Mathematical Sciences: Optimization Methods for Optimal Control and Parameter Identification Problems

数学科学:最优控制和参数辨识问题的优化方法

基本信息

项目摘要

9403699 Heinkenschloss This research is concerned with the development and analysis of fast and robust methods for the solution of optimal control and parameter identification problems governed by nonlinear partial differential equations. These problems are usually formulated in infinite dimensional function spaces; a discretization of these problems leads to large sparse nonlinear programming problems. Many of these problems, in particular, parameter identification problems, have an inherent ill-posedness. These structures will be utilized in the design and analysis of the optimization methods. The algorithms operate on a sequence of nested discretizations. They use mesh-independence properties and grid refinements to compute good starting values in an efficient way. Moreover, they will incorporate multilevel ideas to obtain inexpensive and good derivative information from coarse grids. Iterative solvers will be used for the inexact solution of subproblems to address the large scale structure of the problems. To globalize the convergence and to address the ill-posedness, trust region strategies will be used. The algorithms will be formulated in a rather modular form allowing the incorporation of application dependent efficient solvers, such as domain decomposition methods and multigrid methods. The mathematical formulation of many problems in development and production leads to optimal control and parameter identification problems. Examples include the design of aircraft wings, the control of heating processes, and the nondestructive testing of materials. These mathematical models are complex and their numerical solution is very time consuming and often nearly impossible if 'of-the-shelf-methods' are used. The goal of this research project is the development of new, efficient and robust algorithms for the solution of these problems exploiting their inherent structure.
9403699 Heinkenschloss 这项研究涉及快速、鲁棒的方法的开发和分析,用于解决由非线性偏微分方程控制的最优控制和参数识别问题。 这些问题通常在无限维函数空间中表述;这些问题的离散化会导致大型稀疏非线性规划问题。 其中许多问题,特别是参数识别问题,具有固有的不适定性。 这些结构将用于优化方法的设计和分析。 该算法对一系列嵌套离散化进行操作。 他们使用网格无关属性和网格细化以有效的方式计算良好的起始值。 此外,他们将结合多层次的思想,从粗糙的网格中获取廉价且良好的衍生信息。 迭代求解器将用于子问题的不精确求解,以解决问题的大规模结构。 为了使收敛全球化并解决不适定问题,将使用信任区域策略。 该算法将以相当模块化的形式制定,允许结合应用程序相关的高效求解器,例如域分解方法和多重网格方法。 开发和生产中许多问题的数学表述导致了最优控制和参数识别问题。 例如飞机机翼的设计、加热过程的控制以及材料的无损检测。 这些数学模型很复杂,并且它们的数值求解非常耗时,并且如果使用“现成的方法”通常几乎是不可能的。该研究项目的目标是开发新的、高效的、鲁棒的算法,利用其固有结构来解决这些问题。

项目成果

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