- •Глава 2. Sdre-метод синтеза управляющих воздействий
- •§ 2.1. Постановка задачи
- •§ 2.2. Дифференциальная игра: общее решение
- •§ 2.3. Оптимальные стратегии дифференциальной игры
- •§ 2.4. Анализ устойчивости по Ляпунову
- •§ 2.6. Структура регулятора
- •§ 2.7. Существование sdre стабилизирующего управления
- •§ 2.8. Анализ локальной оптимальности дифференциальной игры
- •§ 2.9. Множество стабилизирующих управлений
- •§ 2.10. Выводы
§ 2.3. Оптимальные стратегии дифференциальной игры
При установлении условия существования оптимальных управлений в дифференциальной игре будет обобщена лемма [47].
Лемма 2.3.1. Пусть − действительный вектор, − действительные вектор-функции, − действительная функция, определенная на и ─ действительная положительно полуопределенная симметрическая матрица. Тогда уравнение
(2.21)
имеет решение относительно в виде
, (2.22)
если и только если
, (2.23)
где
. (2.24)
Здесь и − псевдо обратные (по Муру-Пенроузу) [11] матрицы от и , где вектор, входящий в так, что
. (2.25)
Доказательство. Подставив (2.22) в (2.21), будем иметь
или
Учитывая, что , , где ─ единичная матрица, , получаем
. (2.26)
Откуда
.
Этим получены достаточные условия существования , как решения уравнения (2.21).
Используя уравнение (2.24), получим необходимые условия выполнения Леммы 2.3.1. Добавим и вычтем в левой части уравнения (2.26) выражение . Будем иметь
. (2.27)
Подставляя в (2.27) выражение для , получаем , так как .
Сделаем некоторое добавление к Лемме 2.3.1 для случая, когда положительно определенная матрица обратима.
Добавление 2.3.1. Пусть симметричная положительно определенная действительная матрица обратима для всех .
Тогда уравнение (2.21) имеет решение относительно в виде , (2.28)
где
, (2.29)
если и только если
. (2.30)
Здесь вектор входит в так, что .
Доказательство. Это следует из Леммы 2.3.1.
Следствие 2.3.1. Если положительно определенная матрица представима в виде
,
где матрицы и , то из (2.29) следует, что
. (2.31)
Следующая теорема, сформулированная с использованием Кронекеровского произведения, устанавливает условия существования оптимальных управлений в дифференциальной игре.
Теорема 2.3.1. Пусть для системы
с функционалом
существует положительно определенная дважды дифференцируемая функция , удовлетворяющая уравнению Гамильтона-Якоби-Беллмана
и
,
где − коммутирующий вектор, параметры которого принимают значения , определяемые при анализе устойчивости системы.
Тогда оптимальные управления и определяются выражениями
где и , если выполняются соотношения
Здесь ─ единичная матрица, ─ символ Кронекеровского произведения.
Доказательство. Для доказательства теоремы 2.3.1 используем Лемму 2.3.1. Пусть
, , ,
и .
Тогда условие (2.21) обретает вид уравнения Гамильтона-Якоби
Решение (2.21) в терминах постановки задачи управления имеет вид
.
Таким образом, учитывая (2.8),
(2.32)
(2.33)
Траектория движения системы (2.1) под воздействием оптимальных управлений (2.32), (2.33) будет являться решением дифференциального уравнения
(2.34)
Замечание 2.3.1. В задаче управления линейным объектом
(2.35)
где матрицы , , и имеют соответствующие размерности: , , , , с функционал качества
условие (2.28)
при назначении функции как
перепишется в виде
.
Откуда
.
Оптимальные управления определяются соотношениями [19]:
, .
Функционал качества принимает конечное значение
.