Skip to main content
Erschienen in:
Buchtitelbild

2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

1. Optimal Control Under Stochastic Uncertainty

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Optimal control and regulator problems that arise in many concrete applications (mechanical, electrical, thermodynamical, chemical, etc.) are modeled by dynamical control systems obtained from physical measurements and/or known physical (a priori) laws. The basic control system (input–output system) is mathematically represented by a system of first order differential equations with random parameters:
$$\displaystyle \begin {array}{rcl} \dot z (t) & = & g \Big ( t, \omega , z (t) , u (t) \Big ), t_0 \leq t \leq t_f , ~ \omega \in \Omega \\ z (t_0) & = & z_0 ( \omega ). \end {array} $$
Here, ω is the basic random element taking values in a probability space \((\Omega , \mathcal {A}, P)\), and describing the random variations of model parameters or the influence of noise terms. The probability space \((\Omega , \mathcal {A}, P)\) consists of the sample space or set of elementary events Ω, the σ-algebra \(\mathcal {A}\) of events and the probability measure P. The plant state vector z = z(t, ω) is an m-vector involving direct or indirect measurable/observable quantities like displacements, stresses, voltage, current, pressure, concentrations, etc., and their time derivatives (velocities), z 0(ω) is the random initial state. The plant control or control input u(t) is a deterministic or stochastic n-vector denoting system inputs like external forces or moments, voltages, field current, thrust program, fuel consumption, production rate, etc. Furthermore, \(\dot z\) denotes the derivative with respect to the time t.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Allgöwer, F.E.A. (ed.): Nonlinear Model Predictive Control. Birkhäuser Verlag, Basel (2000) Allgöwer, F.E.A. (ed.): Nonlinear Model Predictive Control. Birkhäuser Verlag, Basel (2000)
2.
Zurück zum Zitat Aoki, M.: Optimization of Stochastic Systems – Topics in Discrete-Time Systems. Academic Press, New York (1967) Aoki, M.: Optimization of Stochastic Systems – Topics in Discrete-Time Systems. Academic Press, New York (1967)
3.
Zurück zum Zitat Åström, K.J.: Introduction to Stochastic Control Theory. Elsevier, Amsterdam (1970) Åström, K.J.: Introduction to Stochastic Control Theory. Elsevier, Amsterdam (1970)
4.
Zurück zum Zitat Bauer, H.: Wahrscheinlichkeitstheorie und Grundzüge der Masstheorie. Walter de Gruyter & Co., Berlin (1968) Bauer, H.: Wahrscheinlichkeitstheorie und Grundzüge der Masstheorie. Walter de Gruyter & Co., Berlin (1968)
5.
Zurück zum Zitat Bunke, H.: Gewöhnliche Differentialgleichungen mit zufälligen Parametern. Akademie-Verlag, Berlin (1972) Bunke, H.: Gewöhnliche Differentialgleichungen mit zufälligen Parametern. Akademie-Verlag, Berlin (1972)
6.
Zurück zum Zitat Carathéodory, C.: Vorlesungen über reelle Funktionen. Teubner, Leipzig (1918) Carathéodory, C.: Vorlesungen über reelle Funktionen. Teubner, Leipzig (1918)
7.
Zurück zum Zitat Demyanov, V., Rubinov, A.: Approximate Methods in Optimization Problems. American Elsevier, Publishing Company, Inc., New York (1970) Demyanov, V., Rubinov, A.: Approximate Methods in Optimization Problems. American Elsevier, Publishing Company, Inc., New York (1970)
8.
Zurück zum Zitat Dieudonné, J.: Foundations of Modern Analysis. Academic Press, New York (1969) Dieudonné, J.: Foundations of Modern Analysis. Academic Press, New York (1969)
9.
Zurück zum Zitat Dreyfus, S.: Some types of optimal control of stochastic systems. J. SIAM Control 2(1), 120–134 (1964) Dreyfus, S.: Some types of optimal control of stochastic systems. J. SIAM Control 2(1), 120–134 (1964)
10.
Zurück zum Zitat Dreyfus, S.: Dynamic Programming and the Calculus of Variations. Academic Press, New York (1965) Dreyfus, S.: Dynamic Programming and the Calculus of Variations. Academic Press, New York (1965)
11.
Zurück zum Zitat Dreyfus, S.E., Law, A.M.: The Art of Dynamic Programming. Academic Press, New York (1977) Dreyfus, S.E., Law, A.M.: The Art of Dynamic Programming. Academic Press, New York (1977)
12.
Zurück zum Zitat Dullerud, G., Paganini, F.: A Course in Robust Control Theory. Springer, New York (2000) Dullerud, G., Paganini, F.: A Course in Robust Control Theory. Springer, New York (2000)
13.
Zurück zum Zitat Findeisen, R., et al.: Sampled–Data Nonlinear Model Predictive Control for Constrained Continuous Time Systems, pp. 207–235. Springer, Berlin (2007) Findeisen, R., et al.: Sampled–Data Nonlinear Model Predictive Control for Constrained Continuous Time Systems, pp. 207–235. Springer, Berlin (2007)
16.
Zurück zum Zitat Kalman, R., et al.: Topics in Mathematical System Theory. McGraw-Hill Book Company, New York (1969) Kalman, R., et al.: Topics in Mathematical System Theory. McGraw-Hill Book Company, New York (1969)
17.
Zurück zum Zitat Ku, R., Athans, M.: On the adaptive control of linear systems using the open-loop feedback optimal approach. IEEE Trans. Autom. Control 18, 489–493 (1973) Ku, R., Athans, M.: On the adaptive control of linear systems using the open-loop feedback optimal approach. IEEE Trans. Autom. Control 18, 489–493 (1973)
18.
Zurück zum Zitat Luenberger, D.: Optimization by Vector Space Methods. J. Wiley, New York (1969) Luenberger, D.: Optimization by Vector Space Methods. J. Wiley, New York (1969)
19.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Convex approximations of stochastic optimization problems. Math. Meth. Oper. Res. 20, 66–76 (1975) Marti, K.: Convex approximations of stochastic optimization problems. Math. Meth. Oper. Res. 20, 66–76 (1975)
20.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Approximationen Stochastischer Optimierungsprobleme. Hain, Konigstein/Ts (1979) Marti, K.: Approximationen Stochastischer Optimierungsprobleme. Hain, Konigstein/Ts (1979)
21.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Stochastic optimization methods in robust adaptive control of robots. In: Groetschel, M.E.A. (ed.) Online Optimization of Large Scale Systems, pp. 545–577. Springer, Berlin (2001) Marti, K.: Stochastic optimization methods in robust adaptive control of robots. In: Groetschel, M.E.A. (ed.) Online Optimization of Large Scale Systems, pp. 545–577. Springer, Berlin (2001)
22.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Adaptive Optimal Stochastic Trajectory Planning and Control (AOSTPC) for Robots, pp. 155–206. Springer, Berlin (2004) Marti, K.: Adaptive Optimal Stochastic Trajectory Planning and Control (AOSTPC) for Robots, pp. 155–206. Springer, Berlin (2004)
23.
Zurück zum Zitat Marti, K.: Stochastic nonlinear model predictive control (SNMPC). In: 79th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), Bremen 2008, PAMM, vol. 8, Issue 1, pp. 10775–10776. Wiley-VCH, Weinheim (2008) Marti, K.: Stochastic nonlinear model predictive control (SNMPC). In: 79th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), Bremen 2008, PAMM, vol. 8, Issue 1, pp. 10775–10776. Wiley-VCH, Weinheim (2008)
30.
Zurück zum Zitat Schacher, M.: Stochastisch Optimale Regelung von Robotern. No. 1200 in Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (2011) Schacher, M.: Stochastisch Optimale Regelung von Robotern. No. 1200 in Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (2011)
31.
Zurück zum Zitat Smirnov, W.: Lehrgang der Höheren Mathematik, Teil IV. Deutscher Verlag der Wissenschaft, Berlin (1966) Smirnov, W.: Lehrgang der Höheren Mathematik, Teil IV. Deutscher Verlag der Wissenschaft, Berlin (1966)
32.
Zurück zum Zitat Soong, T.: Active structural control in civil engineering. Eng. Struct. 10, 74–84 (1988) Soong, T.: Active structural control in civil engineering. Eng. Struct. 10, 74–84 (1988)
33.
Zurück zum Zitat Soong, T.: Active Structural Control: Theory and Practice. John Wiley, New York (1990) Soong, T.: Active Structural Control: Theory and Practice. John Wiley, New York (1990)
34.
Zurück zum Zitat Stengel, R.: Stochastic Optimal Control: Theory and Application. J. Wiley, New York (1986) Stengel, R.: Stochastic Optimal Control: Theory and Application. J. Wiley, New York (1986)
35.
Zurück zum Zitat Tse, E., Athans, M.: Adaptive stochastic control for a class of linear systems. IEEE Trans. Autom. Control 17(1), 38–52 (1972) Tse, E., Athans, M.: Adaptive stochastic control for a class of linear systems. IEEE Trans. Autom. Control 17(1), 38–52 (1972)
36.
Zurück zum Zitat Walter, W.: Gewöhnliche Differentialgleichungen. Springer, Berlin (2000) Walter, W.: Gewöhnliche Differentialgleichungen. Springer, Berlin (2000)
Metadaten
Titel
Optimal Control Under Stochastic Uncertainty
verfasst von
Kurt Marti
Copyright-Jahr
2020
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-55662-4_1