Some Results On Optimal Control for Nonlinear Descriptor Systems

Abstract: I denna avhandling studeras optimal återkopplad styrning av olinjära deskriptorsystem. Ett deskriptorsystem är en matematisk beskrivning som kan innehålla både differentialekvationer och algebraiska ekvationer. En av anledningarna till intresset för denna klass av system är att objekt-orienterade modelleringsverktyg ger systembeskrivningar på denna form. Här kommer det att antas att det, åtminstone lokalt, är möjligt att eliminera de algebraiska ekvationerna och få ett system på tillståndsform. Teoretiskt är detta inte så inskränkande för genom att använda någon indexreduktionsmetod kan ganska generella deskriptor\-system skrivas om så att de uppfyller detta antagande.För system på tillståndsform kan Hamilton-Jacobi-Bellman-ekvationen användas för att bestämma den optimala återkopplingen. Ett liknande resultat finns för deskriptor\-system där istället en Hamilton-Jacobi-Bellman-liknande ekvation ska lösas. Denna ekvation innehåller dock en extra term för att hantera de algebraiska ekvationerna. Eftersom antagandena i denna avhandling gör det möjligt att skriva om deskriptorsystemet som ett tillståndssystem, undersöks hur denna extra term måste väljas för att båda ekvationerna ska få samma lösning.Ett problem med att beräkna den optimala återkopplingen med hjälp av Hamilton-Jacobi-Bellman-ekvationen är att det leder till att en olinjär partiell differentialekvation ska lösas. Generellt har denna ekvation ingen explicit lösning. Ett lättare problem är att beräkna en lokal optimal återkoppling. För analytiska system på tillståndsform löstes detta problem på 1960-talet och den optimala lösningen beskrivs av serieutvecklingar. I denna avhandling generaliseras detta resultat så att även deskriptor-system kan hanteras. Metoden illustreras med ett exempel som beskriver en faslåsande krets.I många situationer vill man veta om ett område är möjligt att nå genom att styra på något sätt. För linjära tidsinvarianta system fås denna information från styrbarhetgramianen. För olinjära system används istället styrbarhetsfunktionen. Tre olika metoder för att beräkna styrbarhetsfunktionen har härletts i denna avhandling. De framtagna metoderna är också applicerade på några exempel för att visa beräkningsstegen.Dessutom har observerbarhetsfunktionen studerats. Observerbarhetsfunktionen visar hur mycket utsignalenergi ett visst initial tillstånd svarar mot. Ett par olika metoder för att beräkna observerbarhetsfunktionen för deskriptorsystem tagits fram. För att beskriva en av metoderna, studeras ett litet exempel bestående av en elektrisk krets.