Страница 50 из 70
i = 1,..., n ,
где x 1 ,..., xn — фазовые координаты, характеризующие состояние объекта в момент времени t , а u 1 ,..., u r — управляющие параметры. Управление объектом означает выбор управляющих параметров как функций времени
, j = 1,..., r , (2)
являющихся допустимыми с точки зрения имеющихся возможностей управления объектом. Например, в прикладных задачах часто требуется, чтобы в каждый момент времени точка (u 1 ,..., u r ) принадлежала заданному замкнутому множеству U . Это последнее обстоятельство делает рассматриваемую вариационную задачу неклассической. Пусть заданы начальное ( x 1 ,..., x n ) и конечное (x 1 1 ,..., x n 1 ) состояния объекта (1). Об управлении (2) говорят, что оно реализует цель управления, если найдётся такой момент времени t 1 > t , что решение (x 1 (t ),..., x n (t )) задачи
(3)
x i (t ) = x i ,
i = 1,..., n ,
удовлетворяет условию x i (t 1 ) = x i 1 . Качество этого управления будем оценивать значением функционала
, (4)
где — заданная функция. Задача О. у. состоит в отыскании такого реализующего цель управления, для которого функционал (4) принимает наименьшее возможное значение. Т. о., математическая теория О. у. — это раздел математики, рассматривающий неклассические вариационные задачи отыскания экстремумов функционалов на решениях уравнений, описывающих управляемые объекты, и управлений, на которых реализуется экстремум.
Сформулируем для поставленной задачи необходимое условие оптимальности управления.
Принцип максимума Понтрягина. Пусть вектор-функция
u = u (t ) = (u 1 (t ),..., u r (t )), t £ t £ t 1 , (5)
– оптимальное управление, а вектор-функция
x = x (t ) = (x 1 (t ),..., x n (t )), t £ t £ t 1 ,
– соответствующее ему решение задачи (3). Рассмотрим вспомогательную линейную систему обыкновенных дифференциальных уравнений
, (6)
k = 0, 1,..., n ,
и составим функцию
Н (y, х , u ) = ,
зависящую, помимо х и u , от вектора y = (y , y1 ,..., yn ). Тогда у линейной системы (6) существует такое нетривиальное решение
y = y(t ) = (y (t ), y1 (t ),..., yn (t )),
t £ t £ t 1 ,
что для всех точек t из отрезка [t , t 1 ], в которых функция (5) непрерывна, выполнено соотношение
мах Н (y(t ), х (t ), u ) = Н (y(t ), x (t ), u (t )) = 0,
u Î U
причём y (t) º const £ 0.
К виду (1) обычно приводятся уравнения движения в случае управляемых механических объектов с конечным числом степеней свободы. В многочисленных реальных ситуациях возникают и иные постановки задач О. у., отличающиеся от приведённой выше: задачи с фиксированным временем, когда продолжительность процесса заранее задана, задачи со скользящими концами, когда про начальное и конечное состояния известно, что они принадлежат некоторым множествам, задачи с фазовыми ограничениями, когда решение задачи (3) в каждый момент времени должно принадлежать фиксированному замкнутому множеству, и др. В задачах механики сплошных сред характеризующая состояние управляемого объекта величина х является функцией уже не только времени, но и пространственных координат (например, величина х может описывать распределение температуры в теле в данный момент времени), а закон движения будет дифференциальным уравнением с частными производными. Часто приходится рассматривать управляемые объекты, когда независимая переменная принимает дискретные значения, а закон движения представляет собой систему конечно-разностных уравнений. Наконец, отдельную теорию составляет О. у. стохастическими объектами.
Лит.: Математическая теория оптимальных процессов, 2 изд.. М., 1969 (авт. Л. С. Понтрягин, В. Г. Болтянский, Р. В. Гамкрелидзе, Е. Ф. Мищенко); Красовский Н. Н., Теория управления движением, М., 1968; Моисеев Н. Н., Численные методы в теории оптимальных систем, М., 1971.
Н. Х. Розов.
Оптимальные цены
Оптима'льные це'ны при социализме, цены, получаемые в процессе расчёта оптимальною плана производства и потребления продукции на одном и том же массиве экономической информации методами математического программировани я (см. Планирование оптимальное ). Применение О. ц. в масштабах народного хозяйства возможно только в условиях социалистической системы хозяйства. Действие основного экономического закона социализма позволяет представить народнохозяйственное планирование в экстремальной динамической задаче математического программирования.
О. ц. обладают следующими свойствами: обеспечивают хозрасчётное стимулирование выполнения плановых заданий в натуральном выражении (все производственные способы, вошедшие в оптимальный план и измеренные в О. ц., рентабельны; все отвергнутые хозяйственные решения убыточны); оценивают затраты отдельных хозяйственных звеньев с позиций их народно-хозяйственной эффективности (О. ц. включают не только прямые затраты на производство конкретного продукта, но и всю совокупность дополнительных затрат, которые общество вынуждено нести в др. сферах в связи с производством данного продукта); характеризуют уменьшение или увеличение общественных затрат и результатов только в пределах небольших изменений производства и потребления продукции. Последнее свойство О. ц. позволяет использовать их для оценки микроэкономических процессов.
Н. Я. Петраков.