DIDO (software) - DIDO (software)
DIDO ( / d aɪ d oʊ / DY -doh ) é uma caixa de ferramentas de controlo MATLAB óptima para a solução de uso geral de controlo óptimo problemas. É amplamente utilizado na academia, indústria e NASA. Aclamado como um software inovador, o DIDO é baseado na teoria de controle ideal pseudoespectral de Ross e Fahroo . Os últimos aprimoramentos do DIDO são descritos em Ross.
Uso
O DIDO utiliza expressões e objetos de marca registrada que facilitam o usuário a formular e resolver rapidamente os problemas de controle ideais . A rapidez na formulação é alcançada por meio de um conjunto de expressões DIDO que são baseadas em variáveis comumente usadas na teoria de controle ótimo. Por exemplo, as variáveis de estado , controle e tempo são formatadas como:
- primitivo. estados ,
- primitivo. controles e
- primitivo. Tempo
Todo o problema é codificado usando as palavras-chave, custo , dinâmica , eventos e caminho :
- problema. custo
- problema. dinâmica
- problema. eventos e
- problema. caminho
Um usuário executa o DIDO usando o comando de uma linha:
[cost, primal, dual] = dido(problem, algorithm),
onde o objeto definido por algorithmpermite que um usuário escolha várias opções. Além do valor de custo e da solução primária, o DIDO produz automaticamente todas as variáveis duais que são necessárias para verificar e validar uma solução computacional. A saída dualé calculada por uma aplicação do princípio de mapeamento de covetor .
Teoria
DIDO implementa um algoritmo espectral baseado na teoria de controle pseudoespectral ótimo fundada por Ross e seus associados. O princípio de mapeamento covetor de Ross e Fahroo elimina a maldição da sensibilidade associada na solução de custos em problemas de controle ótimo . O DIDO gera soluções espectralmente precisas cuja extremalidade pode ser verificada usando o Princípio Mínimo de Pontryagin . Como nenhum conhecimento de métodos pseudo-espectrais é necessário para usá-lo, o DIDO é frequentemente usado como uma ferramenta matemática fundamental para resolver problemas de controle ideal . Ou seja, uma solução obtida do DIDO é tratada como uma solução candidata para a aplicação do princípio mínimo de Pontryagin como uma condição necessária para a otimização.
Formulários
O DIDO é usado mundialmente em laboratórios acadêmicos, industriais e governamentais. Graças à NASA , o DIDO foi comprovado em vôo em 2006. Em 5 de novembro de 2006, a NASA usou o DIDO para manobrar a Estação Espacial Internacional para realizar a manobra de propelente zero .
Desde esta demonstração de vôo, DIDO foi usado para a Estação Espacial Internacional e outras espaçonaves da NASA. Ele também é usado em outras indústrias. Mais recentemente, o DIDO tem sido usado para resolver problemas do tipo caixeiro-viajante na engenharia aeroespacial.
Caixa de ferramentas de controle ideal do MATLAB
O DIDO está disponível principalmente como uma caixa de ferramentas de controle ideal MATLAB autônoma . Ou seja, não requer nenhum software de terceiros como SNOPT ou IPOPT ou outros solucionadores de programação não linear . Na verdade, ele nem mesmo requer a Caixa de Ferramentas de Otimização do MATLAB .
A caixa de ferramentas MATLAB / DIDO não requer um "palpite" para executar o algoritmo. Esta e outras características distintivas tornaram o DIDO uma ferramenta popular para resolver problemas de controle ideal.
A caixa de ferramentas de controle ideal do MATLAB tem sido usada para resolver problemas na área aeroespacial, robótica e teoria de pesquisa .
História
A caixa de ferramentas de controle ideal recebeu o nome de Dido , a lendária fundadora e primeira rainha de Cartago, famosa na matemática por sua solução notável para um problema de controle ótimo restrito, mesmo antes da invenção do cálculo . Inventado por Ross , o DIDO foi produzido pela primeira vez em 2001. O software é amplamente citado e tem muitas novidades em seu crédito:
- Primeiro software de controle ideal orientado a objetos de uso geral
- Primeiro software de controle ideal pseudoespectral de uso geral
- Primeiro software de controle ideal de uso geral comprovado em voo
- Primeiro solucionador de controle ideal de uso geral incorporado
- Primeiro solucionador de controle ideal de uso geral sem suposições
Versões
As primeiras versões, amplamente adotadas na academia, passaram por mudanças significativas desde 2007. A versão mais recente do DIDO, disponível na Elissar Global , não requer um "palpite" para iniciar o problema e elimina muitas das minúcias de codificação, simplificando a entrada - estrutura de saída. Versões para estudantes de baixo custo e versões acadêmicas com desconto também estão disponíveis na Elissar Global .
Veja também
- Método pseudoespectral de Bellman
- Método pseudoespectral de Chebyshev
- Princípio de mapeamento de covetor
- Fariba Fahroo
- Métodos pseudoespectrais planos
- I. Michael Ross
- Método pseudoespectral de Legendre
- Lema de Ross – Fahroo
- Lema π de Ross
- Métodos pseudo-espectrais de Ross – Fahroo
Referências
Leitura adicional
-
Ross, I. Michael; Fahroo, Fariba (2003). "Aproximações pseudoespectrais de Legendre de problemas de controle ideal" (PDF) . Springer Verlag. Citar diário requer
|journal=( ajuda ) -
Bollino, K .; Lewis, LR; Sekhavat, P .; Ross, IM (2007). "Pseudoespectral Optimal Control: A Clear Road for Autonomous Intelligent Path Planning" (PDF) . AIAA. Citar diário requer
|journal=( ajuda ) - Kang, W .; Ross, IM; Gong, Q. (2007). "Controle ótimo pseudoespectral e seus teoremas de convergência". Análise e Projeto de Sistemas de Controle Não Lineares . Springer Berlin Heidelberg. pp. 109-124. doi : 10.1007 / 978-3-540-74358-3_8 . ISBN 978-3-540-74357-6.
- Ross, IM (2009). A Primer on Pontryagin's Principle in Optimal Control . Editores universitários. ISBN 978-0-9843571-0-9.