科斯克拉·安蒂;赫尔曼·梅纳 大规模微分Riccati方程的Krylov子空间逼近分析。 (英语) Zbl 1456.65019号 ETNA,电子。事务处理。数字。分析。 52, 431-454 (2020). 摘要:我们考虑对称微分Riccati方程(dot{X}=AX+XA^T+Q-XSX,X(0)=X_0)的Krylov子空间逼近方法。我们考虑的方法是基于将大尺度方程投影到由矩阵\(a\)和\(X_0\)和\(Q\)的低秩因子跨越的Krylov子空间上。我们证明了该方法在保持精确流的两个重要性质,即精确流的正性和单调性的意义上是保持结构的。我们提供了一个理论先验误差分析,表明了该方法的超线性收敛性。此外,我们还导出了一个后验误差估计,该估计在数值示例中被证明是有效的。 引用于4文件 MSC公司: 65层10 线性系统的迭代数值方法 65英尺45英寸 矩阵方程的数值方法 65英尺60英寸 矩阵指数和相似矩阵函数的数值计算 65升06 常微分方程的多步、Runge-Kutta和外推方法 65平方米 含偏微分方程初值和初边值问题离散方程的数值解 93甲15 大型系统 93立方厘米05 控制理论中的线性系统 关键词:微分Riccati方程;最优控制问题;常微分方程;Krylov子空间方法;指数积分器;模型降阶;低阶近似 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{K.Antti}和\textit{H.Mena},ETNA,Electron。事务处理。数字。分析。52、431--454(2020;Zbl 1456.65019) 全文: 内政部 arXiv公司 链接 参考文献: [1] H.ABOU-KANDIL,G.FREILING,V.IONESCU和G。JANK,矩阵Riccati方程,Birkhäuser,巴塞尔,2003年·Zbl 1027.93001号 [2] P.BADER、S.BLANES、ANDE。PONSODA,用于解决(非)线性二次型最优控制问题的结构保持积分器,用于描述四旋翼飞机的飞行,J.Compute。申请。数学。,262(2014),第223-233页·Zbl 1293.49074号 [3] B.贝克曼·安德尔。REICHEL,通过Faber变换对矩阵函数进行误差估计和评估,SIAM J.Numer。分析。,47(2009),第3849-3883页·Zbl 1204.65041号 [4] P.本纳和。MENA,无限维LQR问题的数值解和相关的Riccati微分方程,J.Numer。数学。,26(2018),第1-20页·Zbl 1444.65032号 [5] 《求解Riccati微分方程的Rosenbrock方法》,IEEE Trans。自动化。控制,58(2013),第2950-2956页·Zbl 1369.65088号 [6] P.BENNER和J。SAAK,用于钢型材最佳冷却的半离散化传热模型,《大型系统的降维》,P.Benner,D.C.Sorensen,V.Mehrmann编辑,《计算科学与工程讲义》45,施普林格,柏林,2005年,第353-356页·Zbl 1170.80341号 [7] M.A.BOTCHEV、V.GRIMM、ANDM。HOCHBRUCK,矩阵指数的残差、重启和Richardson迭代,SIAM J.Sci。计算。,35(2013),第A1376-A1397页·Zbl 1278.65052号 [8] M.科尔莱斯·安达。FRAZHO,《线性系统与控制》,马塞尔·德克尔,纽约,2003年·Zbl 1050.93001号 [9] E.达维森·安德姆。MAKI,矩阵Riccati微分方程的数值解,IEEE Trans。自动化。控制,18(1973),第71-73页·Zbl 0263.93031号 [10] L.DIECI和。EIROLA,Riccati微分方程数值解的正定性,Numer。数学。,67(1994年),第303-313页·Zbl 0791.65050号 [11] 保持Riccati微分方程数值解的单调性,Numer。数学。,74(1996),第35-47页·Zbl 0864.65048号 [12] V.L.DRUSKIN ANDL(弗拉基·德鲁斯金·安德尔)。A.KNIZHNERMAN,计算对称矩阵函数的两种多项式方法,Zh。维奇斯。Mat.i Mat.Fiz.公司。,29(1989),第1763-1775页·Zbl 0689.65025号 [13] V.L.DRUSKIN、C.LIEBERMAN、ANDM。ZASLAVSKY,关于进化问题的有理Krylov子空间约简中移位的自适应选择,SIAM J.Sci。计算。,32(2010年),第2485-2496页·Zbl 1221.65255号 [14] E.加洛波洛斯·安迪。SAAD,用Krylov近似方法有效求解抛物方程,SIAM J.Sci。统计师。计算。,13(1992年),第1236-1264页·Zbl 0757.65101号 [15] Y.GULDO˘GAN、M.HACHED、K.JBILOU和M。KURULAY,大型微分矩阵Riccati方程的低阶近似解,应用。数学。(华沙),45(2018),第233-254页·Zbl 1405.65044号 [16] M.H.GUTKNECHT,《具有多个右手边的线性系统的Block Krylov空间方法:介绍》,载于《现代数学模型、真实世界系统的方法和算法》,A.Siddiqi,I.Duff和O.Christensen,eds.,阿纳马亚,新德里,2007年,第420-447页。 [17] S.GÜTTEL,矩阵函数的有理Krylov近似:数值方法和最优极点选择,GAMM Mitt。,36(2013),第8-31页·Zbl 1292.65043号 [18] N.J.HIGHAM,《矩阵的函数》,SIAM,费城,2008年·Zbl 1167.15001号 [19] 《矩阵指数的缩放和平方方法》,SIAM J.matrix Ana。申请。,26(2005),第1179-1193页·Zbl 1081.65037号 [20] M.霍奇布鲁克和C。LUBICH,关于矩阵指数算子的Krylov子空间逼近,SIAM J.Numer。分析。,34(1997),第1911-1925页·Zbl 0888.65032号 [21] 米。HOCHBRUCK安达。OSTERMANN,指数积分器,Acta Numer。,19(2010),第209-286页·Zbl 1242.65109号 [22] A.艾塞勒斯和。NØRSETT,《订购之星》,查普曼和霍尔出版社,伦敦,1991年。 [23] C.S.凯恩·安德。B.LEIPNIK,微分矩阵Riccati方程的数值积分,IEEE Trans。自动化。控制,30(1985),第962-970页·Zbl 0594.65054号 [24] L.KNIZHNERMAN和。SIMONCINI,矩阵函数求值的扩展Krylov子空间方法的新研究,Numer。线性代数应用。,17(2010年),第615-638页·Zbl 1240.65154号 [25] V.KU’CERA,《矩阵Riccati方程综述》,Kybernetika(布拉格),9(1973),第42-61页·Zbl 0279.49015号 [26] N.LANG、H.MENA和ANDJ。SAAK,关于LDL分解对大规模微分矩阵方程求解器的好处,线性代数应用。,480(2015),第44-71页·Zbl 1320.65110号 [27] A.J.LAUB,求解代数Riccati方程的Schur方法,IEEE Trans。自动化。《控制》,24(1979),第913-921页·Zbl 0424.65013号 [28] Y.LIN和V。SIMONCINI,大规模Lyapunov方程的最小残差法,应用。数字。数学。,72(2013),第52-71页·Zbl 1302.65106号 [29] L.洛佩兹和。SIMONCINI,用块Krylov子空间方法保持指数矩阵的几何特性,BIT,46(2006),第813-830页·Zbl 1107.65039号 [30] Y.SAAD,矩阵指数算子的Krylov子空间逼近分析,SIAM J.Numer。分析。,29(1992),第209-228页·Zbl 0749.65030号 [31] 《稀疏线性系统的迭代方法》,PWS,波士顿,1996年·Zbl 1031.65047号 [32] 《大Lyapunov方程的数值解》,载于《信号处理、散射和算符理论以及数值方法》,M.A.Kaashoek、J.H.van Schuppen和A.C.M.Ran编辑,《系统和控制理论5的进展》,Birkhäuser出版社,波士顿,1990年,第503-511页·Zbl 0719.65034号 [33] V.SIMONCINI,求解大规模Lyapunov矩阵方程的新迭代方法,SIAM J.Sci。计算。,29(2007),第1268-1288页·Zbl 1146.65038号 [34] 《大规模代数Riccati方程的有理Krylov子空间投影法分析》,SIAM J.矩阵分析。申请。,37(2016),第1655-1674页·Zbl 06655499号 [35] T.STILLFJORD,大规模微分Riccati方程的自适应高阶分裂方案,数值。《算法》,78(2018),第1129-1151页·Zbl 1404.65060号 [36] ,大规模微分Riccati方程的低秩二阶分裂,IEEE Trans-Automat。控制,60(2015),第2791-2796页·Zbl 1360.65192号 [37] L.TREFETHEN ANDM公司。EMBREE,光谱和伪光谱,普林斯顿大学出版社,普林斯顿,2005年·Zbl 1085.15009号 [38] J。 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。