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混合整数最优控制问题的最大下界直接方法。 (英语) 兹比尔1160.49032

摘要:许多实际的最优控制问题包括离散决策。这些可以是与时间无关的参数,也可以是与时间相关的控制函数,如在任何给定时间只能取离散值的齿轮或阀门。虽然在解决涉及整数变量的优化问题,特别是混合整数线性规划以及连续优化控制问题方面取得了很大进展,但二者的结合仍然是一个开放的研究领域。我们考虑通过放宽整数要求可以获得的下界问题。对于一般的非线性混合积分程序,这样的下限通常存在巨大的整数间隙。我们对原问题进行了凸化(相对于二进制控制)和松弛,并证明了该连续控制问题的最优解产生了非线性整数问题的最佳下界。基于这一理论结果,我们提出了一种求解混合积分最优控制问题的新算法,重点是离散值控制函数。我们的算法基于直接多重打靶法、底层控制离散化网格的自适应细化和定制的启发式整数方法。具有挑战性的应用表明了其适用性,即具有离散齿轮和速度限制的地铁列车的能量最优控制。

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49平方米25 最优控制中的离散逼近
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参考文献:

[1] Alamir,M.,Attia,S.A.:关于用强变分算法解决切换混合非线性系统的最优控制问题。参加:第六届IFAC研讨会,NOLCOS,德国斯图加特(2004)
[2] Allgor R.和Barton P.(1999)。混合集成动态优化。I-问题公式。计算。化学。工程23(4):567–584·doi:10.1016/S0098-1354(98)00294-4
[3] Antsaklis,P.,Koutsoukos,X.:关于复杂系统的混合控制:一项调查。参见:1998年ADMP第三届国际会议,混合过程自动化:动态混合系统,第1-8页。兰斯,法国(1998年)
[4] Attia,S.,Alamir,M.,Canudas de Wit,C.:位置和切换约束下切换非线性系统的次优控制。参加:国际会计师联合会世界大会(2005年)
[5] Aumann R.(1965)。集值函数的积分。数学杂志。分析。申请。12: 1–12 ·Zbl 0163.06301号 ·doi:10.1016/0022-247X(65)90049-1
[6] Bansal V.、Sakizlis V.、Ross R.、Perkins J.和Pistikopoulos E.(2003年)。混合整数动态优化的新算法。计算。化学。工程27:647–668·doi:10.1016/S0098-1354(02)00261-2
[7] Bär,V.:Ein Kollokationsverfahren zur numerischen Lösung在优化Steuerung和参数识别过程中,对Schalt和Sprungbedingungen的Mehrpunktrandwertaufgaben进行了全面的管理。波恩大学硕士论文(1984年)
[8] Barton P.和Lee C.(2002年)。混合系统的建模、仿真、灵敏度分析和优化。ACM事务处理。模型。计算。模拟。12(4): 256–289 ·数字对象标识代码:10.1145/643120.643122
[9] Barton P.和Lee C.(2004)。使用混合动态优化设计工艺操作。计算。化学。工程28(6-7):955-969·doi:10.1016/j.compchemeng.2003.09.015
[10] Biegler L.(1984)。用连续二次规划和正交配置求解动态优化问题。计算。化学。工程8:243–248·doi:10.1016/0098-1354(84)87012-X
[11] Binder T.、Blank L.、Bock H.、Bulirsch R.、Dahmen W.、Diehl M.、Kronseder T.、Marquardt W.、Schlöder J.和Stryk O.(2001)。介绍基于模型的化学过程动态优化。收录于:Grötschel,M.、Krumke,S.和Rambau,J.(编辑)《大型系统的在线优化:最新技术》,第295-340页。海德堡施普林格·Zbl 0999.93017号
[12] Bock,H.,Eich,E.,Schlöder,J.:微分代数方程中约束最小二乘边值问题的数值解。In:Strehmel,K.(编辑)微分方程的数值处理。Teubner,Leipzig(1988年)·Zbl 0682.65047号
[13] Bock,H.,Longman,R.:最小能量地铁运营不相交控制集的最优控制计算。摘自:《美国天文学会学报》。工程科学与力学研讨会。台湾(1982)
[14] Bock,H.,Plitt,K.:直接求解最优控制问题的多重打靶算法。摘自:第九届国际会计师联合会布达佩斯世界大会记录,第243-247页。美国纽约佩加蒙出版社(1984年)
[15] Brandt-Pollmann,U.:具有隐含定义不连续性的最优控制问题的数值解及其在工程中的应用。海德堡大学IWR博士论文(2004)·Zbl 1060.65066号
[16] Burgschweiger,J.、Gnädig,B.、Steinbach,M.:饮用水管网运行规划的优化模型。技术报告,ZR-04-48,ZIB(2004)·Zbl 1273.76072号
[17] Buss M.、Glocker M.、Hardt M.、Stryk O.v.、Bulirsch R.和Schmidt G.(2002年)。非线性混合动力系统:建模、最优控制和应用,第279卷。柏林施普林格
[18] Chachuat B.、Singer A.和Barton P.(2006年)。动态优化和混合整数动态优化的全局方法。工业工程化学。第45(25)号决议:8573–8392·doi:10.1021/ie0601605
[19] Diehl,M.,Leineweber,D.,Schäfer,A.:MUSCOD-II用户手册。海德堡大学IWR预印本2001-25(2001)
[20] Duran M.和Grossmann I.(1986年)。一类混合整数非线性规划的外逼近算法。数学。程序。36(3): 307–339 ·Zbl 0619.90052号 ·doi:10.1007/BF02592064
[21] Esposito W.和Floudas C.(2000年)。最优控制问题中的确定性全局优化。J.全球。最佳方案。17: 97–126 ·Zbl 0980.49027号 ·doi:10.1023/A:1026578104213
[22] Floudas C.、Akrotirianakis I.、Caratzoulas S.、Meyer C.和Kallrath J.(2005年)。21世纪的全球优化:进展与挑战。计算。化学。工程29(6):1185–1202·doi:10.1016/j.compchemeng.2005.02.006
[23] Fuller A.(1963年)。最优非线性控制系统的研究。《电子杂志》。对照15:63–71
[24] Gallizendörfer J.,Bock H.:DAE中优化边值问题的并行算法。收录:Langendörfer H.(编辑)Praxisorienterte Parallelverabeitung。穆钦·汉瑟(1994)
[25] Gerdts M.(2006)。混合积分最优控制问题的变时间变换方法。最佳方案。控制应用程序。方法27(3):169–182·doi:10.1002/oca.778
[26] 格罗斯曼一世(2002)。非线性混合整数和析取规划技术综述。最佳方案。工程3:227–252·兹比尔1035.90050 ·doi:10.1023/A:1021039126272
[27] Grossmann I.、Aguirre P.和Barttfeld M.(2005年)。使用严格模型优化合成复杂精馏塔。计算。化学。工程29:1203-1215·doi:10.1016/j.compchemeng.2005.02.030
[28] Hermes H.和Lasalle J.(1969年)。函数分析和时间最优控制,《科学与工程数学》,第53卷。学术,纽约·Zbl 0203.47504号
[29] Kawajiri,Y.,Biegler,L.:模拟移动床区域配置的大规模优化策略。摘自:第16届欧洲计算机辅助过程工程研讨会和第9届国际过程系统工程研讨会,第131-136页。Elsevier,阿姆斯特丹(2006)
[30] Kaya C.和Noakes J.(1996年)。计算和时间最优控制。最佳方案。控制应用程序。方法17:171–185·Zbl 0861.4908号 ·doi:10.1002/(SICI)1099-1514(199607/09)17:3<171::AID-OCA571>3.0.CO;2-9
[31] Kaya C.和Noakes J.(2003年)。时间最优控制的一种计算方法。J.优化。理论应用。117:69–92·Zbl 1029.49029号 ·doi:10.1023/A:102360422807
[32] Krämer-Eis P.(1985)。Ein Mehrzielverfahren zur numerischen Berechnung优化反馈-Steuerungen bei beschränkten nichtlinearen Steuerungsproblemen,Bonner Mathematische Schriften,第166卷。波恩波恩大学
[33] Laurent-Varin,J.,Bonnans,F.,Berend,N.,Talbot,C.,Haddou,M.:关于优化控制问题离散化的改进。IFAC航空航天自动控制研讨会,圣彼得堡(2004)
[34] Lebiedz,D.,Sager,S.,Bock,H.,Lebiedz-P.:通过混合积分最优控制方法识别临界相位重置刺激,消除极限环振荡。物理学。修订稿。95, 108,303 (2005)
[35] Lee C.、Singer A.和Barton P.(2004年)。具有显式变换的线性混合系统的全局优化。系统。控制信函。51(5): 363–375 ·Zbl 1157.93442号 ·doi:10.1016/j.sysconle.2003.09.005
[36] Lee H.、Teo K.、Jennings L.和Rehbock V.(1999年)。最优离散值控制问题的控制参数化增强技术。Automatica 35(8):1401–1407·Zbl 0942.93025号 ·doi:10.1016/S0005-1098(99)00050-3
[37] Leineeber D.(1999)。大型稀疏DAE模型描述的化学过程优化的高效简化SQP方法,Fortschritt-Berichte VDI Reihe 3,Verfahrenstechnik,第613卷。杜塞尔多夫VDI Verlag
[38] Leinebeber D.、Bauer I.、Bock H.和Schlöder J.(2003)。一种高效的基于多重打靶的大规模动态过程优化简化SQP策略。第一部分:理论方面。计算。化学。工程27:157–166·doi:10.1016/S0098-1354(02)00158-8
[39] Maurer H.、Büskens C.、Kim J.和Kaya Y.(2005年)。验证bang–bang控制的二阶充分条件的优化方法。最佳方案。控制方法应用。26: 129–156 ·doi:10.1002/oca.756
[40] Maurer H.和Osmolovskii N.P.(2004)。时间最优砰砰控制的二阶充分条件。SIAM J.控制优化。42: 2239–2263 ·兹比尔1068.49015 ·doi:10.1137/S0363012902402578
[41] Mohideen M.、Perkins J.和Pistikopoulos E.(1997年)。寻求一种有效的混合整数最优控制的数值方法。计算。化学。工程21:S457–S462
[42] Neustadt L.(1963年)。在不存在凸性条件的情况下最优控制的存在性。数学杂志。分析。申请。7: 110–117 ·Zbl 0115.13304号 ·doi:10.1016/0022-247X(63)90081-7
[43] 奥尔登堡J.(2005)。离散动态系统的基于逻辑的建模与优化,Fortschritt-Berichte VDI Reihe 3,Verfahrenstechnik,第830卷。杜塞尔多夫VDI Verlag
[44] Oldenburg J.、Marquardt W.、Heinz D.和Leineweber D.(2003年)。混合逻辑动态优化在间歇精馏过程设计中的应用。AIChE期刊49(11):2900–2917·数字对象标识代码:10.1002/aic.690491120
[45] Papamichail I.和Adjiman C.(2004年)。动态系统的全局优化。计算。化学。工程28:403–415·Zbl 1165.49306号 ·doi:10.1016/S0098-1354(03)00195-9
[46] Plitt,K.:Ein超线性konvergentes Mehrzielverfahren zur directen Berechnung beschránkter优化子Steuerungen。波恩大学硕士论文(1981年)
[47] Rehbock V.和Caccetta L.(2002年)。涉及离散值最优控制的两个防御应用。ANZIAM J.44(E):E33–E54·Zbl 1032.90500号
[48] Sager,S.:混合积分最优控制问题的数值方法。马尔堡吕贝克,托宁,德安德雷·弗拉格,ISBN 3-89959-416-9。可在http://sager1.de/sebastian/downloads/Sager2005.pdf (2005)
[49] Sager S.、Bock H.、Diehl M.、Reinelt G.和Schlöder J.(2006年)。二进制控制函数最优控制的数值方法应用于Lotka-Volterra型捕鱼问题。参见:Seeger,A.(编辑)《优化的最新进展》(第十二届法国-德国-西班牙优化会议论文集),《经济学和数学系统讲义》,第563卷,第269-289页。海德堡施普林格·Zbl 1107.49023号
[50] Sager,S.、Diehl,M.、Singh,G.、Küpper,A.、Engell,S.:通过混合整体控制确定SMB上部结构。参见:OR2006会议记录。卡尔斯鲁厄(2007)·Zbl 1209.49047号
[51] Sager,S.,Kawajiri,Y.,Biegler,L.:关于模拟移动床上部结构的最优性:一个泵对每条流足够吗?AIChE J.(2007)(提交)
[52] Schäfer,A.:解决大规模结构优化问题的高效简化牛顿型方法,应用于生物和化学过程。海德堡大学博士论文(2005年)
[53] Schlegel M.(2005)。动态优化问题有效解的自适应离散化方法,Fortschritt-Berichte VDI Reihe 3,Verfahrenstechnik,第829卷。VDI Verlag,杜塞尔多夫
[54] Schlöder J.(1988)。Numerische Methoden zur Behandlung hochdimensionaller Aufgaben der Parameteridentifizierung,Bonner Mathematische Schriften,第187卷。波恩波恩大学·Zbl 0639.65036号
[55] Schulz V.、Bock H.和Steinbach M.(1998年)。在DAE多点边值问题的数值解中利用不变量。SIAM J.科学。计算。19: 440–467 ·Zbl 0947.65096号 ·doi:10.1137/S1064827594261917
[56] Schweiger C.和Floudas C.(1997)。设计与控制的相互作用:利用动态模型进行优化。摘自:Hager,W.和Pardalos,P.(eds)《最优控制:理论、算法和应用》,第388-435页。多德雷赫特·克鲁沃·Zbl 0917.90254号
[57] Shaikh M.(2004)混合系统的最优控制:理论和算法。加拿大蒙特利尔麦吉尔大学电气与计算机工程系博士论文
[58] Shaikh,M.,Caines,P.:关于混合最优控制问题:理论和算法。IEEE自动控制汇刊(2006年)(出版中)·Zbl 1178.93071号
[59] Srinivasan B.、Palanki S.和Bonvin D.(2003年)。间歇过程的动态优化:I.标称解的表征。计算。化学。工程27:1–26·doi:10.1016/S0098-1354(02)00116-3
[60] Stryk,O.,Glocker,M.:使用分枝定界和稀疏直接配置分解混合整数最优控制问题。摘自:ADPM 2000会议记录。第四届混合过程自动化国际会议:混合动力系统,第99-104页(2000)
[61] Stursberg O.、Panek S.、Till J.和Engell S.(2002年)。具有切换混合动力学系统的最优控制策略的生成。In:Engell,S.、Frehse,G.和Schnieder,E.(编辑)混合系统的建模、分析和设计,第337-352页。海德堡施普林格
[62] Sussmann,H.:混合最优控制问题的最大值原理。收录:第38届IEEE决策与控制会议的会议记录。《凤凰城》(1999)·Zbl 0967.49016号
[63] Terwen,S.、Back,M.、Krebs,V.:重型卡车的预测动力总成控制。摘自:IFAC汽车控制进展研讨会论文集,第451-457页。意大利萨莱诺(2004年)
[64] Till J.、Engell S.、Panek S.和Stursberg O.(2004)。应用混合系统优化:复杂性的实证研究。控制工程师12:1291–1303·doi:10.1016/j.connengprac.2004.04.003
[65] Turkay M.和Grossmann I.(1996年)。用于过程网络优化综合的基于逻辑的MINLP算法。计算。化学。工程20:959–978·doi:10.1016/0098-1354(95)00219-7
[66] Zelikin M.和Borisov V.(1994年)。颤振控制理论及其在航天、机器人、经济和工程中的应用·Zbl 0820.70003号
[67] Zhang J.、Johansson K.、Lygeros J.和Sastry S.(2001年)。Zeno混合系统。国际鲁棒非线性控制杂志11:435–451·兹比尔0977.93047 ·doi:10.1002/rnc.592
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