×

大规模刚性Riccati微分方程的指数积分器。 (英语) Zbl 1459.65100

摘要:Riccati微分方程出现在许多不同的领域,在控制理论领域中尤为重要。本文考虑刚性Riccati微分方程大系统的数值积分。我们展示了如何应用指数Rosenbrock型积分器来获得近似解。考虑了两种典型的指数积分方案。解决了实现问题,并基于高质量的数值代数代码开发了一些低阶近似。数值比较表明,指数积分器在求解大型刚性Riccati微分方程组时可以获得较高的精度和效率。

MSC公司:

65升04 刚性方程的数值方法
65升05 常微分方程初值问题的数值方法
65层55 低阶矩阵逼近的数值方法;矩阵压缩
65层60 矩阵指数和相似矩阵函数的数值计算
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Abou-Kandil,H。;Freiling,G。;伊奥内斯库,V。;Jank,G.,《控制与系统理论中的矩阵Riccati方程》(2003),Birkhäuser:Birkháuser Basel,Switzerland·兹比尔1027.93001
[2] 阿舍尔,U.M。;Mattheij,R.M。;Russell,R.G.,常微分方程边值问题的数值解(1988),Prentice-Hall:Prentice-Hall Englewood Cliffs,NJ·Zbl 0671.65063号
[3] 一川,A。;Katayama,H.,关于时变Riccati方程的备注,系统控制快报。,37335-345(1999年)·Zbl 1050.93507号
[4] Jacobs,O.L.R.,《控制理论导论》(1993),牛津科学出版社:牛津科学出版社,英国牛津·Zbl 0818.93001号
[5] 菲塔尔,S。;Guo,C.H.,非对称矩阵Riccati微分方程解对其稳定平衡解的收敛性,J.Math。分析。申请。,318, 648-657 (2006) ·Zbl 1105.34029号
[6] Juang,J.,矩阵Riccati方程解的整体存在性和稳定性,J.Math。分析。申请。,258, 1-12 (2001) ·Zbl 0984.34041号
[7] Reid,W.T.,Riccati微分方程(1972),学术出版社:纽约学术出版社·Zbl 0254.34003号
[8] Butcher,J.C.,《常微分方程的数值方法》(2008),John Wiley and Sons Ltd:John Willey and Sons有限公司Chichester·Zbl 1167.65041号
[9] 本纳,P。;Mena,H.,Rosenbrock解Riccati微分方程的方法,IEEE Trans。自动化。控制,582950-2956(2013)·Zbl 1369.65088号
[10] Choi,C.H。;Laub,A.J.,求解刚性Riccati微分方程的高效矩阵值算法,IEEE Trans。自动化。控制,35,770-776(1990)·Zbl 0714.93011号
[11] Dieci,L.,微分Riccati方程的数值积分和一些相关问题,SIAM J.Numer。分析。,29, 781-815 (1992) ·Zbl 0768.65037号
[12] Mena,H。;奥斯特曼,A。;Pfurtscheller,L.M。;Piazzola,C.,矩阵微分方程的数值低阶近似,J.Compute。申请。数学。,340, 602-614 (2018) ·兹比尔1432.65090
[13] Stillfjord,T.,大型微分Riccati方程的低阶二阶分裂,IEEE Trans。自动化。控制,602791-2796(2015)·Zbl 1360.65192号
[14] Stillfjord,T.,大规模微分Riccati方程的自适应高阶分裂格式,数值。算法,78,1129-1151(2018)·Zbl 1404.65060号
[15] Güldoǧan,纽约州。;哈奇,M。;Jbilou,K。;Kurulay,M.,大型微分矩阵Riccati方程的低阶近似解(2017),arXiv,https://arxiv.org/abs/1612.00499
[16] 哈奇,M。;Jbilou,K.,大型非对称微分Riccati问题的近似解(2018),arXiv,https://arxiv.org/abs/1801.01291v1 ·兹伯利1416.65116
[17] Koskela,A。;Mena,H.,大尺度微分Riccati方程的保结构Krylov子空间方法(2017),arXiv,https://arxiv.org/abs/1705.07507v1
[18] Hochbruck,M。;Ostermann,A.,半线性抛物问题的显式指数Runge-Kutta方法,SIAM J.Numer。分析。,43, 1069-1090 (2006) ·Zbl 1093.65052号
[19] Hochbruck,M。;Ostermann,A.,Adams型指数多步方法,BIT,51,889-908(2011)·Zbl 1237.65071号
[20] Hochbruck,M。;奥斯特曼,A。;Schweitzer,J.,指数Rosenbrock型方法,SIAM J.Numer。分析。,47, 786-803 (2009) ·Zbl 1193.65119号
[21] Kassam,A.K。;Trefethen,L.N.,刚性偏微分方程的四阶时间步进,SIAM J.Sci。计算。,26, 1214-1233 (2005) ·Zbl 1077.65105号
[22] Hochbruck,M。;Ostermann,A.,指数积分器,《数值学报》。,19, 209-286 (2010) ·Zbl 1242.65109号
[23] 明切夫,B.V。;W.M.Wright,《一阶半线性问题指数积分器综述技术》。报告2/05(2005),国立师范大学数学系
[24] Lang,N。;Mena,H。;Saak,H.,关于大规模微分矩阵方程求解器的(L D L ^ T)因式分解的好处,线性代数应用。,480, 44-71 (2015) ·兹比尔132065110
[25] Stillfjord,T.,算子值微分Lyapunov和Riccati方程的奇异值衰减,SIAM J.控制优化。,56, 3598-3618 (2018) ·Zbl 06950098号
[26] 库切拉,V.,矩阵Riccati方程综述,Kybernetika,9,42-61(1973)·兹伯利0279.49015
[27] 贝尔,M。;本纳,P。;Heiland,J.,微分Sylvester和Lyapunov方程的解公式(2018),arXiv,https://arxiv.org/abs/1811.08327
[28] 卢安,V.T。;Ostermann,A.,指数B系列:刚性情况,SIAM J.Numer。分析。,51, 3431-3445 (2013) ·Zbl 1285.65043号
[29] Higham,N.J.,《矩阵的函数:理论与计算》(2008),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 1167.15001号
[30] Al-Mohy,A。;Higham,N.,矩阵函数的一种新的缩放和改进平方算法,SIAM J.矩阵分析。申请。,31, 970-989 (2009) ·Zbl 1194.15021号
[31] Al-Mohy,A。;Higham,N.,《计算矩阵指数的作用,以及指数积分器的应用》,SIAM J.Sci。计算。,33, 488-511 (2011) ·Zbl 1234.65028号
[32] Sidje,R.B.,Expokit:计算矩阵指数的软件包,ACM Trans。数学。软件,24130-156(1998)·Zbl 0917.65063号
[33] 莫勒,C。;Loan,C.V.,《计算矩阵指数的十九种可疑方法》,25年后,SIAM Rev.,45,3-49(2003)·Zbl 1030.65029号
[34] Simoncini,V.,线性矩阵方程的计算方法,SIAM Rev.,58,377-441(2016)·Zbl 1386.65124号
[35] Saad,Y.,稀疏线性系统的迭代方法(1972),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 1002.65042号
[36] P.Benner、M.Köhler、J.Saak、M.E.S.S.——矩阵方程稀疏解算器库,https://www.mpi-magdeburg.mpg.de/projects/mess。
[37] Simoncini,V.,求解大规模Lyapunov矩阵方程的新迭代方法,SIAM J.Sci。计算。,29, 1268-1288 (2007) ·Zbl 1146.65038号
[38] 本纳,P。;Kürschner,P。;Saak,J.,大型非对称代数Riccati方程的Low-rank Newton-ADI方法,J.Franklin Inst.B,3531147-1167(2016)·Zbl 1336.93056号
[39] 李·T。;朱,E.K.-w。;Juang,J。;Lin,W.W.,从二维传输模型解非对称代数Riccati方程,线性代数应用。,434, 201-214 (2011) ·Zbl 1208.15014号
[40] 本纳,P。;Lang,N.,求解大规模微分矩阵方程的Peer方法(2018),arXiv,https://arxiv.org/abs/1807.08524
[41] Penzl,T.,LYAPACK:大型Lyapunov和Riccati方程、模型简化问题和线性二次型最优控制问题的MATLAB工具箱,用户指南(1.0版)(1999)
[42] 本纳,P。;Saak,J.,《钢型材最佳冷却的半离散传热模型》,(Benner,P.;Mehrmann,V.;Sorensen,D.,《大尺度系统的降维》,Lect.Notes Compute.Sci.Eng.,第45卷(2005),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin/Heidelberg,德国),353-356·Zbl 1170.80341号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。