Асимптотика решения задачи оптимального граничного управления с двумя малыми соподчиненными параметрами. II
А. Р. Данилин Институт математики и механики им. Н. Н. Красовского Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург
Аннотация:
Рассматривается задача оптимального граничного управления решениями уравнения эллиптического типа в ограниченной области с гладкой границей, с малым коэффициентом при операторе Лапласа и малым, соподчиненным с первым, коэффициентом при граничном условии и интегральными ограничениями на управление
$$
\left\{
\begin{array}{ll}
\displaystyle {\mathcal L}_\varepsilon z\mathop{:=}\nolimits - \varepsilon^2 \Delta z + a(x) z = f(x), &
\displaystyle x\in \Omega,\ \ z \in H^1(\Omega), \\[3ex]
\displaystyle l_{\varepsilon} z\mathop{:=}\nolimits \varepsilon^\beta \frac{\partial z}{\partial n} = g(x) + u(x), &
x\in\Gamma,
\end{array}
\right.
$$
со следующим функционалом качества
$$
J(u) \mathop{:=}\nolimits \|z-z_d\|^2 + \nu^{-1}|||u|||^2 \to \inf, \quad
u \in \mathcal{U},
$$
где
$0<\varepsilon\ll 1$,
$\beta\geqslant 0$,
$\beta\in\mathbb{Q}$,
$\nu>0,$ $H^1(\Omega)$ - соболевское пространство функций,
$\partial z/\partial n$ - производная функции
$z$ в точке
$x\in\Gamma$ по направлению внешней (по отношению к области
$\Omega$) нормали,
$$
\begin{array}{c}
\displaystyle a(\cdot), f(\cdot), z_d(\cdot) \in C^\infty(\overline{\Omega}), \quad
g(\cdot)\in C^\infty(\Gamma),\quad
\forall\, x\in \overline{\Omega}\quad a(x)\geqslant \alpha^2>0, \\[2ex]
\displaystyle \mathcal{U} = \mathcal{U}_1,\quad \mathcal{U}_r\mathop{:=}\nolimits \{u(\cdot)\in L_2(\Gamma)\colon
|||u||| \leqslant r\}.
\end{array}
$$
Здесь через
$\|\cdot\|$ обозначена норма в пространстве
$L_2(\Omega)$, а через
$|||\cdot|||$ - норма в пространстве
$L_2(\Gamma)$. Получено полное асимптотическое разложение по степеням малого параметра решения рассматриваемой задачи в случае, когда
$\beta\geqslant 3/2$. В отличие от ранее рассмотренного случая, в данной задаче существенность ограничений на управление зависит от
$|||g|||$.
Ключевые слова:
сингулярные задачи, оптимальное управление, краевые задачи для систем уравнений в частных производных, асимптотические разложения.
УДК:
517.977
MSC: 35C20,
35B25,
76M45,
93C70 Поступила в редакцию: 31.01.2021
Исправленный вариант: 10.02.2021
Принята в печать: 15.02.2021
DOI:
10.21538/0134-4889-2021-27-2-108-119