最优控制理论及应用解析
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Optimal Control Theory & its Application
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2)在多级决策过程中,每一级的输出状态都仅与该级的“决策 ”及该级的输入状态有关,而与其前面各级的“决策”及状态的转移规 律无关。这种特有性质,称为无后效性。
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解法二:动态规划法,从终点开始,按时间最短为目标,逐段向前逆推, 依次计算出各站至终点站的时间最优值,据此决策出每一站的最 优路线。
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第4章 动态规划
求解动态最优化问题的两种基本方法:极小值原理和动态规划。 动态规划:是一种分级最优化方法,其连续形式与极小值原理相 辅相成,深化了最优控制的研究。 在二十世纪50年代,贝尔曼在研究多阶决策问题时提出了动态规 划法。 离散系统的最优控制问题可以看做一个多阶决策问题,因此可用 动态规划求解。 动态规划的主导思想简单,可以方便地将一个复杂的多阶决策问 题化为一系列的一阶决策问题,使问题得到简化,可以顺序求解 ,从而它已成为解多阶决策问题的一种有效方法。 动态规划已被广泛应用于解很多技术领域的动态最优化问题,如 生产管理问题,资源分配问题,设备更新问题,多级工艺设备的 优化设计问题和工程控制问题等。
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主要内容
1 2 多级决策过程和最优性原理 离散控制系统的动态规划 连续控制系统的动态规划
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2.最优性原理 若一N级决策是最优的,则以第K级(K<=N)决策所形成的 状态为初态的任何一个N-K级的子决策也必然是最优的。
表明: 不论初始状态和初始决策如何,其余的后级决策(或控制)
对于初始决策所形成的状态来说,必定也是一个最优策略。
特点:1)将一个多阶段决策问题化为多个单阶段决策问题,易于分析
2)每阶段评估只与前一阶段结果有关,计算量减小
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4.2 离散控制系统的动态规划
离散控制系统最优控制问题的提法: 离散控制系统的状态方程为
N 1
使系统从起点转移终端时,目标函数取极小值
4.1 多级决策过程及最优性原理
1.多级决策过程 所谓多级决策过程,是指将一个过程按时间或空间顺序分为若干 级(步),然后给每一级(步)作出“决策”(在控制过程中令每走一步所 要决定的控制步骤称之为决策),以使整个过程取得最优的效果,即多 次的决策最终要构成一个总的最优控制策略(最优控制方案)。
说明:1)全部“决策”总体,成为“策略”。
3
4
动态规划与变分法、极小值原理的关系
5
本章小结
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以最短旅程问题为例,说明多级决策过程及动态规划的特点。
需确定一条最优的汽车行驶路线,使从S站到F站的行车时间为最短。 解法一:穷举法,列出所有可能的组合方案,找出时间最短的一个 可能的行车线路共有:2*2*2=8 (每阶段有两种可能) 缺点:计算量大,容易出错。
x(k 1) f [ x(k ), u(k ), k ]
给定端点约束条件为
(4 1)
x(0) x0 x( N ) x N (4 2)
(k 0,1,2,...,N 1)
寻求最优控制序列 {u* (k )}
u(k ) U
(k 0,1,2,...,N 1) (4 3)