当前位置:主页 > 科技论文 > 数学论文 >

几类偏微分方程最优控制相关问题研究

发布时间:2018-05-19 06:50

  本文选题:偏微分方程 + 最优控制 ; 参考:《华中科技大学》2016年博士论文


【摘要】:本文主要研究几类偏微分方程最优控制相关问题,其内容包括状态方程的适定性、最优控制的存在性以及最优控制满足的极大值原理。全文共分六章:第一章主要阐述偏微分方程最优控制问题的来源和研究对象,并简要介绍国内外的研究现状以及本文的主要结果。第二章研究了一类非线性色散浅水波方程的分布最优控制问题。首先利用Garlekin逼近方法和能量估计,在合适的状态空间中证明了控制系统解的存在唯一性。其次引入所要讨论的最优控制问题,并且证明每一个给定的初始状态都对应着控制系统唯一的最优控制。最后借助由A.Ya. Dubovitskii和A.A. Milyutin提出的泛函分析方法成功地推导出最优控制成立的一阶必要性条件,并指出最优控制具有Bang-Bang性质。本章得到的结果推广和改进了部分已知结果。第三章考虑了具有一个捕食者和两个被捕食者的生态模型的最优控制理论,其目的在于通过人工干预使得此生态系统中三个物种的种群密度最大化。给定初始种群密度(均为正),借助强连续算子半群理论和抛物方程的相关理论,首先证明了控制系统存在唯一的正强解,并且指出对于给定的初始种群密度,人工干预具有最优的策略(即控制系统存在唯一的最优控制)。然后借助于对偶原理推导出最优控制的一阶必要性条件和二阶充要性条件。本章对相应的最优控制问题给出了全面的回答,其结果是新的。第四章处理了一类带有记忆项的非线性耦合波动方程的最优控制问题。首先利用经典的变分原理和紧性原理给出了最优控制变量的存在性证明。其次通过对近似最优控制变量(惩罚掉了状态限制)的极值条件在合理的意义下取极限,推导出了最优控制变量所满足的庞氏极大值原理。作为主要结果的直接应用,同时得到了由非线性Klein-Gordon方程组描述的最优控制问题的必要性条件,其结果推广和改进了文献[83]中关于Klein-Gordon方程最优控制问题的主要结果。第五章讨论了带有逐点状态限制的Boussinesq方程组的最优控制问题。首先证明了状态函数关于控制函数的连续依耐性,然后利用Ekeland变分原理和改进的针状变分技术,推导出了最优控制满足的逐点形式的庞氏极大值原理。另外,在某些强稳定性条件假设下,进一步得到了一种形式更强的庞氏极大值原理,其特点在于拉格朗日乘子可以取固定的常数。本章结果推广和改进了文献[86]中带有积分型状态限制最优控制问题的结论。第六章研究了一类广义Camassa-Holm方程的局部适定性、强解的爆破性以及解析解的存在性。首先利用Littlewood-Paley分解原理和传输方程理论证明方程在Besov空间中的局部适定性。其次证明方程在临界Besov空间中的局部适定性。借助粒子轨道方法讨论了解的爆破性,并在特殊情况下得到强解的整体存在性。最后讨论了方程解的Gevrey正则性和解析性,同时给出解存在时间的上界估计。本章结果推广和改进了部分已知的结论,其中关于解的爆破性和解析性的讨论是新的。
[Abstract]:This paper mainly deals with the optimal control related problems of partial differential equations. The content includes the fitness of the state equation, the existence of optimal control and the maximum principle of optimal control. The full text is divided into six chapters. The first chapter mainly expounds the source and research object of the optimal control problem of partial differential equations, and briefly introduces the domestic and foreign countries. The second chapter studies the optimal control problem of the distribution of a class of nonlinear dispersion shallow water wave equations. First, the existence and uniqueness of the solution of the control system are proved in the appropriate state space by using the Garlekin approximation method and the energy estimation. Secondly, the optimal control problem is introduced, and the proof of the optimal control problem is introduced. Each given initial state corresponds to the only optimal control of the control system. Finally, the first order necessary conditions for the establishment of optimal control are successfully derived with the help of the functional analysis method proposed by A.Ya. Dubovitskii and A.A. Milyutin, and the optimal control has Bang-Bang quality. The results obtained in this chapter are extended and improved. The third chapter considers the optimal control theory of an ecological model with a predator and two predators. The aim is to maximize the population density of three species in the ecosystem by artificial intervention. Given the initial population density (all positive), the theory of the strong continuous operator semigroup and the phase of the parabolic equation are used. In the theory, we first prove the existence of the only positive strong solution of the control system, and point out that the artificial intervention has the best strategy for the given initial population density (i.e. the existence of the only optimal control in the control system). Then the first order necessary condition and the two order sufficient and necessary condition of the optimal control are derived with the aid of the dual principle. The optimal control problem is given a comprehensive answer. The results are new. The fourth chapter deals with the optimal control problem for a class of nonlinear coupled wave equations with memory terms. First, the existence of the optimal control variable is given by using the classical variational principle and the compactness principle. The extreme conditions of the state limit are taken in a reasonable sense, and the Ponzi maximum principle of the optimal control variable is derived. As a direct application of the main result, the necessary condition for the optimal control problem described by the nonlinear Klein-Gordon equations is obtained. The result is extended and improved in the literature [83]. The main result of the optimal control problem of the Klein-Gordon equation. The fifth chapter discusses the optimal control problem of the Boussinesq equations with the point by point state restriction. First, the state function is proved to be continuous dependent on the control function. Then the optimal control satisfaction is derived by using the Ekeland variational principle and the improved needle variational technique. In addition, under some strong stability conditions, a more form of Ponzi maximum principle is obtained, which is characterized by the Lagrange multiplier can take a fixed constant. The result of this chapter generalizes and improves the knot with the optimal control problem with integral state restriction in [86]. The sixth chapter studies the local well - being of a class of generalized Camassa-Holm equations, the explosive property of strong solutions and the existence of analytic solutions. First, we use the Littlewood-Paley decomposition principle and the transfer equation theory to prove the local well posed of the equation in the Besov space. Secondly, it proves the local well posed of the equation in the critical Besov space. The orbit method discusses the blasting property of the understanding and obtains the overall existence of the strong solution under special circumstances. Finally, the Gevrey regularity and the analytic property of the solution are discussed. At the same time, the upper bounds of the existence time of the solution are given. The results of this chapter extend and improve some known conclusions, in which the discussion of the explosive and analytic solution is new.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O175.2;O232

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王翼;最优控制在经济系统中的应用[J];信息与控制;1980年06期

2 潘健;;二次型性能指标下的人口移民最优控制[J];广西大学学报(自然科学版);1985年02期

3 朱文骅;一种最优控制的胞映射算法[J];应用力学学报;1988年04期

4 毛云英,边馥萍;动态投入产出最优控制模型[J];数学的实践与认识;1992年01期

5 蒲志林;非线性发展系统最优控制的存在性及其应用[J];四川师范大学学报(自然科学版);1998年03期

6 张仁忠;带缓冲器的多出口串行生产线的无阻塞最优控制[J];纯粹数学与应用数学;2000年01期

7 于书敏,张仁忠;带缓冲器的多入口多出口串行生产线的无阻塞最优控制[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2000年03期

8 朱贵凤,商妮娜;阶形杆纵向振动的最优控制[J];太原理工大学学报;2001年05期

9 刘国志;动态投入产出最优控制模型[J];数学的实践与认识;2002年04期

10 潘颖,王超,盛严,陈双全;结构振动瞬时最优控制的一种时滞补偿算法[J];力学与实践;2002年05期

相关会议论文 前10条

1 王青;张颖昕;;“最优控制”课程的教学研究与实践[A];2011高等职业教育电子信息类专业学术暨教学研讨会论文集[C];2011年

2 王青;张颖昕;;最优控制课程实践教学的思考与探索[A];2011高等职业教育电子信息类专业学术暨教学研讨会论文集[C];2011年

3 付春江;王如彬;;手臂屈伸运动中上位最优控制对外部速度力场的补偿适应[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

4 时贞军;王长钰;;洗煤过程控制中的最优控制模型及求解方法[A];复杂巨系统理论·方法·应用——中国系统工程学会第八届学术年会论文集[C];1994年

5 郭磊;于瑞林;田发中;;跳变时刻状态受约束的跳变系统的最优控制[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年

6 卢容德;朱月华;;人体系统的最优控制研究[A];第六届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2003年

7 吴庆林;陈宗海;董道毅;;量子最优控制研究综述[A];’2004系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2004年

8 陈育庭;邓慧红;;教学过程模型及其最优控制[A];数学及其应用文集——中南模糊数学和系统分会第三届年会论文集(下卷)[C];1995年

9 尹翔康;吴冲锋;;带随机参数线性系统的最优控制(Ⅱ):控制矩阵是确定性矩阵[A];全国青年管理科学与系统科学论文集(第2卷)[C];1993年

10 李旭东;王建举;;一类生产库存问题的最优控制[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年

相关博士学位论文 前10条

1 庞留勇;肿瘤治疗方案的数学模型研究及数值模拟[D];华中师范大学;2015年

2 张吉烈;基于单网络模糊及无模型自适应动态规划最优控制方法的研究[D];东北大学;2014年

3 秦春斌;基于近似动态规划的优化控制研究及在电力系统中的应用[D];东北大学;2014年

4 任志刚;聚变等离子体中若干时空演化过程的最优控制计算方法研究[D];浙江大学;2016年

5 周刘为;Lévy过程驱动的几类随机系统稳定性分析与最优控制[D];东华大学;2016年

6 明森;基于Littlewood-Paley理论的流体方程组研究[D];西南交通大学;2016年

7 张磊;几类偏微分方程最优控制相关问题研究[D];华中科技大学;2016年

8 刘重阳;非线性切换动力系统的最优控制及应用[D];大连理工大学;2010年

9 邓留保;带跳的不确定最优控制及应用[D];南京理工大学;2013年

10 孟庆欣;有跳跃的随机系统的最优控制[D];复旦大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 徐嘉龙;具有第一边值条件的双相Stefan问题自由边界的最优控制[D];东北师范大学;2015年

2 于丹;具有第二边值条件的双相Stefan问题自由边界的最优控制[D];东北师范大学;2015年

3 吴文婷;控制受约束的随机线性二次最优控制[D];复旦大学;2014年

4 张鹏举;多阶段间歇发酵过程的最优控制求解[D];大连理工大学;2015年

5 邵娇娇;微生物间歇发酵中酶催化非线性时滞动力系统的最优控制[D];大连理工大学;2015年

6 程关明;间歇发酵非线性动力系统的鲁棒最优控制[D];大连理工大学;2015年

7 康霞霞;两类具有常数输入率的SIRS模型的稳定性与最优控制[D];曲阜师范大学;2015年

8 周书;几类发酵问题的最优控制[D];南华大学;2015年

9 刘尚麟;噪声环境下网络化时滞系统的最优控制[D];青岛科技大学;2016年

10 许婷瑜;两类捕食模型的周期解、分岔及最优控制[D];福州大学;2013年



本文编号:1909123

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/yysx/1909123.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户daff1***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com