Hamilton-Jacobi-Bellman approach for optimal control problems with discontinuous coefficients - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2013

Hamilton-Jacobi-Bellman approach for optimal control problems with discontinuous coefficients

L'approche Hamilton-Jacobi-Bellman pour des problèmes de contrôle optimal avec des coefficients discontinus

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Abstract

This thesis deals with the Dynamical Programming and Hamilton-Jacobi-Bellman approach for a general class of deterministic optimal control problems with discontinuous coefficients. The tools essentially used in this work are based on the control theory, the viscosity theory for Partial Differential Equations, the nonsmooth analysis and the dynamical systems. The first part of the thesis is concerned with the state constrained problem of discontinuous trajectories driven by impulsive dynamical systems. A characterization result of the value function of this problem has been obtained. Another contribution of this part consists of the extension of the HJB approach for the problems with time-measurable dynamical systems and in presence of time-dependent state constraints. The second part is devoted to the problem on stratified domain, which consists of a union of subdomains separated by several interfaces. One of the motivations of this work comes from the hybrid control problems. Here new transmission conditions on the interfaces have been obtained to ensure the uniqueness and the characterization of the value function. The third part investigates the homogenization of Hamilton-Jacobi equations in the framework of state-discontinuous Hamiltonians. This work considers the singular perturbation of optimal control problem on a periodic stratified structure. The limit problem has been analyzed and the associated Hamilton-Jacobi equation has been established. This equation describes the limit behavior of the value function of the perturbed problem when the scale of periodicity tends to 0.
Cette thèse porte sur l'approche de Programmation dynamique et Hamilton-Jacobi- Bellman pour une classe générale de problèmes déterministes de contrôle optimal avec des coefficients discontinus. Les outils utilisés dans ce travail se basent essentiellement sur la théorie de contrôle, la théorie de viscosité pour les équations aux dérivées partielles, l'analyse nonlisse et les systèmes dynamiques. La première partie de la thèse concerne le problème des trajectoires discontinues sous contraintes sur l'état, où les trajectoires sont solutions de systèmes dynamiques impulsionnels. Un résultat de caractérisation de la fonction de valeur pour de tels problème a été obtenu. Une autre contribution issue de cette partie consiste en l'extension de l'approche HJB pour des problèmes gouvernés par des systèmes dynamiques mesurables en temps et en présence de contraintes sur l'état dépendantes du temps. La deuxième partie est consacrée au problème de contrôle optimal sur domaine stratifié, qui consiste en une réunion de sous-domaines séparés par plusieurs interfaces. Une de motivations de ce travail vient du problème de contrôle hybride. Ici on obtient de nouvelles conditions de transmission sur les interfaces qui garantissent l'unicité et la caractérisation de la fonction de valeur. La troisième partie consiste à étudier l'homogénéisation des équations d'Hamilton-Jacobi dans le cadre d'Hamiltonians discontinus en état. Ce travail considère la perturbation singulière des problèmes de contrôle optimal sur une structure périodique stratifié. Le problème limite est analysé et une équation d'Hamilton-Jacobi associée est établie. Cette équation décrit le comportement limite de la fonction de valeur du problème perturbé lorsque l'échelle de périodicité tend vers 0.
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Dates and versions

pastel-00927358 , version 1 (13-01-2014)

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  • HAL Id : pastel-00927358 , version 1

Cite

Zhiping Rao. Hamilton-Jacobi-Bellman approach for optimal control problems with discontinuous coefficients. Optimization and Control [math.OC]. Ecole Polytechnique X, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00927358⟩
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