Optimal control problem and its solution by grey wolf optimizer algorithm

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper is devoted to a numerical method for solving the optimal control problem. The main approach to the numerical solution of the optimal control problem is the reduction of the optimal control problem to the problem of nonlinear programming and its following solution by classical gradient optimization methods. For this purpose, optimal control problem, which is a problem of searching time-dependent function, is replaced by the problem of searching of control values at discrete instants of time. An increase in the number of sampling points increases the accuracy of function approximation, but at the same time increases the dimensionality of the search space in the non-linear programming problem. In complex problems of non-linear programming with an unknown topology of the objective function, the statement that using classical gradient methods ensures finding a solution is not justified. The optimal control problem after the discretization and other modifications is often transformed to a non-linear programming problem with a non-unimodal objective function for which gradient methods are not applicable. In this paper we propose to solve the optimal control problem by evolutionary algorithms that do not use gradients and are able to find solutions of problems with nonunimodal objective function. The paper presents the modern evolutionary algorithm Grey wolf optimizer. The problem of the optimal combat turn of the aircraft is considered. In this problem the mathematical model of the control object is described by a system of seven ordinary differential equations. Also constraints on the value and rate of change of control are given. It is experimentally shown that the evolutionary algorithm Grey wolf optimizer successfully solves this optimal control problem.

About the authors

Askhat I Diveev

Institution of Russian Academy of Sciences, Dorodnicyn Computing Centre of RAS; Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: aidiveev@mail.ru

Doctor of Technical Sciences, professor, head of sector of Cybernetic problems, Federal Research Centre “Computer Science and Control” of Russian Academy of Sciences, professor at Department of Mechanics and Mechatronics, Engineering Academy, Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University). Research interests: Computational methods for problems of control

40, Vavilova str., Moscow, 119333, Russian Federation; 6, Miklukho-Maklaya str., Moscow, 117198, Russian Federation

Sergey V Konstantinov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: konstantinov_sv@rudn.university

senior lecturer at Department of Mechanics and Mechatronics, Engineering Academy, Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University). Research interests: Optimization algorithms, evolutionary algorithms, genetic algorithms, computational methods for problems of optimal control

6, Miklukho-Maklaya str., Moscow, 117198, Russian Federation

References

  1. Evtushenko Yu.G. Optimizaciya i bystroe avtomaticheskoe differencirovaniye [Optimization and fast automatic differentiation]. Moscow: Dorodnicyn Computing Centre of RAS, 2013. (In Russ.).
  2. Karpenko A.P. Sovremennyye algoritmy poiskovoi optimizacii. Algoritmy, vdohnovlennye prirodoi [Modern algorithms of search optimization. Nature-inspired algorithms]. Moscow: Bauman Press. 2014. (In Russ.).
  3. Diveev A.I., Konstantinov S.V. Evolutionary algorithms for the problem of optimal control. RUDN Journal of Engineering Researches. 2017. Vol. 18. No. 2. Pp. 254—265. (in Russ.)
  4. Diveev A.I., Konstantinov S.V. Study of evolutionary algorithms for the optimal control problem. Proceedings of MIPT. 2017. Vol. 9. No. 3. Pp. 76—85. (in Russ.)
  5. Mirjalili, S., Mirjalili, S.M., Lewis, A. Grey Wolf Optimizer / In Advances in Engineering Software, 2014. Vol. 69, Pp. 46–61. doi: 10.1016/j.advengsoft.2013.12.007.
  6. Grachev N.I., Evtushenko Yu.G. A library of programs for solving optimal control problems, U.S.S.R. Comput. Maths. Math. Phys. 1979. Vol. 19. No. 2. Pp. 367—387. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».