ON THE REGULARIZATION OF THE LAGRANGE PRINCIPLE IN A NONLINEAR OPTIMAL CONTROL PROBLEM FOR A GOURSAT–DARBOUX SYSTEM WITH A POINTWISE STATE EQUALITY-CONSTRAINT
- 作者: Sumin M.I1
-
隶属关系:
- Derzhavin Tambov State University
- 期: 卷 65, 编号 11 (2025)
- 页面: 1813-1833
- 栏目: Optimal control
- URL: https://vietnamjournal.ru/0044-4669/article/view/697689
- DOI: https://doi.org/10.7868/S3034533225110052
- ID: 697689
如何引用文章
详细
Based on the conjugation of optimal control methods, nonlinear analysis and the theory of ill-posed problems, the regularization of the Lagrange principle (LP) in a non-differential form, in regular and irregular variants, in a nonlinear (non-convex) optimization problem of a general Goursat–Darboux system with a pointwise state equality-constraint is considered. This constraint is understood as an equality in the Hilbert space of square-summable functions and contains a parameter additively included in it, which makes it possible to use a “nonlinear version” of the perturbation method for studying the problem. The main purpose of both variants of the regularized LP is the stable generation of generalized minimizing sequences (GMS) in the problem under consideration, the existence of a solution to which is not assumed a priori. They can be interpreted as GMS-forming (regularizing) operators, which associate with each set of initial data of the problem a subminimal (minimal) of its regular augmented Lagrangian corresponding to this set, the dual variable in which is generated in accordance with the procedures specified in these variants. The construction of the augmented Lagrangian is completely determined by the form of “nonlinear” subdifferentials of a lower semicontinuous and, generally speaking, nonconvex function of values as a function of the problem parameter. The proximal subgradient and the Frechet subdifferential, well known in nonlinear analysis, are used as the latter. In the special case, when the problem is regular, in the sense of the existence of a generalized Kuhn–Tucker vector in it, and its initial data (the integrand of the quality functional and the right-hand side of the controlled system) depend affinely on the control, the limit passage in the relations of the regularized LP leads to classical optimality conditions in the form of the nondifferential Kuhn–Tucker theorem and the Pontryagin maximum principle.
关键词
nonlinear optimal control, vector hyperbolic equation, Goursat–Darboux problem, pointwise state equality-constraint, regularization, perturbation method, value function, proximal subgradient, Frechet subdifferential, augmented Lagrangian, generalized minimizing sequence, regularizing algorithm, Lagrange principle in non-differential form, Pontryagin maximum principle
参考
- Алексеев В.М., Тихомиров В.М., Фомин С.В. Оптимальное управление. М.: Наука, 1979. 432 с.
- Васильев Ф.П. Методы оптимизации: в 2-х кн. М.: МЦНМО, 2011. 1056 с.
- Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986. 288 с.
- Некорректные задачи естествознания / Под ред. А.Н. Тихонова, А.В. Гончарского. М.: Изд-во МГУ, 1987. 304 с.
- Тихонов А.Н., Леонов А.С., Ягола А.Г. Нелинейные некорректные задачи. М.: Наука, 1995. 312 с.
- Сумин М.И. Регуляризованная параметрическая теорема Куна-Таккера в гильбертовом пространстве // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2011. Т. 51.№9. С. 1594–1615.
- Сумин М.И. Регуляризованные принцип Лагранжа и принцип максимума Понтрягина в оптимальном управлении и обратных задачах // Тр. Ин-та матем. и механ. УрО РАН. 2019. Т. 26.№1. C. 279–296.
- Сумин М.И. Принцип Лагранжа и его регуляризация как теоретическая основа устойчивого решения некорректных задач оптимального управления и обратных задач // Вестник российских университетов. Математика. 2021. Т. 27. Вып. 134. С. 151–171.
- Сумин М.И. Метод возмущений и регуляризация принципа Лагранжа в нелинейных задачах на условный экстремум // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2024. Т. 64.№12. С. 2312–2331.
- Сумин М.И. Устойчивая секвенциальная теорема Куна–Таккера в итерационной форме или регуляризованный алгоритм Удзавы в регулярной задаче нелинейного программирования // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2015. Т. 55.№6. С. 947–977. https://doi.org/10.7868/S0044466915060137
- Плотников В.И., Сумин В.И. Проблема устойчивости нелинейных систем Гурса–Дарбу // Дифференц. урния. 1972. Т. 8.№5. С. 845–856.
- Арутюнов А.В. Условия экстремума. Нормальные и вырожденные задачи. М.: Изд-во .Факториал., 1997. 256 с.
- Милютин А.А., Дмитрук А.В., Осмоловский Н.П. Принцип максимума в оптимальном управлении. М.: Издво Центра прикладных исследований при мех.-мат. фак-те МГУ, 2004. 168 с.
- Варга Дж. Оптимальное управление дифференциальными и функциональными уравнениями. М.: Наука, 1977. 624 с.
- Гольштейн Е.Г. Теория двойственности в математическом программировании и ее приложения. М.: Наука, 1971. 352 с.
- Сумин М.И. О регуляризации классических условий оптимальности в выпуклых задачах оптимального управления // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. 2020. Т. 26.№2. C. 252–269. https://doi.org/10.21538/0134-4889-2020-26-2-252-269
- Borwein J.M., Strojwas H.M. Proximal Analysis and Boundaries of Closed Sets in Banach Space, Part I: Theory // Can. J. Math. 1986. V. 38.№2. P. 431–452; Part II: Applications // Can. J. Math. 1987. V. 39.№2. P. 428–472.
- Loewen P.D. Optimal control via nonsmooth analysis. CRM Proceedings and Lecture Notes. Vol. 2. Providence, RI: AMS, 1993. 153 p. https://doi.org/10.1090/crmp/002
- Clarke F.H., Ledyaev Yu.S., Stern R.J., Wolenski P.R. Nonsmooth analysis and control theory. Graduate texts in mathematics. Vol. 178. New York: Springer-Verlag, 1998. 278 p. https://doi.org/10.1007/b97650
- Mordukhovich B.S. Variational analysis and generalized differentiation, I: Basic Theory. Berlin: Springer, 2006. 579 p. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-31247-1
- Сумин М.И. Метод возмущений, субдифференциалы негладкого анализа и регуляризация правила множителей Лагранжа в нелинейном оптимальном управлении // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. 2022. Т. 28.№3. C. 202–221.
- Сумин М.И. Недифференциальные теоремы Куна–Таккера в задачах на условный экстремум и субдифференциалы негладкого анализа // Вестник российских университетов. Математика. 2020. Т. 25. Вып. 131. С. 307–330.
- Сумин М.И. О некорректных задачах, экстремалях функционала Тихонова и регуляризованных принципах Лагранжа // Вестник российских университетов. Математика. 2022. Т. 27. Вып. 137. С. 58–79.
- Плотников В.И., Сумин В.И. Оптимизация объектов с распределенными параметрами,описываемых системами Гурса–Дарбу // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 1972. Т. 12.№1. С. 61–77.
- Плотников В.И., Сумин М.И. Оптимальное управление объектами с распределенными параметрами, описываемыми негладкими системами Гурса–Дарбу с ограничениями типа неравенства // Дифференц. ур-ния. 1984. Т. 20.№5. С. 851–860.
- Смирнов В.И. Курс высшей математики. Т. 5. М.: ГИФМЛ, 1959. 656 с.
- Далецкий Ю.Л., Крейм М.Г. Устойчивость решений дифференциальных уравнений в банаховом пространстве. М.: Наука, 1970. 536 с.
- Сумин В.И., Чернов А.В. Операторы в пространствах измеримых функций: вольтерровость и квазинильпотентность // Дифференц. ур-ния. 1998. Т. 34.№10. С. 1402–1411.
- Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука, 1981. 544 с.
- Обен Ж.-П. Нелинейный анализ и его экономические приложения. М.: Мир, 1988. 264 с.
补充文件
