是从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案,使系统的运动在由某个初始状态转移到指定目标状态的同时,其性能指标值为最优值。它反映了系统有序结构向更高水平发展的必然要求,属于最优化问题的范畴,与最优化问题有着共同的性质和理论基础。对于给定初始状态的系统,如果控制信号是时间的函数,没有系统状态反馈,则称其为开环最优控制;如果控制信号为系统状态及系统参数或其环境的函数,则称其为自适应控制。这两类问题广泛存在于技术领域和社会问题中。
然而在实践中,时间、燃料、工业领域中的最优控制问题往往会遇到奇异优化的情况,奇异最优控制问题的求解是一项困难的工作。本书吸收了最优控制理论的最新研究成果以及其他优秀奇异优化理论的成果,系统阐述了奇异最优控制问题的基本理论和方法,并对现代控制理论中涉及的二次线性奇异最优控制相关问题以及约束全局优化问题进行了探索。
第1章 绪论
1.1 线性二次型最优控制问题
1.2 线性二次型最优控制问题的迭代算法
1.3 线性二次奇异最优控制问题
1.4 奇异摄动方程解的渐近展开方法
1.5 线性二次随机最优控制问题
1.6 全局优化问题
第2章 线性二次奇异最优控制问题的线性迭代计算方法
2.1 引言
2.2 线性二次型最优控制问题的线性迭代解
2.3 线性迭代算法
2.4 例子
第3章 线性二次奇异最优控制问题的奇摄动渐近解
3.1 引言
3.2 黎卡提矩阵微分方程的迭代法
3.3 李雅普诺夫矩阵奇摄动微分方程
3.4 李雅普诺夫矩阵奇摄动问题的渐近解及截断误差估计
3.5 算法和例子
第4章 线性二次随机奇异最优控制问题的线性迭代计算方法
4.1 引言
4.2 线性二次随机奇异最优控制问题的随机黎卡提矩阵微分方程
4.3 随机黎卡提矩阵微分方程的迭代法
4.4 迭代矩阵序列的一致收敛性
4.5 随机黎卡提矩阵微分方程迭代序列的收敛速度
4.6 迭代算法和例子
第5章 全局优化和奇异最优控制问题
5.1 引言
5.2 一个全局优化问题
5.3 奇异最优控制的逼近方法
5.4 盒子约束下的最优控制问题
5.5 一些例子
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录1 MATLAB主要命令函数表
附录2 MATLAB工具箱主要命令函数表