Asymptotics of a solution to a terminal control problem with two small parameters
- Authors: Danilin A.R.1, Kovrizhnykh O.O.1
-
Affiliations:
- N.N. Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia
- Issue: Vol 216, No 8 (2025)
- Pages: 82-111
- Section: Articles
- URL: https://journal-vniispk.ru/0368-8666/article/view/306727
- DOI: https://doi.org/10.4213/sm10072
- ID: 306727
Cite item
Abstract
An optimal control problem is considered in the class of piecewise continuous controls with smooth geometric constraints on a fixed interval of time for a linear autonomous system with two small positive independent parameters, one of which, $\varepsilon$, multiplies some derivatives in the equations of the system, while the other, $\mu$, is involved in the initial conditions. The quality functional is convex and terminal, and depends only on the values of the slow variables at the terminal instant. A limit relation as the small parameters tend independently to zero is verified for the vector describing the optimal control. Two cases are considered: the regular case, when the optimal control in the limiting problem if continuous, and the singular case, when this control has a singularity. In the regular case the solution is shown to expand in a power series in $\varepsilon$ and $]\mu$, while in the singular case the solution is asymptotically represented by an Erdelyi series — in either case the asymptotics is with respect to the standard gauge sequence $\varepsilon^k+\mu^k$, as $\varepsilon+\mu\to0$.
About the authors
Aleksei Rufimovich Danilin
N.N. Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia
Author for correspondence.
Email: dar@imm.uran.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor
Ol'ga Olegovna Kovrizhnykh
N.N. Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia
Email: koo@imm.uran.ru
Candidate of physico-mathematical sciences, no status
References
- Л. С. Понтрягин, В. Г. Болтянский, Р. В. Гамкрелидзе, Е. Ф. Мищенко, Математическая теория оптимальных процессов, Физматгиз, М., 1961, 391 с.
- Н. Н. Красовский, Теория управления движением. Линейные системы, Наука, М., 1968, 475 с.
- Э. Б. Ли, Л. Маркус, Основы теории оптимального управления, Наука, М., 1972, 574 с.
- А. Р. Данилин, А. М. Ильин, “Асимптотика решения задачи о быстродействии при возмущении начальных условий”, Изв. РАН. Сер. тех. кибернет., 1994, № 3, 96–103
- А. Р. Данилин, А. М. Ильин, “О структуре решения одной возмущенной задачи быстродействия”, Фундамент. и прикл. матем., 4:3 (1998), 905–926
- М. Г. Дмитриев, Г. А. Курина, “Сингулярные возмущения в задачах управления”, Автомат. и телемех., 2006, № 1, 3–51
- Г. А. Курина, М. А. Калашникова, “Сингулярно возмущенные задачи с разнотемповыми быстрыми переменными”, Автомат. и телемех., 2022, № 11, 3–61
- Э. М. Галеев, В. М. Тихомиров, Краткий курс теории экстремальных задач, Изд-во Моск. ун-та, М., 1989, 204 с.
- А. М. Ильин, О. О. Коврижных, “Асимптотика решения системы линейных уравнений с двумя малыми параметрами”, Докл. РАН, 396:1 (2004), 23–24
- А. Р. Данилин, О. О. Коврижных, “О задаче управления точкой малой массы в среде без сопротивления”, Докл. РАН, 451:6 (2013), 612–614
- P. V. Kokotovic, A. H. Haddad, “Controllability and time-optimal control of systems with slow and fast modes”, IEEE Trans. Automat. Control, 20:1 (1975), 111–113
- А. Р. Данилин, А. А. Шабуров, “Асимптотика решения линейных сингулярно возмущeнных задач оптимального управления с интегральным выпуклым критерием качества и “дешeвым” управлением”, Дифференц. уравнения, 59:1 (2023), 85–99
- А. Дончев, Системы оптимального управления. Возмущения, приближения и анализ чувствительности, Мир, М., 1987, 158 с.
- А. Р. Данилин, О. О. Коврижных, “О зависимости задачи быстродействия для линейной системы от двух малых параметров”, Вестник ЧелГУ, 2011, № 27, 46–60
- Р. Т. Рокафеллар, Выпуклый анализ, Мир, М., 1973, 472 с.
- А. Р. Данилин, О. О. Коврижных, “Асимптотическое разложение решения задачи оптимального управления линейной автономной системой с терминальным выпуклым показателем качества, зависящим от медленных и быстрых переменных”, Изв. ИМИ УдГУ, 61 (2023), 42–56
- A. Erdelyi, M. Wyman, “The asymptotic evaluation of certain integrals”, Arch. Ration. Mech. Anal., 14:1 (1963), 217–260
- А. Картан, Дифференциальное исчисление. Дифференциальные формы, Мир, М., 1971, 392 с.
- А. Р. Данилин, “Асимптотика оптимального значения функционала качества при быстростабилизирующемся непрямом управлении в регулярном случае”, Дифференц. уравнения, 42:11 (2006), 1473–1480
- А. Р. Данилин, “Асимптотика ограниченных управлений для сингулярной эллиптической задачи в области с малой полостью”, Матем. сб., 189:11 (1998), 27–60
- А. М. Ильин, А. Р. Данилин, Асимптотические методы в анализе, Физматлит, М., 2009, 248 с.
- А. Р. Данилин, “Асимптотика оптимального значения функционала качества при быстростабилизирующемся непрямом управлении в сингулярном случае”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 46:12 (2006), 2166–2177
- Л. В. Канторович, Г. П. Акилов, Функциональный анализ, 3-е изд., Наука, М., 1984, 752 с.
Supplementary files
