شماره مدرك :
17386
شماره راهنما :
15219
پديد آورنده :
كريمي، اعظم
عنوان :

روش هم‌مكاني براي حل مسائل كنترل بهينه از مرتبه دلخواه با محدوديت نامساوي

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
رياضي كاربردي (بهينه سازي)
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1400
صفحه شمار :
نه، 59ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
حميدرضا مرزبان
توصيفگر ها :
كنترل بهينه كسري , ماتريس عملياتي مشتق , توابع چبيشف از مرتبه كسري , تابع جريمه
استاد داور :
جواد عسگري، محمود منجگاني
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/12/21
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
رياضي
دانشكده :
رياضي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/12/24
كد ايرانداك :
2818625
چكيده فارسي :
چكيده: 0، براساس چندجمل هاي هاي چبيشف نوع اول، براي < α ≤ 1 ،α در اين پايان نامه، توابع چبيشف از مرتبه كسري دستيابي به جواب تقريبي مسائل كنترل بهينه با محدوديت هاي نامساوي، تعريف مي شوند و ويژگي هاي آن ها از نظر تعامد و كامل بودن، مورد بررسي قرار مي گيرند. چندجمل هاي هاي چبيشف نوع اول روي بازه [ 1, 1 −] نسبت به تابع متعامدند. همچنين، چندجمله هاي چبيشف انتقال يافته روي بازه [ 0, 1 ] نسبت به تابع w(x) = √ 1 1 − x وزن 2 ،α متعامدند. روش حل مسأله، يك روش مستقيم مبتني بر توابع چبيشف كسري از مرتبه w(t) = √ 1 t − t وزن 2 متعامدند و يك پايه كامل w(t) = √ 1 t2−α − t 0 است. اين توابع روي بازه [ 0, 1 ] نسبت به تابع وزن 2 < α ≤ 1 تشكيل مي دهند. بدين منظور، ابتدا با استفاده از روش تابع جريمه، با اضافه كردن توابع L2w [ براي فضاي هيلبرت [ 0, 1 كمكي مثبت، محدوديت هاي نامساوي روي متغيرهاي حالت و كنترل به محدوديت هاي تساوي تبديل مي شوند. سپس با ساخته مي شود. α استفاده از مفهوم مشتق كسري كاپوتو، ماتريس عملياتي مشتق متناظر با توابع چبيشف از مرتبه كسري با استفاده از ماتريس مشتق ساخته شده، ديناميك سيستم مسأله كنترل بهينه به يك دستگاه معادلات جبري غير خطي تبديل مي شود. بدين ترتيب، مسأله كنترل بهينه كسري اوليه به يك مسأله بهينه سازي پارامتريك تبديل مي شود كه مي توان آن را با استفاده از روش هاي بهينه سازي موجود حل نمود. خاطر نشان مي شود كه حل مسأله بهينه سازي پارامتريك به دست آمده بسيار ساده تر از حل مسأله كنترل بهينه اصلي است. براي نشان دادن دقت و كارايي روش ارائه شده، مسائل كنترل بهينه گوناگوني را مورد بررسي و مطالعه قرار مي دهيم واژگان كليدي: كنترل بهينه كسري، ماتريس عملياتي مشتق، توابع چبيشف از مرتبه كسري، تابع جريمه.
چكيده انگليسي :
In the real world, fractional calculus has been used to describe the behavior of many real-life phenomena such as hydrologic, viscoelastic modelling, disease control and prevention , the temperature and motor control, growths of populations modelling , fluid mechanics, bioengineering. It has been shown that materials with memory and hereditary effects, and dynamical processes, including gas diffusion and heat conduction, parameter identification of nonlinear complex physical system have more accurate models by fractional-order models than integer-order models. The objective of this thesis is to present an efficient numerical approximation method for solving nonlinear fractional optimal control problems with constraints on the state and control variables. The classical Chebyshev polynomials are orthogonal with respect to the weight function w(x) = √ 1 1 − x2 on the interval [-1,1] . The shifted classical Chebyshev polynomials are orthogonal with respect to the weight function w(t) = √ 1 t − t2 on the interval [0,1] . It should be mentioned that except some simple cases, the exact solution of fractional optimal control problems are unavailable. Therefore, to design an efficient numerical method should be developed. The foundation of the developed method is based on the fractional- order Chebyshev functions. The shifted fractional-order Chebyshev functions form a complete and orthogonal basis for the Hilbert space L2 w [0, 1]. It is worth noting that the shifted fractional-order Chebyshev functions are orthogonal with respect to the weight function w(t) = √ 1 t2−α − t2 , 0 < α ≤ 1 on the interval [0,1] . The properties of fractional Chebyshev function are discussed. The fractional derivative operator associated with the proposed fractional basis is obtained and used to convert the original fractional optimal control problem into a parameter optimization problem. The zeros of the fractional Chebyshev functions are chosen as the collocation points. The penalty function technique is implemented to convert the inequality constraints on the state and control functions to equality constraints. The method of Lagrange multipliers method is applied for solving the obtained parameter optimization problem. For this purpose, positive slack functions are added to inequality conditions and then the operational matrix for the fractional derivative in the Caputo sense, reduces the problems to those of solving a system of algebraic equations. It is shown that the solutions converge as the number of approximating terms increases, and the solutions approach to classical solutions as the order of the fractional derivatives approach one. The applicability and validity of the method are shown by numerical results of some examples, moreover a comparison with the existing results shows the preference of this method. It should be noticed that this matrix gives the derivative exactly in both fractional and integer cases. As a matter of fact, the functions of the problem are approximated by the fractional order Chebyshev functions with unknown coefficients in the cost function and conditions. Therefore, the main optimal control problem reduces to an unconstrained optimization problem. Then optimality conditions yield a system of linear or nonlinear algebraic equations which is solved by the proposed collocation method. As shown, the method is convergent and has an appropriate accuracy and stability. Illustrative examples show that this method has good results for linear and nonlinear fractional optimal control problems with constraints
استاد راهنما :
حميدرضا مرزبان
استاد داور :
جواد عسگري، محمود منجگاني
لينک به اين مدرک :

بازگشت