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推广Koopman理论,以考虑输入和控制。 (英语) Zbl 1390.93226号

小结:我们发展了一个新的科普曼算子理论的推广,其中包含了输入和控制的影响。库普曼谱分析是分析非线性动力系统的理论工具。此外,Koopman与动态模式分解(DMD)密切相关,DMD是一种从数据中发现相干时空模式的方法,将局部线性分析与非线性算子理论联系起来,并且重要的是为复杂系统的研究创建了一个无方程的体系结构。对于驱动系统,标准的Koopman分析和DMD无法生成输入-输出模型;此外,外力会破坏动力学和模态。我们的新理论发展扩展了Koopman算子理论,使之适用于具有非线性输入输出特性的系统。我们展示了这种泛化是如何与一种称为带控制的动态模式分解的最新发展紧密联系在一起的。我们证明了非线性动力系统的这一新理论,包括一个标准的易感传染病恢复模型,该模型与大规模接种(致动)的传染病数据分析相关。

MSC公司:

93年2月28日 操作员理论方法
93B60型 特征值问题
93二氧化碳 控制理论中的线性系统
37M10个 动力系统的时间序列分析
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参考文献:

[1] K.J.Astro¨m和P.R.Kumar,控制:透视图《自动化》,50(2014),第3-43页·兹比尔1298.93013
[2] S.Bagheri,圆柱尾迹的Koopman模态分解,J.流体力学。,726(2013),第596–623页·Zbl 1287.76116号
[3] B.W.Brunton、L.A.Johnson、J.G.Ojemann和J.N.Kutz,利用动态模式分解提取大规模神经记录中的时空相干模式《神经科学杂志》。方法,258(2016),第1-15页。
[4] S.L.Brunton、B.W.Brunton,J.L.Proctor和J.N.Kutz,用于控制的非线性动力系统的Koopman可观测子空间和有限线性表示,预印本,2015年·兹比尔1350.49037
[5] S.L.Brunton和B.R.Noack,闭环湍流控制:进展与挑战,ASME应用。机械。2015年第5版。
[6] S.L.Brunton、J.L.Proctor和J.N.Kutz,非线性动力系统稀疏辨识从数据中发现控制方程,程序。美国国家科学院。科学。,113(2016年),第3932–3937页·Zbl 1355.94013号
[7] S.L.Brunton、J.L.Proctor、J.H.Tu和J.N.Kutz,压缩传感和动态模式分解,J.计算。动态。,2(2015年),第165-191页·Zbl 1347.94012号
[8] M.Budišic³、R.Mohr和I.Mezic³,应用考普曼主义《混沌》,22(2012),047510·Zbl 1319.37013号
[9] S.T.Dawson、M.S.Hemati、M.O.Williams和C.W.Rowley,动态模式分解中传感器噪声影响的表征与校正,预印本,2015年。
[10] S.T.Dawson、N.K.Schiavone、C.W.Rowley和D.R.Williams,用于预测快速俯仰机翼上的力和压力的数据驱动建模框架,《第45届AIAA流体动力学会议论文集》,2015年,第1-14页。
[11] M.Forgione、X.Bombois和P.M.J.Van den Hof,基于模型控制的数据驱动模型改进《自动化》,52(2015),第118-124页·Zbl 1309.93045号
[12] B.弗里德曼,应用数学原理与技术纽约威利出版社,1961年。
[13] M.Grilli、P.J.Schmid、S.Hickel和N.A.Adams,激波-湍流边界层相互作用中的非定常行为分析,J.流体力学。,700(2012年),第16-28页·Zbl 1248.76079号
[14] J.Grosek和J.N.Kutz,动态模式分解在视频实时背景/前景分离中的应用,预印本,2013年。
[15] J.Guckenheimer和P.J.Holmes,非线性振动、动力系统和向量场的分岔第6版,施普林格出版社,纽约,2002年·Zbl 0515.34001号
[16] F.Gueniat、L.Mathelin和L.Pastur,大型任意采样系统的动态模式分解方法,物理。《流体》,27(2015),025113。
[17] I.J.Guzmán、D.Sipp和P.J.Schmid,捕获和控制噪声放大器中扰动能量的动态观测器,J.流体力学。,758(2014),第728–753页。
[18] M.S.Hemati和C.W.Rowley,应用Koopman谱分析的动态模式分解去偏倚,预印本,2015年。
[19] P.J.Holmes、J.L.Lumley、G.Berkooz和C.W.Rowley,湍流、相干结构、动力系统和对称性第二版,剑桥大学专著。机械。,剑桥大学出版社,英国剑桥,2012年·Zbl 1251.76001号
[20] M.Ilak和C.W.Rowley,基于平衡本征正交分解的过渡河道水流建模,物理。《流体》,20(2008),034103·Zbl 1182.76341号
[21] M.R.Jovanovicá、P.J.Schmid和J.W.Nichols,低秩和稀疏动态模式分解,湍流研究中心,2012年。
[22] M.R.Jovanovicá、P.J.Schmid和J.W.Nichols,稀疏性促进动态模式分解,物理。《流体》,26(2014),024103。
[23] J.N.Juang和R.S.Pappa,模态参数识别和模型降阶的特征系统实现算法《制导控制动力学杂志》,8(1985),第620-627页·Zbl 0589.93008号
[24] J.N.Juang、M.Phan、L.G.Horta和R.W.Longman,观测器卡尔曼滤波马尔可夫参数辨识:理论与实验,技术备忘录104069,NASA,1991年·Zbl 0775.93259号
[25] B.O.Koopman,希尔伯特空间中的哈密顿系统与变换,程序。美国国家科学院。科学。,17(1931年),第315-318页·Zbl 0002.05701号
[26] M.Korda和I.Mezic,非线性动力系统的线性预测器:Koopman算子满足模型预测控制,预印本,2016年。
[27] J.N.Kutz、X.Fu和S.L.Brunton,多分辨率动态模式分解,SIAM J.应用。动态。系统。,15(2016年),第713-735页·Zbl 1338.37121号
[28] S.Lall和J.E.Marsden,非线性控制系统模型降阶的平衡截断子空间方法,国际。J.鲁棒非线性控制,12(2002),第519-535页·Zbl 1006.93010号
[29] Z.Ma、S.Ahuja和C.W.Rowley,基于特征系统实现算法的流体控制降阶模型,理论。计算。流体动力学。,25(2011年),第233-247页·Zbl 1272.76103号
[30] A.Mauroy和I.Mezic,利用库普曼算子的本征函数进行全局稳定性分析,IEEE传输。自动化。控制,61(2016),第3356–3369页·Zbl 1359.93372号
[31] I.梅齐克,动力系统的谱特性、模型降阶和分解,J.非线性动力学。,41(2005),第309-325页·Zbl 1098.37023号
[32] I.Mezić,利用Koopman算子的谱特性分析流体流动年。流体力学版次。,45(2013年),第357–378页·Zbl 1359.76271号
[33] I.Mezicí和A.Banaszuk,具有复杂行为的系统的比较,物理。D、 197(2004),第101-133页·Zbl 1059.37072号
[34] R.Mohr和I.Mezic,利用与Koopman算子相关的拉普拉斯平均构造标量型算子的特征函数,预印本,2014年。
[35] B.C.摩尔,线性系统的主成分分析:可控性、可观测性和模型简化,IEEE传输。自动化。控制,1(1985)。
[36] J.L.Proctor、S.L.Brunton和J.N.Kutz,带控制的动态模式分解,J.应用。动态。系统。,15(2016),第142-161页·Zbl 1334.65199号
[37] J.L.Proctor和P.A.Eckhoff,利用动态模式分解从传染病数据中发现动态模式,国际。《健康》,第2期(2015年),第139-145页。
[38] 秦圣杰,子空间识别综述《第七届国际化学过程控制会议记录》,2006年,第1502-1513页,丛书。
[39] P.Rapisarda和H.L.Trentelman,基于无噪声数据的无损和耗散系统状态空间表示的识别和数据驱动模型约简《自动化》,47(2011),第1721-1728页·Zbl 1226.93048号
[40] C.W.Rowley,使用平衡适当正交分解的流体模型简化,国际。J.比福尔。《混沌》,15(2005),第997-1013页·Zbl 1140.76443号
[41] C.W.Rowley、T.Colonius和R.M.Murray,基于POD和Galerkin投影的可压缩流动模型简化,物理。D、 189(2004),第115–129页·Zbl 1098.76602号
[42] C.W.Rowley、I.Mezicí、S.Bagheri、P.Schlater和D.S.Henningson,非线性流的谱分析,J.流体力学。,641(2009),第115-127页·Zbl 1183.76833号
[43] P.J.Schmid,数值和实验数据的动态模式分解,J.流体力学。,656(2010),第5–28页·Zbl 1197.76091号
[44] P.J.Schmid,动态模态分解在实验数据中的应用《实验流体》,50(2011),第1123-1130页。
[45] P.J.Schmid、K.E.Meyer和O.Pust,盖驱动圆柱腔内流动的动态模态分解和本征正交分解,《第八届粒子图像测速国际研讨会论文集》,2009年。
[46] P.J.Schmid和J.L.Sesterhenn,数值和实验数据的动态模式分解,载于2008年第61届APS会议记录,第208页。
[47] G.Tissot、L.Cordier、N.Benard和B.R.Noack,使用动态模式分解进行模型简化《C.R.Meícanique》,第342页(2014年),第410-416页。
[48] J.H.Tu、C.W.Rowley、D.M.Luchtenburg、S.L.Brunton和J.N.Kutz,动态模式分解:理论与应用,J.计算。发电机。,1(2014年),第391-421页·Zbl 1346.37064号
[49] K.Willcox和J.Peraire,通过适当的正交分解进行平衡模型约简AIAA J.,40(2002),第2323–2330页。
[50] M.O.Williams、I.G.Kevrekidis和C.W.Rowley,Koopman算子的数据驱动近似:扩展动态模式分解,J.非线性科学。,25(2015),第1307–1346页·Zbl 1329.65310号
[51] M.O.Williams、C.W.Rowley和I.G.Kevrekidis,数据驱动Koopman谱分析的核方法,预印本,2014年。
[52] M.O.Williams、C.W.Rowley、I.Mezicí和I.G.Kevrekidis,基于内在动态变量的数据融合:数据驱动koopman谱分析的应用,欧洲。莱特。,109 (2015), 40007.
[53] R.C.Winck和W.J.Book,基于奇异值分解的反馈回路降维:可控性和稳定性结果《自动化》,49(2013),第3084–3089页·Zbl 1358.93028号
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