抛物型最优控制问题的全离散Crank-Nicolson有限元法

针对具有积分控制约束的抛物型最优控制问题,提出了一种基于Crank-Nicolson格式的全离散有限元法.使用分段线性有限元对状态进行空间离散,采用Crank-Nicolson格式进行时间离散,对控制变量采用分段线性近似,从而得到离散的最优性系统.证明了状态变量、伴随状态变量和控制变量的误差估计,并通过数值算例验证理论结果.

抛物型最优控制问题的Crank-Nicolson差分方法

讨论一维具有Neumann边界条件的抛物型最优控制问题,给出对偶状态方程和一阶最优性条件,得到最优性系统。利用“虚拟点”中心差商离散边界条件,对最优性系统建立Crank-Nicolson差分全离散格式。证明状态变量、对偶状态变量和控制变量的最大模误差估计是关于时间和空间均为二阶收敛的。最后,建立数值算例,为避免求解大型耦合代数方程组,采用迭代方法进行计算,数值结果验证理论分析结论的正确性。