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bang-bang原理的泛函分析证明

已有 5407 次阅读 2015-1-9 20:43 |系统分类:科研笔记

令A是m维欧式空间中的[-1,1]^m, 即中心在原点的单位方体。控制器是m维,每一维取值在-1到1之间,也就是说,控制器取值属于A.
再定义bang-bang类型控制器,也就是每一维上取值的绝对值始终都是1的控制器。
bang-bang 原理:
对于一个线性系统,如果存在某个控制器使得系统状态从初始时刻x0在t时刻可以到达原点,那么一定存在bang-bang 控制器,也可以使得系统状态在t时刻到达原点。
这个定理利用泛函分析的Krein-Milman 定理,陈述如下:一个集合K如果是本质有界函数空间中的非空凸子集,并且是弱星拓扑下的紧集,那么K一定存在极点。
为证明控制理论问题中bang-bang原理,我们定义K为A中所有可以使得系统经过t时间,从初始状态x0跑到原点处的控制器 形成的集合。
接下来,验证这个K满足Krein-Milman定理所有前提,所以K 存在极点, 接下来,利用反证法证明,这个极点就是bang-bang控制。
验证弱星紧性这一条件,用到Alaoglu定理,这一步很巧妙的利用上了线性系统状态转移上的一个积分关系,所以有弱星收敛的概念的自然导出。
这是另外一个展现泛函分析在应用领域威力的例子。 无非想说的是,泛函分析非常有用。无用之用,方为大用。




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