Operational-optimal finite-dimensional dynamic controller of the stochastic differential plant’s state according to its output. II. Linear-Gaussian plant with inaccurate state measurements and a quadratic-biquadratic criterion

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This article presents a general algorithm for the synthesis of an optimal, on average, fast dynamic regulator, performed sequentially in time and obtained in the first part, with a selectable order for the case of inaccurate measurements of the output of a nonlinear stochastic controlled object. Its application to a particular control problem for a linear-Gaussian object with a variable quality criterion, which is quadratic in the control and regulator state but quadratic-biquadratic in the object state, is demonstrated. It is shown that the optimal nonlinear structural functions of the controller state equation and its output formula in this case are expressed in terms of the first three initial moments of the conditional probability density obtained by solving the Cauchy problem for a nonlinear partial differential equation obtained from the Fokker–Planck–Kolmogorov equation. To find the approximate analytical form of these functions, the Gaussian approximation method is used, which reduces the problem to obtaining the coefficients of some nonlinearities, which depend only on time, by the sequential Monte Carlo method. It is shown that the biquadraticity of the criterion leads to a useful polynomial form up to the third degree for the structural functions of the Gaussian regulator, while for the quadratic criterion, a linear regulator satisfying Wonham’s separation theorem is obtained, and its order is equal to the object order.

About the authors

E. A. Rudenko

Moscow Aviation Institute (National Research University)

Author for correspondence.
Email: rudenkoevg@yandex.ru
Moscow, Russia

References

  1. Руденко Е.А. Оперативно-оптимальный конечномерный динамический регулятор состояния стохастического дифференциального объекта по его выходу. I. Общий нелинейный случай // Изв. РАН. ТиСУ. 2022. № 5. С. 23–39.
  2. Меркулов В.И., Верба В.С. Синтез и анализ авиационных радиоэлектронных систем управления. М.: Радиотехника, 2023.
  3. Меркулов В.И. Оптимизация систем управления по локальным квадратично-биквадратным функционалам качества // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. № 11. С. 22–33.
  4. Верба В.С., Меркулов В.И., Руденко Е.А. Линейно-кубическое локально-оптимальное управление линейными системами и его применение для наведения летательных аппаратов // Изв. РАН. ТиСУ. 2020. № 5. С. 129–141.
  5. Казаков И.Е. Синтез условно оптимального управления по локальному критерию в нелинейных стохастических системах // АиТ. 1987. № 12. С. 72–80.
  6. Руденко Е.А. Оптимальный конечномерный регулятор состояния стохастического дифференциального объекта по его выходу. I. Неполные точные измерения // Изв. РАН. ТиСУ. 2023. № 4. С. 59–74.
  7. Руденко Е.А. Оптимальный конечномерный регулятор состояния стохастического дифференциального объекта по его выходу. II. Стохастические измерения и теорема разделения // Изв. РАН. ТиСУ. 2024. № 1. С. 34–50.
  8. Wonham W.M. On the Separation Theorem of Stochastic Control // SIAM J. Control. 1968. V. 6. № 2. P. 312–326.
  9. Параев Ю.И. Введение в статистическую динамику процессов управления и фильтрации М.: Сов. радио, 1976.
  10. Казаков И.Е. Статистическая теория систем управления в пространстве состояний. М.: Наука, 1975.
  11. Дегтярев Г.Л., Сиразетдинов Т.К. Теоретические основы оптимального управления упругими космическими аппаратами. М.: Машиностроение, 1986.
  12. Rybakov K.A. Spectral Representations of Iterated Stochastic Integrals and their Application for Modeling Nonlinear Stochastic Dynamics // Mathematics. 2023. V. 11. № 19. 4047.
  13. Аверина Т.А., Рыбаков К.А. Методы типа Розенброка для решения стохастических дифференциальных уравнений // Сиб. журн. вычислительной математики. 2024. Т. 27. № 2. С. 123–145.
  14. Тарасенко Ф.П. Непараметрическая статистика. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1976.
  15. Silverman B. W. Density Estimation for Statistics and Data Analysis. London: Chapman & Hall, 1986.
  16. Ченцов Н.Н. Статистические решающие правила и оптимальные выводы. М.: Наука, 1972.
  17. Averina T. Conditional Optimization of Algorithms for Estimating Distributions of Solutions to Stochastic Differential Equations // Mathematics. 2024. V. 12. № 4. 586.
  18. Korda A.S., Mikhailov G.A., Rogasinsky S.V. Construction and Optimization of Numerically-statistical Projection Algorithms for Solving Integral Equations // Russian J. Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2022. V. 37. № 5. P. 213–219.
  19. Ширяев А.Н. Вероятность. М.: Наука, 1980.
  20. Синицын И.Н. Фильтры Калмана и Пугачева. М.: Логос, 2007.
  21. Руденко Е.А. Оперативное абсолютно оптимальное динамическое управление состоянием стохастического дифференциального объекта по его выходу // Изв. РАН. ТиСУ. 2023. № 2. С. 93–107.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».