Семинар Отдела динамических систем
ИММ УрО РАН
24.04.2024

Оптимальный синтез в модифицированных задачах о брахистохроне

Н.В. Смирнова

В докладе будут рассмотрены три модифицированные задачи о брахистохроне.

1) Задача с тягой и фиксированной конечной высотой.
Исследуется задача о максимизации горизонтальной координаты точки, движущейся в вертикальной плоскости под действием сил тяжести, вязкого трения, и взаимосвязанная с ней задача о брахистохроне. В задаче вводится штраф за расход топлива для точечной массы, движущейся в вертикальной плоскости в однородном поле силы тяжести. Сопротивление среды считается вязким. В качестве управляющих переменных рассматриваются нормальная составляющая силы реакции кривой и тяга. Задача оптимального управления сводятся к краевой задаче для системы четырех нелинейных дифференциальных уравнений. Анализ полученной системы позволяет получить структуру оптимальных траекторий. Определена структура программы управления экстремальной тягой и аналитически найдена последовательность экстремальных дуг.

2) Задача с переменной массой.
В качестве управляющих переменных рассматриваются угол наклона и тяга. Задан объем топлива. Цель управления состоит в максимизации горизонтальной координаты точки за заданное время. Исследовано сингулярное управление, входящее в оптимальный синтез. Определяется структура оптимальной тяги в трехмерном пространстве "угол наклона-скорость-масса" для конкретной области фазовых переменных.

3) Задача с фазовыми ограничениями на угол наклона траектории.
Предполагается, что на угол наклона траектории наложены ограничения типа неравенств. Задача оптимального управления с фазовыми ограничениями сведена к задаче с ограничениями на управление. В результате ее решения для исходной задачи определяется последовательность и количество выходов на фазовые ограничения и строится синтез оптимального управления.