DIDO (software) - DIDO (software)

DIDO (/ˈdaɪdoʊ/ DY-doh ) je softwarový produkt pro řešení obecných účelů optimální ovládání problémy.[1][2][3][4][5] Je široce používán v akademické sféře,[6][7][8] průmysl,[3][9] a NASA.[10][11][12] Oslavován jako průlomový software,[13][14] DIDO je založeno na pseudospektrální optimální ovládání teorie Ross a Fahroo.[15]

Používání

DIDO využívá výrazy a objekty chráněné ochrannou známkou[2] které uživateli umožňují rychle formulovat a řešit optimální ovládání problémy.[8][16][17][18] Rychlost zpracování je dosažena pomocí sady výrazů DIDO, které jsou založeny na proměnných běžně používaných v teorii optimální kontroly.[2] Například Stát, řízení a čas proměnné jsou formátovány jako:[2]

  • původní.státy,
  • původní.řízení, a
  • původní.čas

Celý problém je kodifikován pomocí klíčových slov, náklady, dynamika, Události a cesta:[2]

  • problém.náklady
  • problém.dynamika
  • problém.Události, a
  • problém.cesta

Uživatel spustí DIDO pomocí jednořádkového příkazu:

[cost, primal, dual] = dido (problém, algoritmus),

kde je objekt definován algoritmus umožňuje uživateli vybrat si různé možnosti. Kromě hodnoty nákladů a prvotního řešení DIDO automaticky odešle všechny duální proměnné, které jsou nezbytné k ověření a ověření výpočetního řešení.[2] Výstup dvojí je počítán aplikací princip mapování covectorů.

Teorie

DIDO implementuje spektrální algoritmus[15][19] na základě pseudospektrální optimální ovládání teorie založená Ross a jeho spolupracovníci.[3] The princip mapování covectorů z Ross a Fahroo eliminuje kletbu citlivosti[2] spojené s řešením pro náklady v optimální ovládání problémy. DIDO generuje spektrálně přesná řešení [19] jehož extrémnost lze ověřit pomocí Pontryaginův minimální princip. Protože pro jeho použití nejsou nutné žádné znalosti o pseudospektrálních metodách, často se používá DIDO[7][8][9][20] jako základní matematický nástroj pro řešení optimální ovládání problémy. To znamená, že s roztokem získaným od DIDO se zachází jako s kandidátským řešením pro aplikaci Pontryaginův minimální princip jako nutná podmínka pro optimalitu.

Aplikace

DIDO se celosvětově používá v akademických, průmyslových a vládních laboratořích.[9] Díky NASA, DIDO bylo ověřeno letem v roce 2006.[3] 5. listopadu 2006 NASA použil DIDO k manévrování s Mezinárodní vesmírná stanice provést manévr s nulovým pohonem.

Od této letové ukázky bylo DIDO používáno pro Mezinárodní vesmírnou stanici a další kosmické lodě NASA.[12] Používá se také v jiných průmyslových odvětvích.[2][9][20][21]

Sada nástrojů pro optimální ovládání MATLAB

DIDO je také k dispozici jako MATLAB produktový balíček.[22] Nevyžaduje MATLAB Optimalizace nástrojů nebo jakýkoli jiný software třetí strany SNOPT nebo IPOPT nebo jiný nelineární programování řešitelé.

Sada nástrojů MATLAB / DIDO nevyžaduje ke spuštění algoritmu „odhad“. Tato a další charakteristické vlastnosti učinily z DIDO oblíbený nástroj pro řešení optimálních problémů s řízením.[4][7][14]

Sada nástrojů pro optimální řízení MATLAB byla použita k řešení problémů v letectví,[11] robotika a teorie vyhledávání.

Dějiny

Optimální ovládací panel nástrojů je pojmenován po Dido, legendární zakladatel a první královna Kartágo která je v matematice známá svým pozoruhodným řešením omezeného optimální ovládání problém ještě před vynálezem počet. Vynalezl Ross, DIDO byl poprvé vyroben v roce 2001.[2][6][16] Tento software je široce citován[6][7][20][21] a má na svém kontě mnoho prvenství:[10][11][12][13][15][17][23]

  • První univerzální objektově orientovaný optimální řídicí software
  • První univerzální pseudospektrální optimální řídicí software
  • První letem prověřený univerzální optimální řídicí software
  • První vložený univerzální optimální řídicí systém řešení
  • První univerzální optimální řešič optimalizace pro všeobecné použití

Verze

Několik různých verzí DIDO je k dispozici od společnosti Elissar Global.[24]

Viz také

Reference

  1. ^ Ross, Isaac (2020). "Vylepšení DIDO Optimal Control Toolbox". arXiv:2004.13112 [matematika.OC ].
  2. ^ A b C d E F G h i Ross, I. M. Primer na Pontryaginově principu v optimální kontrole, Druhé vydání, Collegiate Publishers, San Francisco, 2015.
  3. ^ A b C d Ross I.M .; Karpenko, M. (2012). "Přehled pseudospektrální optimální kontroly: od teorie k letu". Roční kontroly pod kontrolou. 36 (2): 182–197. doi:10.1016 / j.arcontrol.2012.09.002.
  4. ^ A b Eren, H., „Optimální řízení a software“ Příručka pro měření, instrumentaci a senzory, Druhé vydání, CRC Press, 2014, str. 92-1-16.
  5. ^ Ross, I. M.; D'Souza, C. N. (2005). „Rámec hybridního optimálního řízení pro plánování misí“. Journal of Guidance, Control and Dynamics. 28 (4): 686–697. Bibcode:2005JGCD ... 28..686R. doi:10.2514/1.8285. S2CID  15828363.
  6. ^ A b C Rao, A. V. (2014). "Optimalizace trajektorie: průzkum". Optimalizace a optimální řízení automobilových systémů. Poznámky k přednáškám v řídících a informačních vědách. LNCIS 455: 3–21. doi:10.1007/978-3-319-05371-4_1. ISBN  978-3-319-05370-7.
  7. ^ A b C d Conway, B. A. (2012). „Přehled metod dostupných pro numerickou optimalizaci kontinuálních dynamických systémů“. Journal of Optimization Theory and Applications. 152 (2): 271–306. doi:10.1007 / s10957-011-9918-z.
  8. ^ A b C A. M. Hawkins, Optimalizace omezené dráhy měkkého lunárního přistání z parkovací oběžné dráhy, S.M. Diplomová práce, Katedra letectví a astronautiky, Massachusetts Institute of Technology, 2005. http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/32431
  9. ^ A b C d Q. Gong, W. Kang, N. Bedrossian, F. Fahroo, P. Sekhavat a K. Bollino, Pseudospectral Optimal Control for Military and Industrial Applications, 46. ​​konference IEEE o rozhodování a kontrole, New Orleans, LA, str. 4128-4142, prosinec 2007.
  10. ^ A b Národní úřad pro letectví a vesmír. „Fact Sheet: International Space Station Zero-Propellant Maneuver (ZPM) Demonstration.“ 10. června 2011. (13. září 2011) http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/ZPM.html
  11. ^ A b C W. Kang a N. Bedrossian, „Teorie pseudospektrální optimální kontroly umožňuje debutovat, šetří nasa $ 1 mil. Za méně než tři hodiny,“ SIAM News, 40, 2007.
  12. ^ A b C L. Keesey, „TRACE Nová otočná procedura kosmické lodi.“ Goddardovo vesmírné letové středisko NASA. Národní úřad pro letectví a vesmír. 20. prosince 2010 (11. září 2011) http://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/news/trace-slew.html.
  13. ^ A b B. Honegger, „Průlom softwaru profesora NPS umožňuje manévry s nulovým pohonem ve vesmíru.“ Navy.mil. Námořnictvo Spojených států. 20. dubna 2007 (11. září 2011) http://www.elissarglobal.com/wp-content/uploads/2011/07/Navy_News.pdf.
  14. ^ A b Kallrath, Josef (2004). Modelování jazyků v matematické optimalizaci. Dordrecht, Nizozemsko: Kluwer Academic Publishers. 379–403.
  15. ^ A b C Ross I.M .; Fahroo, F. (2004). „Metody pseudospektrálního uzlování pro řešení problémů s optimální kontrolou“. Journal of Guidance, Control and Dynamics. 27 (3): 397–405. doi:10.2514/1.3426. S2CID  11140975.
  16. ^ A b J. R. Rea, Legendární pseudospektrální metoda pro rychlou optimalizaci trajektorií nosných raket, S.M. Diplomová práce, Katedra letectví a astronautiky, Massachusetts Institute of Technology, 2001. http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/8608
  17. ^ A b Josselyn, S .; Ross, I. M. (2003). „Metoda rychlého ověření pro optimalizaci trajektorie návratových vozidel“. Journal of Guidance, Control and Dynamics. 26 (3): 505–508. Bibcode:2003JGCD ... 26..505J. doi:10.2514/2.5074. S2CID  14256785.
  18. ^ Infeld, S. I. (2005). „Optimalizace designu mise pro vesmírné mise s omezeným bodem librace“ (PDF). Stanfordská Univerzita. Bibcode:2006PhDT ......... 7I. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  19. ^ A b Gong, Q .; Fahroo, F.; Ross, I. M. (2008). "Spektrální algoritmus pro pseudospektrální metody v optimální kontrole". Journal of Guidance, Control and Dynamics. 31 (3): 460–471. Bibcode:2008JGCD ... 31..460G. doi:10.2514/1.32908. hdl:10945/56995.
  20. ^ A b C D. Delahaye, S. Puechmorel, P. Tsiotras a E. Feron, „Mathematical Models for Aircraft Trajectory Design: A Survey“ Přednášky v elektrotechnice, 2014, Přednášky v elektrotechnice, 290 (část V), str. 205 -247
  21. ^ A b SE Li, K. Deng, X. Zang a Q. Zhang, „Pseudospectral Optimal Control of Constrained Nonlinear Systems“, Ch 8, in Automotive Air Conditioning: Optimization, Control and Diagnosis, edited by Q. Zhang, SE Li and K . Deng, Springer 2016, str. 145-166.
  22. ^ „DIDO: Optimální řídicí software“. Propagační webová stránka. Mathworks.
  23. ^ Fahroo, F .; Doman, D. B .; Ngo, A. D. (2003). Msgstr "Problémy modelování při generování stopy obnovitelných nosných vozidel". Sborník konference IEEE Aerospace. 6: 2791–2799. doi:10.1109 / aero.2003.1235205. hdl:10945/41266. ISBN  978-0-7803-7651-9.
  24. ^ „Elissar Global“. webová stránka. distribuuje software.

Další čtení

externí odkazy