<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD v1.0 20120330//EN" "JATS-archivearticle1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
  <front>
    <journal-meta />
    <article-meta>
      <title-group>
        <article-title>Условие стабилизируемости и коррекция движения линейных систем с импульсными воздействиями и запаздыванием</article-title>
      </title-group>
      <abstract>
        <p>1-Институт математики и механики им. Н.Н. Красовского УрО РАН (Екатеринбург) 2-Уральский федеральный университет (Екатеринбург) Исследуются свойства стабилизируемости решений линейной системы дифференциальных уравнений с запаздыванием и обобщённым воздействием в матрице системы, а также предлагаются импульсные методы коррекции систем без запаздывания. Получены достаточные условия, которые обеспечивают устойчивость и асимптотическую устойчивость решений системы уравнений. Для задач коррекции систем без запаздывания с целью минимизации конечного функционала указаны алгоритмы, согласно которым определяются моменты коррекции и возникает невозрастающая последовательность прогнозируемых значений функционала. Результаты применяются в задачах навигации и биофизики. Ключевые слова: устойчивость; стабилизируемость; системы с запаздыванием; коррекция движения; импульсные управления.</p>
      </abstract>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec-1">
      <title>-</title>
      <p>за счёт асимптотической устойчивости линейной однородной системы без импульсов. Главной
особенностью рассматриваемой системы является наличие некорректной операции умножения разрывной функции
на ±-функцию,которая получается за счёт обобщённого дифференцирования ступенчатой функции, а это
приводит к возникновению импульса и разрыву траектории. Под решением, так же как и в [1, 5, 7],
понимается поточечный предел последовательности гладких решений, порождённых гладкой аппроксимацией
обобщённого воздействия, если этот предел не зависит от выбора аппроксимирующей последовательности.</p>
      <p>Рассматриваются также импульсные управляемые системы, описывающие в линейном приближении
отклонение фазового вектора от номинальной траектории. Такие системы часто возникают в задачах
управления летательными объектами, [8]. Общие методы решения задач управления с неполной информацией
предложены, например, в [9–11]. Тем не менее, специальные ограничения на возмущения и подходящая
формулировка задачи дают возможность получить более продвинутые результаты. Используются методы
управления в условиях неопределённости, а также информационные и совместимые множества, [11–13].
Задачи управления наблюдениями рассматривались в [14]. В данной работе расширяются и
дополняются результаты [15] в случае импульсных управлений. Другие задачи коррекции движения исследовались
в [17, 18].
2 Задача стабилизации
Рассмотрим линейную систему дифференциальных уравнений с запаздыванием, следующего вида:
с начальным условием</p>
      <p>m
x_ (t) = ³A + X Dj(t)v_j(t)´x(t) + A¿ x(t ¡ ¿ );
j=1</p>
      <p>x(t) = '(t):
где A; A¿ – постоянные n £ n матрицы, Dj(t) (j 2 1; m) – непрерывные ограниченные взаимно
коммутативные матрицы-функции размерности n £ n, vi – компоненты вектор функции v(t) = (v1(t); v2(t); :::; vm(t))T ,
'(t) – начальная функция, которая является функцией ограниченной вариации, определённой на [t0 ¡¿; t0].
Будем предполагать, что v(t) = (v1(t); v2(t); :::; vm(t))T – кусочно-постоянные функции, имеющие разрывы
в точках t0 &lt; t1 &lt; t2 &lt; ::: &lt; tn &lt; ::: и эта последовательность не имеет точек сгущения. Функции vi(t)
в точках разрыва будем считать непрерывными слева. При сделанных выше предположениях систему (1)
можно записать в следующем виде:</p>
      <p>m
x_ (t) = Ax(t) + A¿ x(t ¡ ¿ ) + X Dj(t) ¢ x(t) ¢ 4vj(ti) ¢ ±(t ¡ ti);</p>
      <p>j=1
где 4vj(ti) = vj(ti + 0) ¡ vj(ti) – скачки кусочно-постоянных функций vj(t), ±(t ¡ ti) – ±-функция Дирака
[1], сосредоточенная в момент времени ti. Решение уравнения (2) , согласно [1, 2, 7], будут удовлетворять
следующему интегральному уравнению
x(t) = '(t0) +</p>
      <p>Ax(»)d» +
Z t
t0</p>
      <p>Z t
t0</p>
      <p>A¿ x(» ¡ ¿ )d» + X S(ti; x(ti); 4v(ti + 0));
ti&lt;t
а функции скачков определяются следующими уравнениями</p>
      <p>S(ti; x(ti); 4v(ti + 0)) = z(1) ¡ z(0);</p>
      <p>
        m
z_(») = X Dj(ti)z(»)4vj(t); z(0) = x:
j=1
(1)
(2)
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref1">3</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref2">4</xref>
        )
      </p>
      <p>
        kY (t; ¡s)k · ce®(t¡s)(® &gt; 0; c ¸ 1);
где Y (t; ¡s) – фундаментальная матрица системы (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref3">5</xref>
        ). Далее переходим к вычислению скачка
S(t1; x(t1); 4v(t1)) с помощью дифференциального уравнения (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref2">4</xref>
        ), где значение z(1) даёт начальное
условие для движения системы (1) на следующем промежутке (t1; t2], которое строится с помощью решения
уравнения (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref3">5</xref>
        ) с начальным условием x(t1) + S(t1; x(t1); 4v(t1)).
      </p>
      <p>
        Поставим в соответствие разрывной траектории x(t) непрерывную траекторию x¤(t), которая будет
определяться решением дифференциального уравнения
на промежутке (ti +i; ti+1 +i], а на промежутке (ti +i¡1; ti +i] как решение дифференциального уравнения
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref2">4</xref>
        ). Пусть справедливо следующее неравенство:
x_ ¤(s) = Ax¤(s) + A¿ x¤(s ¡ ¿ );
kDei(s)k · be¸is(b ¸ 1; ¸i &lt; 0);
здесь Dei(s)¡ нормированная фундаментальная матрица системы (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref2">4</xref>
        ).
      </p>
      <p>В результате получили систему с переменной структурой (4!i¡s) [19] , решением которой является
непрерывная вектор-функция x¤(s). В результате, исходной задаче поставлена в соответствие система с
переключениями, где в зависимости от интервала активируется соответствующая подсистема. Наглядно
это демонстрирует следующий рисунок.</p>
      <p>Рис. 1: Слева изображена траектория с разрывами, справа – непрерывная траектория x¤(s)
2.2</p>
      <p>Условия стабилизируемости
Предположим, что x(t)¡ аппроксимируемое решение уравнения (1), порождаемое начальной функцией
'(t), которая задаётся на [t0 ¡ ¿; t0]. Тогда согласно формуле Коши из [20], получим:
До точки разрыва аппроксимируемое решение будет определяться следующим уравнением:
x(t) = Y (t; ¡t0) ¢ '(t0) +</p>
      <p>Z 0
¡¿</p>
      <p>Y (t; ¡t0 ¡ ¿ ¡ s)A¿ ¢ '(s)ds + X Y (t; ti) ¢ S(ti; x(ti); 4v(ti)):</p>
      <p>ti&lt;t
x(t) = Y (t; ¡t0) ¢ '(t0) +</p>
      <p>
        Y (t; ¡t0 ¡ ¿ ¡ s)A¿ '(s)ds:
Z 0
¡¿
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref3">5</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref4">6</xref>
        )
Вычисляя норму левой и правой части, получим:
      </p>
      <p>
        kx(t)k · ceti+1¡ti(1 + kA¿ k) [t0m¡a¿;xt0] k'(¢)k:
Далее переходим на следующий промежуток [t1; t1 +1], на котором активируется вторая подсистема. Тогда
с учётом (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref4">6</xref>
        ) и (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref5">7</xref>
        ) получим справедливое выражение для оценки склеенной траектории
kx¤(t1 + 1)k · be¸1kx¤(t1)k · cbe¸1+®(t1¡t0)(1 + kA¿ k) [t0m¡a¿;xt0] k'(¢)k:
Далее, по индукции можно показать, что для произвольного отрезка [ti+i; ti+1+i] справедливо неравенство
i
kx¤(ti + 1)k · exp(i ln c + i ln b + X ¸k + ®(ti ¡ t0) + i ln(1 + kA¿ k)) [t0m¡a¿;xt0] k'(¢)k:
      </p>
      <p>
        k=1
Если степень экспоненты в (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref6">8</xref>
        ) есть величина ограниченная, то решение системы (1) будет устойчивым, а
если степень экспоненты (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref6">8</xref>
        ) стремится к ¡1 при t ! 1, то получаем асимптотическую устойчивость.
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref5">7</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref6">8</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref7">9</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref8">10</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref9">11</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref10">12</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref11">13</xref>
        )
с непрерывной матрицей G(t). Неизвестные функции v(t); w(t) и начальное состояние x0 стеснены
ограничениями
      </p>
      <p>y(t) = G(t)x(t) + w(t);
jx0j2P0 + Z T ³jv(t)j2Q(t) + jw(t)j2R(t)´ dt · 1;</p>
      <p>
        0
где символ jxj2P равен x0P x, штрих 0 означает транспонирование, P0, Q(t); R(t) – симметричные,
положительно определённые и непрерывные матрицы, имеющие подходящую размерность. Допускается
вырождение матрицы P0. Если она нулевая, информация о начальном состоянии полностью отсутствует. В этом
случае считается выполненным
Предположение 1. Система (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref7">9</xref>
        ), (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref8">10</xref>
        ) при u ´ 0; v ´ 0; w ´ 0 полностью наблюдаема [9, 21] на любом
подинтервале [s; ¿ ] ½ [0; T ]:
      </p>
      <p>Используются управления вида u(t) = dU (t)=dt, где U (t) – вектор-функция ограниченной вариации,
подчинённая неравенству</p>
      <p>Z T
0</p>
      <p>j dU (t) j· ¹; ¹ &gt; 0:
Здесь и далее j ¢ j – евклидова норма и Rab jdU (t)j = var[a;b]U – полная вариация функции U .</p>
      <p>Цель управления – минимизировать терминальный функционал jDx(T )j, где D 2 Rd£n – заданная
матрица. Выбор неопределённых параметров fx0; v(¢); w(¢)g может мешать минимизации.
3.1</p>
      <p>
        Информационные и совместимые множества
Изложим кратко теорию оценивания в нашем случае. В случае невырожденной матрицы P0
информационное множество X(t; y; u) ½ Rn, состоящее из всех векторов x = x(t); которые могут реализоваться в
системе (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref7">9</xref>
        ), (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref8">10</xref>
        ), (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref9">11</xref>
        ), описывается уравнениями
3 Задачи коррекции
Будем рассматривать n-векторную линейную систему вида
      </p>
      <p>x_ (t) = A(t)x + B(t)u(t) + C(t)v(t); t 2 [0; T ];
с известными непрерывными коэффициентами. Наблюдается m-векторный сигнал</p>
      <p>
        X(t; y; u) = nx 2 Rn : jx ¡ x^(t)j2P (t) + h(t) · 1o; x^(0) = 0; h(0) = 0;
x^_(t) = A(t)x^(t) + B(t)u(t) + P ¡1(t)G0(t)R(t)(y(t) ¡ G(t)x^(t)); h_(t) = jy(t) ¡ G(t)x^(t)j2R(t);
P_ (t) = G0(t)R(t)G(t) ¡ P (t)C(t)Q¡1(t)C0(t)P (t) ¡ A0(t)P (t) ¡ P (t)A(t); P (0) = P0:
Соотношение между совместимым и информационным множеством даётся равенством X(t; y; u) =
projRnV(t; y; u). Подробнее см. [15, Лемма 2, ф-ла (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref11">13</xref>
        )].
3.2
      </p>
      <p>
        Коррекция с предписанными моментами изменения управления
Пусть ¸ : 0 &lt; t1 &lt; ¢ ¢ ¢ &lt; tN+1 = T – разбиение на [0; T ]. Моменты ti называются моментами
коррекции управления. Введём ресурс ¹(t) = ¹ ¡ R0t jdU (s)j управления и рассмотрим тройку p(t) =
(x^(t); h(t); ¹(t)) как позицию системы в момент t. Заметим, что совместимое множество V(t; y; u)
зависит только от пары (x^(t); h(t)). Переход между двумя смежными позициями pi = (x^(ti); h(ti); ¹(ti)) и
pi+1 = (x^(ti+1); h(ti+1); ¹(ti+1)) зависит от управления ui(t) = dUi(t)=dt и обновляющей функции fi(t) на
[ti; ti+1]. Функция ограниченной вариации может иметь скачок в момент ti. В этом случае мы различаем
скачок слева на [ti¡; ti] и справа на [ti; ti+]. Введём множества Ui(º) = ©U (¢) : Rttii+1 jdU (t)j · ºª, где º · ¹,
i 2 1 : N . Пусть символ XT (utjV(t; y; u)) означает множество достижимости системы (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref7">9</xref>
        ) из совместимого
множества V (t; y; u), где wt = 0. Это множество состоит из векторов x(T ) при переборе в (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref12">14</xref>
        ) совокупности
V(t; y; u) c wt = 0.
Задача 1. Найти функции Ui¤(t) ограниченной вариации (ui¤(t) = dUi¤(t)=dt) на интервалах [ti; ti+1] и
неотрицательные числа ºi, i 2 1 : N , дающие величину
      </p>
      <p>J¤ = min min max : : :
º1:N U12U1(º1) f1(¢)</p>
      <p>min max max</p>
      <p>
        UN2UN(ºN) fN(¢) x2XT (uNjV(tN;y;u)) jDxj;
где PiN=1 ºi · ¹, Rttii+1 jfi(s)j2R(s)ds · 1 ¡ hi, для всех i 2 1 : N . Полагаем U (t) ´ 0 на [0; t1].
Замечание 1. Так как (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref7">9</xref>
        ), (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref8">10</xref>
        ) линейны, мы имеем X(t; y; u) = z(t) + X(t; y~; 0), где y~(t) = y(t) ¡ G(t)z(t) и
z_(t) = A(t)z(t) + B(t)u(t); z(0) = 0:
При вырожденной матрице P0 используются уравнения [15, формулы (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref6">8</xref>
        ),(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref7">9</xref>
        )]. Далее рассматриваем только
невырожденный случай. Введём функции
      </p>
      <p>
        f (t) = y(t) ¡ G(t)x^(t); t 2 [0; T ]; V (t; x) = jx ¡ x^(t)j2P (t) + h(t):
Использование обновляющей функции f (t) и сигнала y(t) (за вычетом слагаемого с управлением)
абсолютно эквивалентно согласно (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref11">13</xref>
        ). Функция V (t; x) имеет смысл минимума критерия типа (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref9">11</xref>
        ) на [0; t] при
краевом условии x = x(t) и заданном сигнале и управлении. Используются далее и совместимые
множества V(t; y; u) ½ Rn £ Lq2[t; T ] £ L2m[t; T ], состоящие из троек f(x(t); vt(¢); wt(¢))g, для которых существуют
функции (v(¢); w(¢)), удовлетворяющие (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref9">11</xref>
        ) и такие, что выход (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref8">10</xref>
        ) на [0; t] с условием x = x(t) совпадает
почти всюду с заданным сигналом yt(¢). Здесь и далее vt(¢) – сужение функции v(¢) на [t; T ], а yt(¢) –
сужение функции y(¢) на [0; t]. Совместимое множество описывается формулой
      </p>
      <p>(
V(t; y; u) = (x; vt; wt) : V (t; x) +
)
jvt(s)j2Q(s) + jwt(s)j2R(s)´ds · 1 :
Z T ³</p>
      <p>
        t
Ji(p; ui¤) = mfia(¢x) ji+1(p);
Аналогично, имеем V(t; y; u) = (z(t); 0; 0) + V(t; y~; 0). С этого момента пишем множества с y~(¢) и u(¢) = 0
как X(t; y~) и V(t; y~), соответственно. Поэтому XT (ut j V(t; y; u)) = z(T ) + XT (0 j V(t; y~)) и величина (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref13">15</xref>
        )
может быть записана как
      </p>
      <p>J¤ = min inf max : : :
º1:N U12U1(º1) f1(¢)</p>
      <p>UN2UN(ºN) fN(¢) x2XT (0jV(tN;y~)) jD(z(T ) + x)j</p>
      <p>
        min max max
с теми же ограничениями, как и в (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref13">15</xref>
        ).
Задача 2. В любой предписанный момент ti, i 2 1 : N следует найти управление uiT ¤(¢), которое даёт
решение задачи:
max max
fi(¢) x2XT (uijV(ti;y;u)) jDxj ! mUiin = ji(p);
при ограничениях RtTi jfi(s)j2R(s)ds · 1 ¡ h(ti), RtTi jdUi(s)j · ¹(ti), и далее совершить одношаговый прогноз
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref12">14</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref13">15</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref14">16</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref15">17</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref16">18</xref>
        )
      </p>
      <p>Jt(p; ¿; u¤) = mfta(¢x) j¿ (p);
J¤(t; p; u¤) = inf</p>
      <p>¿2[t;T ] Jt(p; ¿; u¤);
J¤(t; p; u¤) &lt; jt(p)</p>
      <p>
        J¤(t; p; u¤) = jt(p):
где Rttii+1 jfi(s)j2R(s)ds · 1¡h(ti) и ui¤(s) = dUiT ¤(s)=ds на интервале [ti; ti+1]. Если Ji(p; ui¤) &lt; ji(p), сохраняем
управление uiT ¤ на [ti; ti+1]. Иначе переходим к управлению ui+1¤, минимизирующему величину (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref16">18</xref>
        ) при
i
ограничении R ti+1 jdU (t)j · ¹(ti). Управление может быть не единственным. Если так, выбираем любой
ti
минимизатор. В примерах имеет смысл принять специальное решение. В этой задаче ¹(t1) = ¹, как и
выше.
где Rt¿ jft(s)j2R(s)ds · 1 ¡ h(t) и u¤(s) = dUtT ¤(s)=ds на интервале [t; ¿ ]. Введём величину
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref17">19</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref18">20</xref>
        )
которая определяет минимум худшего прогноза (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref17">19</xref>
        ). Процедура начинается с t1 &gt; 0 с ¹(t1) = ¹. Тогда
если
для всех t близких к t1 и таких что t &gt; t1, мы продолжаем использовать ut¤1 до первого момента t = t2 &gt; t1,
когда
В момент t2 программное минимаксное управление модифицируется, и мы переходим к оптимальному
управлению uT ¤(¢), дающему решение задачи подобно (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref15">17</xref>
        ). Процедура повторяется на [t2; T ]. Поэтому
t2
приходим к последовательности моментов коррекции ftkg; t1 &lt; t2 &lt; : : : · T: Как увидим ниже, все
минимумы и максимумы в формулах (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref13">15</xref>
        ) – (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref18">20</xref>
        ) достигаются.
4
      </p>
      <p>Минимаксные решения задач коррекции
Рассмотрим задачи в подсекции 3.2. Для краткости обозначим x^(ti) = x^i, h(ti) = hi, и ¹(ti) = ¹i, p(ti) = pi.
Введём функцию будущих потерь</p>
      <p>Wi(p; ºi:N ) =</p>
      <p>min max : : :
Ui2Ui(ºi) fi(¢)</p>
      <p>min max max</p>
      <p>
        UN 2UN (ºN ) fN (¢) x2XT (uN jV(tN ;y;u)) jDxj;
где PjN=i ºj · ¹i, Rttjj+1 jfj(s)j2R(s)ds · 1 ¡ hj, для всех j 2 i : N . Через Wi(p) обозначим величину
minºi:N Wi(p; ºi:N ). Нетрудно заметить, что J ¤ = W1(p) в (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref13">15</xref>
        ) и функции Wi(p; ºi:N ), Wi(p),
удовлетворяют рекуррентным соотношениям
      </p>
      <p>Wi(p; ºi:N ) =</p>
      <p>
        min max Wi+1(p; ºi+1:N ); Wi(p) = min max Wi+1(p);
Ui2Ui(ºi) fi(¢) Ui(¢) fi(¢)
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref19">21</xref>
        )
где Rttii+1 jfi(s)j2R(s)ds · 1 ¡ hi, Rttii+1 jdUi(t)j · ¹i, i 2 1 : N . Соотношения (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref19">21</xref>
        ) имеют граничное условие
WN+1(p) = x:jx¡x^(T )mj2Pa(Tx)·1¡h(T ) jDxj = max nl0Dx^(T ) + (1 ¡ h(T ))1=2jD0ljP ¡1(T )o :
      </p>
      <p>
        jlj·1
На последнем шаге соотношений (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref19">21</xref>
        ), когда i = N , используя граничное условие, получаем
½
WN (p; ºN ) = max r(l; tN )x^N ¡ s2m[tNa x;T ] jr(l; s)B(s)jºN + ³(1 ¡ hN )³¸(tN )(1 ¡ jlj2) + jD0lj2P (T;tN )
jlj·1
;
WN (p) = WN (p; ¹N );
'i(l) = conc ¡
½
      </p>
      <p>½
Wi(p; ºi:N ) = max r(l; ti)x^i ¡</p>
      <p>jlj·1
max
s2[ti+1;ti+2]
jr(l; s)B(s)jºi+1 + max
fi(¢)</p>
      <p>max
s2[ti;ti+1]
½ Z ti+1</p>
      <p>ti
i 2 1 : N ¡ 1:</p>
      <p>P (s; s) = P ¡1(s); ¸(s) = max jD0lj2P (T;s):
jlj·1
Формула для WN (p; ºN ) получена с использованием элементарного неравенства</p>
      <p>r(l¤; s)B(s)dU N¤ (s) = ¡ s2m[tNa x;T ] jr(l¤; s)B(s)jºN ;
где вектор l¤ максимизирует в формуле для WN (p; ºN ).</p>
      <p>
        Продолжая вычисления на следующих шагах, приходим к условиям оптимальности для задачи 1. На
шаге i получаем
¾
jr(l; s)B(s)jºi + 'i(l) ; где
r(l; s)P ¡1(s)G0(s)R(s)fi(s)ds + 'i+1(l)
¾¾
; (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref20">22</xref>
        )
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref21">23</xref>
        )
(24)
Здесь Rttii+1 jfi(s)j2R(s)ds · 1 ¡ hi. Оптимальное управление необходимо удовлетворяет соотношениям
r(l¤; s)B(s)dUi¤(s) = ¡
      </p>
      <p>½
ji(p) = max r(l; ti)x^i ¡ s2m[tai;xT ] jr(l; s)B(s)j¹i + ³(1 ¡ hi)³¸(ti)(1 ¡ jlj2) + jD0lj2P (T;ti)
jlj·1
;
½
Ji(p; ui¤) = mfia(¢x) ji+1(p) = max r(l; ti)x^i +
jlj·1
ti</p>
      <p>
        r(l; s)B(s)dUi¤(s) ¡ s2m[ti+a1x;T ] jr(l; s)B(s)j¹i+1
+³(1 ¡ hi)³¸(ti+1)(1 ¡ jlj2) + jD0lj2P (T;ti)
´´1=2¾
:
Процедура управления в задаче 2 начинается с i = 1 и приводит к последовательности позиций pi, где
j1(p) ¸ j2(p) ¸ ¢ ¢ ¢ ¸ jN (p). Действительно, сравним величины ji(p) и ji+1(p). Если Ji(p; uiT ¤) &lt; ji(p), мы
получаем ji(p) &gt; ji+1(p). Иначе используем управление uii+1¤, которое минимизирует величину Ji(p; ui) в
(
        <xref ref-type="bibr" rid="ref16">18</xref>
        ). Поэтому
mui(i¢n) Ji(p; ui) =
      </p>
      <p>µ
£ ¹i ¡
ti</p>
      <p>½
min max r(l; ti)x^i +
Ui2U(¹i) jlj·1
Z ti+1
r(l; s)B(s)dUi(s) + conc ¡ s2m[ti+a1x;T ] jr(l; s)B(s)j</p>
      <p>
        @P (T; s)=@s = ¡X(T; s)P ¡1(s)G0(s)R(s)G(s)P ¡1(s)X0(T; s);
откуда в свою очередь следует, что норма симметрической и положительно определённой матрицы P (T; s)
убывает по s. Если заменим ¸(ti+1) на ¸(ti), левая часть неравенства возрастает, и в concf¢g мы имеем
вогнутую функцию по l. Тогда min и max можно переставить по теореме о минимаксе. Итак, минимизация
по Ui(¢) даёт ji(p).
Замечание 2. Процедура вычисления оптимальных управлений в задаче 1 более сложна, чем в задаче
2. Но мы можем упростить её, если немного увеличим функцию будущих потерь. Докажем неравенство
Wi(p) · ji(p), i 2 1 : N . Из (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref20">22</xref>
        ), (24), имеем WN (p) = jN (p). По индукции предположим. что Wi+1(p) ·
ji+1(p). Тогда из (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref19">21</xref>
        ):
ti
ti
Рассмотрим уравнение x_ (t) = B(t)(u(t)+v(t)), t 2 [0; T ]; где диагональная матрица B(t) = [b1(t); 0; 0; b2(t)] 2
R2. Наблюдаем сигнал y(t) = x(t) + w(t), где R0T (2jv(t)j2+ jw(t)j2)dt · 1.
      </p>
      <p>
        8
7
6
l
a
itn5
o
c
n
u
jft4
3
2
10
5
t sec
Рис. 2: Изменение функционала будущих потерь
Вектор-функция U (¢) стеснена ограничениями (
        <xref ref-type="bibr" rid="ref10">12</xref>
        ) с ¹ = 1. Пусть b1(s) = ps, b2(s) = pT ¡ s, D =
[1; ¡1], T = 10. На отрезке [1=2; T ] реализуются возмущения v(t) = [1; 1]p2 sin(t)=7; w(t) = 0, а сигнал
на [0; 1=2] равен y(t) = [1=p8 + 1; 1=p8 ¡ 1]. Пусть на отрезке нанесена достаточно частая сетка, где
возможна корректировка управления. Оптимальное управление в задаче равно ui¤(s) = ¡Dx^iB(s)D0±(s ¡
T )=T , если jDx^ij · pT , и ui¤(s) = ¡sign(Dx^i)B(s)D0±(s ¡ T )=pT в противном случае. Таким образом,
управление состоит из одного импульса, прилагаемого в конце процесса. Корректирование производится
в конце процесса в зависимости от оценки x^N , вычисляемой согласно измеренному сигналу. Изменение
функционала показано на рисунке 2.
Благодарности
Список литературы
Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 16-11-10146).
[1] S. T. Zavalishchin, A. N. Sesekin. Dynamic Impulse Systems: Theory and Applications. Kluwer
      </p>
      <p>Academic Publishers, Dordrecht, 1997.
[2] B. M. Miller, E. Ya. Rubinovich. Discontinuous solutions in the optimal control problems and their
representation by singular space-time transformations. Automation and Remote Control, 74: 1969–
2006, 2013.</p>
      <p>A condition of stabilizability and motion correction for linear systems
with impulse actions and delay</p>
    </sec>
    <sec id="sec-2">
      <title>Boris I. Ananyev</title>
      <p>Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics (Yekaterinburg, Russia)</p>
    </sec>
    <sec id="sec-3">
      <title>Natal’ya I. Zhelonkina</title>
      <p>Ural Federal University (Yekaterinburg, Russia)</p>
      <p>Abstract. Stability and asymptotic stability properties are investigated for linear systems with delay and
with impulse action in the system matrix. Impulse methods of motion correction for linear systems without
delay are suggested as well. A theorem is proved that provide a sufficient condition of stabilizability for such
systems. For control systems without delay, a motion correction problem is considered with the aim to minimize
the final functional. An algorithm is given that defines instants of correction. According to the algorithm, the
nonincreasing sequence of predictable values of functional is arisen. The results are used in problems of navigation
and biophysics.</p>
      <p>Keywords: stability; stabilizability; systems with dekay; motion correction; impulse controls.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <ref id="ref1">
        <mixed-citation>
          [3]
          <string-name>
            <given-names>V.A.</given-names>
            <surname>Dychta</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>O.N.</given-names>
            <surname>Samsonyuk</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Optimalnoye impulsnoye upravleniye s prilozheniyami [Optimal Impulse Control with Applications]</article-title>
          . Moscow, Fizmatlit,
          <year>2003</year>
          .
          <article-title>(in Russian) = В</article-title>
          . А. Дыхта, О. Н. Самсонюк.
          <article-title>Оптимальное импульсное управление с приложениями</article-title>
          .
          <source>Москва. Физматлит</source>
          ,
          <year>2003</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref2">
        <mixed-citation>
          [4]
          <string-name>
            <given-names>V.P.</given-names>
            <surname>Maksimov</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Positional Parry of Impulse Disturbances in Control Problem for Linear Retarded System. Vestnik Permskogo universiteta</article-title>
          ,
          <source>Seriya: Ekonomika</source>
          ,
          <volume>2</volume>
          (
          <issue>21</issue>
          ):
          <fpage>6</fpage>
          -
          <lpage>14</lpage>
          ,
          <year>2014</year>
          .
          <article-title>(in Russian) = В</article-title>
          . П. Максимов.
          <article-title>Позиционное парирование импульсных возмущений в задаче управления ли- нейной системой с последействием</article-title>
          .
          <source>Вестник Пермского университета, Серия: Экономика</source>
          ,
          <volume>2</volume>
          (
          <issue>21</issue>
          ):
          <fpage>6</fpage>
          -
          <lpage>14</lpage>
          ,
          <year>2014</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref3">
        <mixed-citation>
          [5]
          <string-name>
            <given-names>I.A.</given-names>
            <surname>Kornilov</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>A.N.</given-names>
            <surname>Sesekin</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>On Stability of Linear Systems with Matrix Containing Generalized Functions</article-title>
          .
          <source>Vestnik UGTU-UPI</source>
          ,
          <volume>3</volume>
          (
          <issue>33</issue>
          ):
          <fpage>386</fpage>
          -
          <lpage>388</lpage>
          ,
          <year>2004</year>
          .
          <article-title>(in Russian) = И</article-title>
          . А. Корнилов, А. Н.
          <article-title>Сесе- кин. Об устойчивости линейных систем с матрицей, содержащей обобщенные функции</article-title>
          .
          <source>Вестник УГТУ-УПИ</source>
          ,
          <volume>3</volume>
          (
          <issue>33</issue>
          ):
          <fpage>386</fpage>
          -
          <lpage>388</lpage>
          ,
          <year>2004</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref4">
        <mixed-citation>
          [6]
          <string-name>
            <given-names>N.I.</given-names>
            <surname>Zhelonkina</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>A.N.</given-names>
            <surname>Sesekin</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>S.P.</given-names>
            <surname>Sorokin</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>On Stability of Linear Retarded Systems with Impulse Disturbance in the Matrix of the System</article-title>
          .
          <article-title>Vestnik Udmurtskogo universiteta</article-title>
          .
          <source>Matematika. Mechanika. Komputernuye nauki</source>
          ,
          <volume>1</volume>
          :
          <fpage>40</fpage>
          -
          <lpage>46</lpage>
          ,
          <year>2011</year>
          .
          <article-title>(in Russian) = Н</article-title>
          . И. Желонкина, А. Н. Сесекин, С. П. Сорокин.
          <article-title>Об устойчивости линейных систем с импульсным воздействием в матрице системы и запаздыва- нием. Вестник Удмуртского университета</article-title>
          .
          <source>Математика. Механика. Компьютерные науки</source>
          ,
          <volume>1</volume>
          :
          <fpage>40</fpage>
          -
          <lpage>46</lpage>
          ,
          <year>2011</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref5">
        <mixed-citation>
          [7]
          <string-name>
            <given-names>A.N.</given-names>
            <surname>Sesekin</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Dynamical Systems with Nonlinear Impulse Structure. Sbornik nauchnych trudov</article-title>
          .
          <source>IMM UrO RAN</source>
          ,
          <volume>6</volume>
          (
          <issue>2</issue>
          ):
          <fpage>497</fpage>
          -
          <lpage>514</lpage>
          ,
          <year>2000</year>
          .
          <article-title>(in Russian) = А</article-title>
          . Н. Сесекин.
          <article-title>Динамические системы с нелинейной импульсной структурой Сборник научных трудов</article-title>
          .
          <source>Тр. ИММ УрО РАН</source>
          ,
          <volume>6</volume>
          (
          <issue>2</issue>
          ):
          <fpage>497</fpage>
          -
          <lpage>514</lpage>
          ,
          <year>2000</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref6">
        <mixed-citation>
          [8]
          <string-name>
            <given-names>R.</given-names>
            <surname>Pratt</surname>
          </string-name>
          (ed).
          <source>Flight Control Systems. The American Institute of Aeronautics and Astronautics</source>
          , Reston, VA
          <volume>20191</volume>
          -4344, USA,
          <year>2000</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref7">
        <mixed-citation>
          [9]
          <string-name>
            <given-names>N.</given-names>
            <surname>Krasovski</surname>
          </string-name>
          <article-title>˘i, A. Subbotin. Game-Theoretical Control Problems</article-title>
          . Springer-Verlag, New York,
          <year>1988</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref8">
        <mixed-citation>
          [10]
          <string-name>
            <given-names>A.</given-names>
            <surname>Kurzhanski</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <surname>I. Valyi.</surname>
          </string-name>
          <article-title>Ellipsoidal Calculus for Estimation and Control</article-title>
          . SCFA. Birkh¨auser, Boston,
          <year>1997</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref9">
        <mixed-citation>
          [11]
          <string-name>
            <given-names>A.</given-names>
            <surname>Kurzhanski</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>P.</given-names>
            <surname>Varaiya</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Dynamics and Control of Trajectory Tubes: Theory and Computation</article-title>
          . SCFA. Birkh¨auser, Boston,
          <year>2014</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref10">
        <mixed-citation>
          [12]
          <string-name>
            <given-names>D.</given-names>
            <surname>Bertsecas</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <surname>I. Rhodes.</surname>
          </string-name>
          <article-title>Recursive state estimation for a set-membership description of uncertainty</article-title>
          .
          <source>IEEE Trans. on Auto. Control</source>
          , AC-
          <volume>16</volume>
          :
          <fpage>117</fpage>
          -
          <lpage>128</lpage>
          ,
          <year>1971</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref11">
        <mixed-citation>
          [13]
          <string-name>
            <given-names>F.</given-names>
            <surname>Schweppe</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Uncertain Dynamic Systems</article-title>
          . Prentice Hall, New York,
          <year>1973</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref12">
        <mixed-citation>
          [14]
          <string-name>
            <given-names>B.</given-names>
            <surname>Ananyev</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Some problems of observations' control</article-title>
          .
          <source>AIP Conference Proceedings</source>
          ,
          <volume>1404</volume>
          :
          <fpage>235</fpage>
          -
          <lpage>241</lpage>
          ,
          <year>2011</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref13">
        <mixed-citation>
          [15]
          <string-name>
            <given-names>B.</given-names>
            <surname>Ananyev</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>N.</given-names>
            <surname>Gredasova</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Positional and impulse strategies for linear problems of motion correction</article-title>
          .
          <source>AIP Conference Proceedings</source>
          ,
          <volume>1789</volume>
          :
          <fpage>34</fpage>
          -
          <lpage>39</lpage>
          ,
          <year>2016</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref14">
        <mixed-citation>
          [16]
          <string-name>
            <given-names>V.A.</given-names>
            <surname>Dychta</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>O.N.</given-names>
            <surname>Samsonyuk</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Optimalnoye impulsnoye upravleniye s prilozheniyami [Optimal Impulse Control with Applications]</article-title>
          . Moscow, Fizmatlit,
          <year>2003</year>
          .
          <article-title>(in Russian) = В</article-title>
          . А. Дыхта, О. Н. Самсонюк.
          <article-title>Оптимальное импульсное управление с приложениями</article-title>
          .
          <source>Москва. Физматлит</source>
          ,
          <year>2003</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref15">
        <mixed-citation>
          [17]
          <string-name>
            <given-names>N.</given-names>
            <surname>Parusnikov</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>V.</given-names>
            <surname>Morozov</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>V.</given-names>
            <surname>Borzov</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Zadachi korrektcii v inertcialnoi navigatcii [Problems of Correction in Inertial Navigation]</article-title>
          .
          <source>MGU</source>
          , Moscow,
          <year>1982</year>
          .
          <article-title>(in Russian) = Н</article-title>
          . Парусников, В. Морозов, В. Борзов.
          <article-title>Задачи коррекции в инерциальной навигации</article-title>
          . МГУ, Москва,
          <year>1982</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref16">
        <mixed-citation>
          [18]
          <string-name>
            <given-names>F.</given-names>
            <surname>Chernousko</surname>
          </string-name>
          , I. Ananievski,
          <string-name>
            <given-names>S.</given-names>
            <surname>Reshmin</surname>
          </string-name>
          .
          <source>Control of Nonlinear Dynamical Systems. Methods and Applications</source>
          . Springer-Verlag, Berlin,
          <year>2008</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref17">
        <mixed-citation>
          [19]
          <string-name>
            <given-names>D.</given-names>
            <surname>Liberzon</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>A.</given-names>
            <surname>Morse</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Basic problems in stability and design of switched systems Control Syst</article-title>
          .
          <source>Mag</source>
          .
          <volume>19</volume>
          :
          <fpage>59</fpage>
          -
          <lpage>70</lpage>
          ,
          <year>1999</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref18">
        <mixed-citation>
          [20]
          <string-name>
            <given-names>A. N.</given-names>
            <surname>Sesekin</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>N. I.</given-names>
            <surname>Zhelonkina</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>On the stability of linear systems with generalized action and delay</article-title>
          .
          <source>IFAC-PapersOnLine, Proceedings of the 18th IFAC World Congress Milano</source>
          ,
          <fpage>13404</fpage>
          -
          <lpage>13407</lpage>
          ,
          <year>2011</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref19">
        <mixed-citation>
          [21]
          <string-name>
            <given-names>R.</given-names>
            <surname>Liptser</surname>
          </string-name>
          ,
          <string-name>
            <given-names>A.</given-names>
            <surname>Shiryaev</surname>
          </string-name>
          . Statistics of Random Processes, V.1
          <string-name>
            <given-names>General</given-names>
            <surname>Theory</surname>
          </string-name>
          , V.
          <volume>2</volume>
          <fpage>Applications</fpage>
          . 2-nd ed. Springer-Verlag, Berlin,
          <year>2001</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref20">
        <mixed-citation>
          [22]
          <string-name>
            <given-names>K.</given-names>
            <surname>Fan</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Fixed-point and minimax theorems in locally convex topological linear spaces</article-title>
          .
          <source>Proc. Nat. Acad. Sci.</source>
          ,
          <volume>38</volume>
          (
          <issue>2</issue>
          ):
          <fpage>121</fpage>
          -
          <lpage>126</lpage>
          ,
          <year>1952</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref21">
        <mixed-citation>
          [23]
          <string-name>
            <given-names>L.</given-names>
            <surname>Newstadt</surname>
          </string-name>
          .
          <article-title>Optimization, a moment problem, and nonlinear programming</article-title>
          .
          <source>J. SIAM Control</source>
          ,
          <volume>2</volume>
          (
          <issue>1</issue>
          ):
          <fpage>33</fpage>
          -
          <lpage>53</lpage>
          ,
          <year>1964</year>
          .
        </mixed-citation>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>