Estudo comparativo de pacotes computacionais empregados na resolução de problemas de Controle Ótimo
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31332 http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.98 |
Resumo: | The Optimal Control Problem (OCP) consists of the control vector determination for the objective function minimization, subject to algebraic-differential constraints. In general, this problem can be solved considering two types of approaches, Direct and Indirect. The first consists in transforming the original problem into a non-linear programming equivalent. The Indirect approach consists of the application of optimality conditions, transforming the original problem into an equivalent in the algebraic-differential contour. Due to the inherent difficulty in solving the problem of the contour, the scientific community has used, preferably, the Direct Methods for the resolution of OCPs. In this context, several numerical packages that are based on the Direct approach to the resolution of PCOs can be found in specialized literature. Despite the wide variety of packages available, few are those that can be easily used by inexperienced users in the computational resolution of PCOs, and also few are the works that evaluate the efficiency and characteristics of these packages comparatively. In this context, this work aims to develop the COPILOTS (Basic Optimal Control Solver) package, which implements the trapezoidal and Hermite-Simpson colocations as discretization approaches for solving OCPs. A comparative study involving this package, FALCON and PSOPT was developed and the results obtained demonstrate that COPILOTS was able to obtain good results in comparison with the other evaluated packages. Finally, it is important to note that COPILOTS is a package designed for users with little experience in optimal control, easy to implement and use. |
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Estudo comparativo de pacotes computacionais empregados na resolução de problemas de Controle ÓtimoComparative study of computational packages used to solve Optimal Control problemsControle ÓtimoCOPILOTSPSOPTFALCONOtimizaçãoOptimal controlOptimization.CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOSEngenharia mecânicaThe Optimal Control Problem (OCP) consists of the control vector determination for the objective function minimization, subject to algebraic-differential constraints. In general, this problem can be solved considering two types of approaches, Direct and Indirect. The first consists in transforming the original problem into a non-linear programming equivalent. The Indirect approach consists of the application of optimality conditions, transforming the original problem into an equivalent in the algebraic-differential contour. Due to the inherent difficulty in solving the problem of the contour, the scientific community has used, preferably, the Direct Methods for the resolution of OCPs. In this context, several numerical packages that are based on the Direct approach to the resolution of PCOs can be found in specialized literature. Despite the wide variety of packages available, few are those that can be easily used by inexperienced users in the computational resolution of PCOs, and also few are the works that evaluate the efficiency and characteristics of these packages comparatively. In this context, this work aims to develop the COPILOTS (Basic Optimal Control Solver) package, which implements the trapezoidal and Hermite-Simpson colocations as discretization approaches for solving OCPs. A comparative study involving this package, FALCON and PSOPT was developed and the results obtained demonstrate that COPILOTS was able to obtain good results in comparison with the other evaluated packages. Finally, it is important to note that COPILOTS is a package designed for users with little experience in optimal control, easy to implement and use.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDissertação (Mestrado)O Problema de Controle Ótimo (PCO) consiste na determinação do vetor de variáveis de controle para a minimização de uma função objetivo sujeito à restrições algébrico-diferenciais. De forma geral, este problema pode ser resolvido considerando dois tipos de abordagens, a saber, a Direta e a Indireta. A primeira consiste na transformação do problema original em um equivalente de programação não linear. Já a abordagem Indireta consiste na aplicação das condições de otimalidade, transformando o problema original em um equivalente de valor no contorno algébrico-diferencial. Devido à dificuldade inerente em se resolver o problema de valor no contorno, a comunidade científica tem utilizado, preferencialmente, os Métodos Diretos para a resolução de PCOs. Neste contexto, na literatura especializada podem ser encontrados vários pacotes numéricos que se fundamentam na abordagem Direta para a resolução de PCOs. Apesar da ampla variedade de pacotes disponíveis, poucos são aqueles que podem ser facilmente utilizados por usuários pouco experientes na resolução computacional de PCOs, e igualmente poucos são os trabalhos que avaliam a eficiência e as características destes pacotes de forma comparativa. Neste contexto, este trabalho tem por objetivo desenvolver o pacote COPILOTS (Basic Optimal Control Solver), que implementa os Métodos de Colocação Trapezoidal e de Hermite-Simpson como abordagens de discretização para a resolução de PCOs. Um estudo comparativo envolvendo este pacote, o FALCON e o PSOPT foi desenvolvido e os resultados obtidos demonstram que o COPILOTS foi capaz de obter bons resultados em comparação com os demais pacotes avaliados. Finalmente, é importante ressaltar que o COPILOTS é um pacote desenvolvido para usuários com pouca experiência em controle ótimo, de fácil implementação e uso.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaLobato, Fran Sérgiohttp://lattes.cnpq.br/7640108116459444Cavalini Junior, Aldemir Aparecidohttp://lattes.cnpq.br/0387727577180664Platt, Gustavo Mendeshttp://lattes.cnpq.br/4140908385855725Iasbeck, Arthur Henrique2021-02-25T20:37:20Z2021-02-25T20:37:20Z2021-02-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfIASBECK, Arthur Henrique. Estudo comparativo de pacotes computacionais empregados na resolução de problemas de Controle Ótimo. 2021. 206 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.98.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31332http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.98porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-02-26T06:17:07Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/31332Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-02-26T06:17:07Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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