Все выпуски

Построена метрика в пространстве clos(Rⁿ) всех непустых замкнутых (необязательно ограниченных) подмножеств Rⁿ. Сходимость последовательности множеств в этой метрике оказывается равносильной сходимости в метрике Хаусдорфа последовательности пересечений этих множеств с центрированными в нуле шарами любого положительного радиуса, дополненных соответствующими сферами. В этой метрике доказана полнота пространства clos(Rⁿ) и замкнутость подпространства всех непустых замкнутых выпуклых подмножеств Rⁿ. Получены условия равносильности сходимости по предложенной метрике и сходимости по метрикам Хаусдорфа и Хаусдорфа–Бебутова. Полученные результаты могут применяться в задачах управления, теории дифференциальных включений.

In the work, there is presented a new metric in the space clos(Rⁿ) of all nonempty closed (not necessarily bounded) subsets of Rⁿ. The convergence of sets in this metric is equivalent to convergence in the Hausdorff metric of the intersections of the given sets with the balls of any positive radius centered at zero united then with the corresponding spheres. It is proved that, with respect to the metric considered, the space clos(Rⁿ) is complete, and its subspace of nonempty closed convex subsets of Rⁿ is closed. There are also derived the conditions that guarantee the equivalence of convergence in this metric to convergence in the Hausdorff metric, and to convergence in the Hausdorff–Bebutov metric. The results obtained can be applied to studying control problems and differential inclusions.

Утверждается, что если в дополнение к условиям существования и единственности решения x(t, t₀, μ) n-векторной задачи Коши dx/dt = f(t, x, μ) (t ∈ I, μ ∈ M), x(t₀) = x₀ и непрерывной зависимости его от параметра μ ∈ M потребовать равностепенную непрерывность семейства {f(t, x, ·)}_(t,x), то x(t, t₀, μ) равномерно непрерывно зависит от параметра μ на открытом множестве M. Для линейной n×n-матричной задачи Коши dX/dt = A(t, μ)X + (t, μ) (t ∈ I, μ ∈ M), X(t₀, μ) = X₀(μ) аналогичное утверждение доказывается в предположении равномерной произвольной малости интегралов ∫_I||A(t, μ₁) − A(t, μ₂)|| dt и ∫_I||(t, μ₁) − (t, μ₂)|| dt при достаточной малости ||μ₁ − μ₂|| (μ₁, μ₂ ∈ M).

We prove that if, in addition to the assumptions that guarantee existence, uniqueness and continuous dependence on parameter μ ∈ M of solution x(t, t₀,μ) of a n-dimensional Cauchy problem dx/dt = f(t, x, μ) (t ∈ I, μ ∈ M), x(t₀) = x₀ one requires that the family {f(t, x, ·)}_(t,x) is equicontinuous, then the dependence of x(t, t₀,μ) on parameter μ in an open M is uniformly continuous. Analogous result for a linear n × n-dimensional Cauchy problem dX/dt = A(t, μ)X + (t, μ) (t ∈ I, μ ∈ M), X(t₀, μ) = X₀(μ)  is valid under the assumption that the integrals ∫_I||A(t, μ₁) − A(t, μ₂)||dt and ∫_I||(t, μ₁) − (t, μ₂)||dt are uniformly arbitrarily small, provided that ||μ₁ − μ₂||, μ₁, μ₂ ∈ M, is sufficiently small.

Для динамической системы, управляемой в условиях помех, рассматривается задача оптимизации гарантированного результата. Особенностью задачи является наличие функциональных ограничений на помехи, при которых свойство замкнутости множества допустимых помех относительно операции «склейки» двух его элементов, вообще говоря, отсутствует. Это обстоятельство препятствует непосредственному применению методов теории дифференциальных игр для исследования задачи и тем самым приводит к необходимости их походящей модификации. В работе предложено новое понятие неупреждающей стратегии управления (квазистратегии). Доказано, что соответствующий функционал оптимального гарантированного результата удовлетворяет принципу динамического программирования. Как следствие, установлены так называемые свойства $u$- и $v$-стабильности этого функционала, которые в дальнейшем позволят построить конструктивное решение задачи в позиционных стратегиях.

For a dynamical system controlled under conditions of disturbances, a problem of optimizing the guaranteed result is considered. A feature of the problem is the presence of functional constraints on disturbances, under which, in general, the set of admissible disturbances is not closed with respect to the operation of “gluing up” of two of its elements. This circumstance does not allow to apply directly the methods developed within the differential games theory for studying the problem and, thus, leads to the necessity of modifying them appropriately. The paper provides a new notion of a non-anticipative control strategy. It is proved that the corresponding functional of the optimal guaranteed result satisfies the dynamic programming principle. As a consequence, so-called properties of $u$- and $v$-stability of this functional are established, which may allow, in the future, to obtain a constructive solution of the problem in the form of feedback (positional) controls.

Для динамической системы, подверженной воздействиям управления и помехи и содержащей последействие в управляющих силах, рассматривается задача об управлении с оптимальным гарантированным результатом для показателя качества, представляющего собой евклидову норму совокупности отклонений движения системы в заданные моменты времени от заданных целей. На основе функциональной трактовки, опирающейся на своеобразный прогноз движений, исходная задача сводится к вспомогательной дифференциальной игре для системы без запаздывания и с терминальной платой. Функция цены этой игры вычисляется на базе конструкции выпуклых сверху оболочек вспомогательных функций из метода стохастического программного синтеза, оптимальные стратегии строятся методом экстремального сдвига на сопутствующие точки. Рассматриваются иллюстрирующие примеры, приводятся результаты численных экспериментов.

For a dynamical system under control and disturbances, and with delay in control, the problem of control with the optimal guaranteed result is considered for a quality index which is the Euclidean norm of the set of deviations of a system motion at the given instants from the given targets. On the basis of a functional treatment basing on a proper prediction of the motion the problem is reduced to an auxiliary differential game for a system without delay and with a terminal quality index. The value of this game is calculated from the construction of upper convex hulls of auxiliary functions from the method of stochastic program synthesis, optimal strategies are formed by the method of an extremal shift to the corresponding points. Illustrating examples and results of numerical experiments are presented.

В качестве математической модели конфликта рассматривается бескоалиционная игра Γ двух участников при неопределенности. О неопределенности известны лишь границы изменения, а какие-либо вероятностные характеристики отсутствуют. Для оценки риска в Γ привлекается функция риска по Сэвиджу (из принципа минимаксного сожаления). Качество функционирования участников конфликта оценивается по двум критериям - исходам и рискам, при этом каждый из них стремится увеличить исход и одновременно уменьшить риск. На основе синтеза принципов минимаксного сожаления и гарантированного результата, равновесности по Нэшу и оптимальности по Слейтеру, а также решения иерархической двухуровневой игры по Штакельбергу формализуется понятие гарантированного по исходам (выигрышам) и рискам равновесия в Γ. Приведен пример. Затем устанавливается существование такого решения в смешанных стратегиях при обычных ограничениях в математической теории игр.

As a mathematical model of conflict the non-cooperation game Γ of two players under uncertainty is considered. About uncertainty only the limits of change are known. Any characteristics of probability are absent. To estimate risk in Γ we use Savage functions of risk (from principle of minimax regret). The quality of functioning of conflict's participants is estimated according to two criteria: outcomes and risks, at that each of the participants tries to increase the outcome and simultaneously to decrease the risk. On the basis of synthesis of principles of minimax regret and guaranteed result, Nash equilibrium and Slater optimality as well as solution of the two-level hierarchical Stackelberg game, the notion of guaranteed equilibrium in Γ (outcomes (prize) and risks) is formalized. We give the example. Then the existence of such a solution in mixed strategies at usual limits in mathematical game theory is established.

В настоящей работе рассматривается естественная релаксация игровой задачи наведения. А именно, для двух замкнутых множеств - параметров задачи - решается аналогичная задача о наведении для $\varepsilon$-окрестностей данных множеств. Нас интересует наименьший размер таких окрестностей, для которых игрок I может решить задачу наведения в классе обобщенных квазистратегий. Для построения решения используется модификация метода программных итераций. Вышеупомянутый размер окрестностей находится как функция позиции и в дальнейшем определяется путем применения специальной итерационной процедуры. Также в работе показано, что искомая функция является неподвижной точкой оператора, определяющего данную процедуру.

We consider some natural relaxation of pursuit-evasion differential game. For two closed sets, which are parameters, similar guidance problem for $\varepsilon$-neighborhoods is being solved. We are interested in finding a minimal size of such neighborhoods, which allows player I successfully solve his guidance problem in the class of generalized non-anticipating strategies. To resolve above-mentioned differential game, a modification of Program Iterations Method is implemented. Size of the neighborhoods is found as a position function and it's defined by application of special iterative procedure further below. As a corollary, it is shown that desired function is a fixed point of the open-loop operator, which defines the procedure.

В статье изучается задача управления в условиях помех, которая формулируется как задача оптимизации гарантированного результата. В отличие от классической постановки таких задач предполагается, что множество допустимых помех конечно и состоит из кусочно-непрерывных функций. С учетом этого дополнительного функционального ограничения на помеху определяется подходящий класс неупреждающих стратегий (квазистратегий) управления и рассматривается соответствующая величина оптимального гарантированного результата. При некотором техническом предположении о свойстве различимости допустимых помех доказывается, что этот результат может быть достигнут путем использования стратегий управления с полной памятью. Как следствие, устанавливается неулучшаемость класса стратегий с полной памятью. Ключевым элементом доказательства является процедура распознавания действующих в системе помех, которая позволяет всякой неупреждающей стратегии поставить в соответствие близкую по гарантированному результату стратегию с полной памятью. В заключение статьи приводится иллюстрирующий пример.

In this paper, we deal with a control problem under conditions of disturbances, which is stated as a problem of optimization of the guaranteed result. Compared to the classical formulation of such problems, we assume that the set of admissible disturbances is finite and consists of piecewise continuous functions. In connection with this additional functional constraint on the disturbance, we introduce an appropriate class of non-anticipative control strategies and consider the corresponding value of the optimal guaranteed result. Under a technical assumption concerning a property of distinguishability of the admissible disturbances, we prove that this result can be achieved by using control strategies with full memory. As a consequence, we establish unimprovability of the class of full-memory strategies. A key element of the proof is a procedure of recovering the disturbance acting in the system, which allows us to associate every non-anticipative strategy with a full-memory strategy providing a close guaranteed result. The paper concludes with an illustrative example.

В настоящее время в рамках управления воздушным движением крайне важной является задача формирования оптимального безопасного расписания прибытия самолетов в точку слияния воздушных трасс. Безопасность результирующей очереди обеспечивается наличием безопасного временнóго интервала между соседними прибытиями в точку слияния. Изменение момента прибытия может обеспечиваться изменением скорости движения самолета и/или использованием схем, удлиняющих или укорачивающих его траекторию. Оптимальность результирующей очереди рассматривается с точки зрения дополнительных требований: минимизации отклонения назначенных моментов прибытия от номинальных, минимизации количества изменений порядка самолетов в очереди, минимизации расхода топлива и т.д. Минимизируемый критерий оптимальности, отражающий эти требования, часто выбирается как сумма индивидуальных штрафов каждому судну за отклонение назначенного момента прибытия от номинального. Функция индивидуального штрафа почти во всех статьях рассматривается либо как модуль отклонения, либо как функция, похожая на модуль, но с различными наклонами ветвей, что приводит к разному штрафу за задержку и ускорение. В целом, задача может быть разделена на две: одна связана с поиском оптимального порядка прибытия судов, вторая — с выбором оптимальных моментов прибытия при заданном порядке. Последняя подзадача достаточно просто решается, поскольку чаще всего может быть формализована как задача линейного программирования. Однако первая решается значительно сложнее, для ее решения применяются разнообразные методы — от эвристических и генетических процедур до подходов смешанного целочисленного линейного программирования. В статье предлагаются условия на параметры задачи, достаточные для того, чтобы порядок оптимальных моментов прибытия самолетов в точку слияния совпадал с порядком номинальных моментов. Это позволяет исключить первую подзадачу из решения всей задачи.

Nowadays, the problem of creating an optimal safe schedule for arrival of aircraft coming in several flows to a checkpoint, where these flows join into one, is very important for air-traffic management. Safety of the resultant queue is present if there is a safe interval between neighbor arrivals to the merge point. Change of an arrival instant of an aircraft is provided by changing its velocity and/or usage of fragments of the air-routes scheme, which elongate or shorten the aircraft path. Optimality of the resultant queue is considered from the point of some additional demands: minimization of the deviation of the actual aircraft arrival instant from the nominal one, minimization of order changes in the resultant queue in comparison with the original one, minimization of fuel expenditures, etc. The optimality criterion to be minimized, which reflects these demands, is often taken as a sum of penalties for deviations of the assigned arrival instants from the nominal ones. Each individual penalty is considered in almost all papers as either the absolute value of the difference between the assigned and nominal arrival instants or a similar function with asymmetric branches (which punishes delays and accelerations of an aircraft in different ways). The problem can be divided into two subproblems: one is a search for an optimal order of aircraft in the resultant queue, and the other is a search for optimal arrival instants for a given order. The second problem is quite simple since it can be formalized in the framework of linear programming and solved quite efficiently. However, the first one is very difficult and now is solved by various methods. The paper suggests sufficient conditions for the problem, which guarantee that the order of the optimal assigned instants is the same as the order of the nominal ones and, therefore, exclude the first subproblem.

В теории игр и теории исследования операций часто появляется минимакс от функции $f(x,y)$, зависящей от двух векторных переменных $x$, $y$. Изучению свойств минимакса (или максимина) посвящено много работ. Минимакс можно трактовать как наименьший гарантированный результат для минимизирующего игрока (минимизирующей оперирующей стороны). При изучении минимаксных задач определенный интерес представляют различные вопросы о корректности. Одному из таких вопросов посвящена настоящая статья. В ней векторы $x$, $y$ принадлежат компактам $P$, $Q$ из соответствующих евклидовых пространств $R^k$, $R^l$, а функция $f(x,y)$ непрерывна на произведении пространств $R^k\times R^l$. В статье рассматривается вопрос о зависимости минимакса от малых изменений компактов $P$, $Q$ в метрике Хаусдорфа. Обосновывается непрерывность зависимости минимакса от малых вариаций множеств $P$, $Q$.

In game theory and operations research theory, a minimax often appears for a function $f(x,y)$ that depends on two vector variables $x$, $y$. Many works have been devoted to the study of the properties of minimax (or maximin). A minimax can be interpreted as the smallest guaranteed result for the minimizing player (the minimizing operator). In the study of minimax problems, various correctness issues are of some interest. This paper is devoted to one of these issues. In it, vectors $x$, $y$ belong to compacts $P$, $Q$ of corresponding Euclidean spaces $R^k$, $R^l$, and function $f(x,y)$ is continuous on product of spaces $R^k\times R^l$. The paper considers the dependence of minimax on small changes of compacts $P$, $Q$ in the Hausdorff metric. The continuity of the dependence of minimax on small variations of compacts $P$, $Q$ is proved.

Рассматривается задача оптимизации гарантированного результата для управляемой системы, описываемой обыкновенным дифференциальным уравнением, и функционала качества, непрерывно зависящего от траектории движения системы. Значения управления и помехи ограничены в каждый момент компактными множествами. Предполагается, что помеха порождается некоторой неизвестной заранее функцией типа Каратеодори, то есть функцией непрерывной по пространственной переменной при каждом значении временной переменной и измеримой по временной переменной при каждом значении пространственной. Оптимальное управление ищется в классе стратегий управления с полной памятью о движении системы и о реализовавшемся управлении.

Показано, что для достаточно широкого семейства управляемых систем оптимальный гарантированный результат в классе стратегий с полной памятью совпадает с оптимальным гарантированным результатом в классе квазистратегий. Для этого семейства управляемых систем построена разрешающая стратегия, допускающая численную реализацию. Приводится иллюстрирующий пример для нелинейной управляемой системы.

The problem of the optimization of a guaranteed result for the control system, described by an ordinary differential equation, and a continuous payoff functional, is considered. At every moment the values of the control and of the disturbance are in the given compact sets. The actions of the disturbance are assumed to be generated by an unknown function of the Caratheodory type, i.e. by the function continuous with respect to the spatial variable for every value of time variable and measurable with respect to the time variable for every value of spatial one. The actions of control are formed by the strategies with full memory.

It is demonstrated, that for a class of control systems the optimal guaranteed result in this problem is equal to the value of the lower game, i.e. to the value of the optimal guaranteed result in the class of quasi–strategies. The optimal strategy with full memory, that allows numerical implementation, is provided. An illustrative nonlinear example is given.