×

大规模代数Riccati方程的POD投影方法。 (英语) Zbl 1355.49027号

摘要:大规模矩阵代数Riccati方程的求解在控制设计和模型简化中具有重要意义,并且仍然是一个活跃的研究领域。我们考虑一类由线性系统和加权内积产生的矩阵代数Riccati方程。这类问题通常源于偏微分方程组的空间离散化。我们提出了一种基于线性系统仿真和适当正交分解的投影方法来获得ARE的低阶解。该方法可以利用现有(黑盒)模拟代码生成投影矩阵。我们还开发了新的加权范数剩余计算和误差界。我们给出的数值结果表明,该方法可以产生高精度的近似解。我们还简要讨论了如何使所提出的方法完全基于数据,以便在不访问系统矩阵的情况下使用现有的仿真代码。

MSC公司:

49平方米27 分解方法
93甲15 大型系统
93B11号机组 系统结构简化
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] I.Akhtar,《关于还原和控制的交换:von Kármán街的线性反馈控制》,第五届AIAA流量控制会议,1(2010)
[2] L.Amodei,基于代数Bernoulli方程的Navier-Stokes方程的稳定化算法,《数值线性代数及其应用》,19,700(2012)·Zbl 1274.76186号 ·doi:10.1002/nla.799
[3] A.C.Antoulas,《大尺度动力系统近似》,《设计与控制进展》(2005)·Zbl 1158.93001号 ·doi:10.1137/1.9780898718713
[4] W.F.Arnold,代数Riccati方程的广义特征问题算法和软件,IEEE学报,721746(1984)
[5] J.A.Atwell,带非线性观测器的Burgers方程的降阶控制器,国际应用数学与计算机科学杂志,11,1311(2001)·Zbl 1051.93045号
[6] J.A.Atwell,抛物方程降基反馈控制器的恰当正交分解,数学。计算。建模,33,1(2001)·Zbl 0964.93032号 ·doi:10.1016/S0895-7177(00)00225-9
[7] J.Baker,具有非正态系数的Lyapunov解的快速奇异值衰减,SIAM J.Matrix Ana。申请。,36, 656 (2015) ·Zbl 1320.15011号 ·数字对象标识代码:10.1137/140993867
[8] H.T.Banks,HPCVD反应器中薄膜生长的降阶建模和控制,SIAM J.Appl。数学。,62, 1251 (2002) ·Zbl 1005.93022号 ·doi:10.1137/S0036139901383280
[9] H.T.Banks,降阶模型反馈控制设计:薄壳模型中的数值实现,IEEE Trans。自动化。控制,45,1312(2000)·Zbl 0988.93030号 ·数字对象标识代码:10.1109/9.867024
[10] H.T.Banks,高维线性二次调节器问题中最优反馈增益的数值算法,SIAM J.Control Optim。,29, 499 (1991) ·兹伯利0736.65043 ·doi:10.1137/0329029
[11] C.A.Beattie,POD的区域分解方法,第45届IEEE决策与控制会议论文集(2006)
[12] P.Benner,抛物线控制系统的平衡相关模型简化,在第一届IFAC偏微分方程控制系统研讨会上,257(2014)
[13] P.Benner,大型Lyapunov方程的数值解,Riccati方程,线性二次型最优控制问题,Numer。线性代数应用。,15, 755 (2008) ·Zbl 1212.65245号 ·doi:10.1002/nla.622
[14] P.Benner,求解大规模代数Riccati方程的Galerkin-Newton-ADI方法,预印SPP1253-0901253(1253)
[15] P.Benner,大型稀疏连续时间代数矩阵Riccati和Lyapunov方程的数值解:最新综述,GAMM-Mitteilungen,36,32(2013)·兹比尔1279.65044 ·doi:10.1002/gamm.201310003
[16] P.Benner,关于利用低维不变子空间求解大规模代数Riccati方程,《线性代数及其应用》,488430(2016)·Zbl 1330.15017号 ·doi:10.1016/j.laa.2015.09.027
[17] P.Benner,《结构化索引-2不稳定广义系统的基于平衡的模型约简及其在流控制中的应用》,,Numer。代数控制优化。,6, 1 (2016) ·Zbl 1330.93084号 ·doi:10.3934/naco.2016.6.1
[18] D.Bini,代数Riccati方程的数值解,算法基础(2012)·Zbl 1244.65058号
[19] J.Borggaard,Chandrasekhar方程的有效长期积分器,第47届IEEE决策与控制会议论文集,3983(2008)
[20] J.A.Burns,LQR边界控制问题中近似函数增益的数值方法,数学。计算。建模,33,89(2001)·Zbl 0967.93052号 ·doi:10.1016/S0895-7177(00)00231-4
[21] J.A.Burns,Hilbert空间中Riccati方程Kleinman-Newton迭代的网格独立性,SIAM J.Control Optim。,47, 2663 (2008) ·Zbl 1171.49024号 ·数字对象标识代码:10.1137/060653962
[22] J.Burns,Chandrasekhar方程和分布参数系统的计算算法,第23届IEEE决策与控制会议论文集。,23, 262 (1984)
[23] J.A.Burns,《变分与控制微积分与现代应用导论》,CRC出版社(2014)·Zbl 1280.49001号
[24] D.H.Chambers,湍流Burgers模型的Karhunen-Love展开,Phys。流体,312573(1988)
[25] S.Chaturantabut,非线性模型简化的离散经验插值,第48届IEEE决策与控制会议论文集,4316(2009)·Zbl 1217.65169号
[26] K.K.Chen,<I>H</I><SUB><I>2</I></SUB>最佳致动器和传感器位置的流体流量控制应用,《美国控制会议记录》,4044(2014)
[27] K.Chen,线性化复杂Ginzburg-Landau系统中执行器和传感器的最优布置,流体力学。,681241(2011年)·Zbl 1241.76164号 ·doi:10.1017/jfm.2011.195
[28] N.Darivandi,LQ最优致动器位置算法,智能材料与结构,22(2013)
[29] B.T.Dickinson,使用群本征正交分解的非线性模型约简,国际期刊数值。分析。型号。,7, 356 (2010) ·Zbl 1499.35732号
[30] V.Druskin,扩展Krylov子空间:矩阵平方根和相关函数的近似,SIAM矩阵分析与应用杂志,19755(1998)·Zbl 0912.65022号 ·doi:10.1137/S0895479895292400
[31] M.Fahl,用Lanczos方法计算流体流动的POD基函数,数学。计算。建模,34,91(2001)·Zbl 0999.76102号 ·doi:10.1016/S0895-7177(01)00051-6
[32] J.S.Gibson,柔性结构线性二次高斯最优控制的近似理论,SIAM J.控制优化。,29, 1 (1991) ·Zbl 0788.93027号 ·数字对象标识代码:10.1137/0329001
[33] L.Giraud,经典Gram-Schmidt正交化过程的舍入误差分析,,数值。数学。,101, 87 (2005) ·Zbl 1075.65060号 ·doi:10.1007/s00211-005-0615-4
[34] G.Golub,《矩阵计算》,约翰霍普金斯大学·Zbl 1268.65037号
[35] A.Hay,使用适当正交分解的灵敏度分析对降阶模型进行局部改进,J.流体力学。,629, 41 (2009) ·Zbl 1181.76045号 ·doi:10.1017/S0022112009006363
[36] M.Heyouni,连续时间代数Riccati方程大规模解的扩展块Arnoldi算法,电子。事务处理。数字。分析。,33, 53 (2009) ·Zbl 1171.65035号
[37] P.Holmes,湍流、相干结构、动力系统和对称,第2版(2012)·Zbl 1251.76001号 ·doi:10.1017/CBO9780511919701
[38] I.Jaimoukha,解大型Lyapunov方程的Krylov子空间方法,SIAM J.Numer。分析。,31, 227 (1994) ·Zbl 0798.65060号 ·doi:10.1137/0731012
[39] K.Jbilou,大型代数Riccati方程的块Krylov子空间方法,《数值算法》,34,339(2003)·兹比尔1045.65036 ·doi:10.1023/B:NUMA.00005349.18793.28
[40] K.Jbilou,基于Arnoldi的大型代数Riccati方程算法,《应用数学快报》,19437(2006)·Zbl 1094.65038号 ·doi:10.1016/j.aml.2005.07.001
[41] K.Jbilou,大型Lyapunov矩阵方程的投影方法,线性代数及其应用,415344(2006)·Zbl 1094.65039号 ·doi:10.1016/j.laa.2004.11.004
[42] T.Kailath,二次调节器的一些Chandrasekhar型算法,1972年IEEE决策与控制会议论文集和第十一届自适应过程研讨会。,219(1972年)
[43] D.Kasinathan,<I>H</I><SUB><I>∞</I></SUB>-最佳致动器位置,IEEE Trans。自动化。控制,582522(2013)·Zbl 1369.93176号 ·doi:10.1109/TAC.2013.2266870
[44] C.Kenney,代数Riccati方程解的牛顿求精误差界,控制数学,3211(1990)·Zbl 0716.93013号 ·doi:10.1007/BF02551369
[45] B.Kramer,通过适当的正交分解求解代数Riccati方程,第19届IFAC世界大会论文集,7767(2014)
[46] K.Kunisch,Galerkin流体动力学一般方程的本征正交分解方法,SIAM数值分析杂志,40,492(2002)·Zbl 1075.65118号 ·doi:10.1137/S0036142900382612
[47] H.Kwakernaak,线性最优控制系统,Wiley-Interscience(1972)·Zbl 0179.14204号
[48] C.H.Lee,Kuramoto-Sivashinsky方程的基于降阶反馈控制,J.Compute。申请。数学。,173, 1 (2005) ·Zbl 1107.93028号 ·doi:10.1016/j.cam.2004.02.021
[49] 李振东,用加倍法求解大规模连续时间代数Riccati方程,,J.Compute。申请。数学。,237, 373 (2013) ·Zbl 1253.65063号 ·doi:10.1016/j.cam.2012.06.006
[50] Y.Lin,代数Riccati方程的一种新的子空间迭代方法,《数值线性代数及其应用》,22,26(2015)·Zbl 1363.65076号 ·doi:10.1002/nla.1936
[51] A.Lindquist,离散平稳过程最优滤波的新算法,SIAM控制杂志,12736(1974)·Zbl 0296.93037号
[52] M.Opmeer,《无限维系统Gramian奇异值的衰变》,载于《欧洲控制会议论文集》,1183(2015)
[53] G.M.Oxberry,适当正交分解的有限记忆自适应快照选择,《工程数值方法国际期刊》(2016)
[54] B.Peherstorfer,动态数据驱动的降阶模型,计算机。方法应用。机械。工程,291,21(2015)·Zbl 1425.65205号 ·doi:10.1016/j.cma.2015.03.018
[55] J.Pralits,钝体尾流的无Riccati-less最优控制,第七届IUTAM层流湍流过渡研讨会,325(2010)
[56] C.Rowley,流体模型简化,使用平衡本征正交分解,国际分叉与混沌杂志,15,997(2005)·Zbl 1140.76443号 ·doi:10.1142/S0218127405012429
[57] M.Rozloíník,非标准内积正交化方法的数值稳定性,BIT,52,1035(2012)·兹比尔1259.65069 ·doi:10.1007/s10543-012-0398-9
[58] Y.Saad,大型Lyapunov方程的数值解,《信号处理》,503(1990)·Zbl 0719.65034号
[59] O.Semeraro,最优控制和估计的Riccati-less方法:二维边界层的应用,《流体力学杂志》,731,394(2013)·Zbl 1294.76108号 ·doi:10.1017/jfm.2013.352
[60] V.Simoncini,求解大规模Lyapunov矩阵方程的新迭代方法,SIAM J.Sci。计算,291268(2007)·Zbl 1146.65038号 ·数字对象标识码:10.1137/06066120X
[61] V.Simoncini,《关于求解大规模代数Riccati方程的两种数值方法》,IMA J.Numer。分析。,34, 904 (2014) ·Zbl 1298.65083号 ·doi:10.1093/imanum/drt015
[62] J.R.Singler,线性PDE系统模型简化的平衡POD:收敛理论,数值。数学。,121, 127 (2012) ·Zbl 1236.93060号 ·doi:10.1007/s00211-011-0424-x
[63] J.R.Singler,线性PDE鲁棒控制计算的平衡POD,Comp。选择。和申请。,53, 227 (2012) ·Zbl 1258.49046号 ·doi:10.1007/s10589-011-9451-x
[64] J.Singler,无限维Lyapunov方程的收敛快照算法,IMA数值分析杂志,311468(2011)·Zbl 1264.65066号 ·doi:10.1093/imanum/drq028
[65] L.Sirovich,湍流与相干结构动力学。I.相干结构,夸脱。申请。数学。,45661(1987年)·Zbl 0676.76047号
[66] J.Sun,代数Riccati方程近似解的剩余界,数值数学,76,249(1997)·Zbl 0878.15007号 ·doi:10.1007/s002110050262
[67] L.Trefethen,光谱和伪光谱,普林斯顿大学出版社(2005)·Zbl 1085.15009号
[68] E.Verriest,LQG-问题的低灵敏度设计和最优降阶。第24中西部交响乐团。循环。系统。,365 (1981)
[69] S.Volkwein,线性二次型最优控制的适当正交分解,讲座笔记(2013)
[70] S.Volkwein,《恰当正交分解:理论和降阶建模》,讲义(2013)
[71] E.Vugrin,《关于非正态分布参数系统的逼近和最优控制》,博士论文(2004)
[72] 王文国,不可约奇异M-矩阵代数Riccati方程的变形,,数值。代数控制优化。,3, 491 (2013) ·Zbl 1271.15005号 ·doi:10.3934/naco.2013.3491
[73] X.Wang,关于对称代数Riccati方程基于双重迭代格式的不精确牛顿方法,,J.Compute。申请。数学。,260, 364 (2014) ·Zbl 1293.65080号 ·doi:10.1016/j.cam.2013.09.074
[74] K.Willcox,通过适当的正交分解进行平衡模型简化,AIAA Journal,40,2323(2015)
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。