Optimal control of parabolic partial differential equations, discretization, error estimates
Übersetzte Stichworte:
Optimalsteuerungsprobleme mit parabolischen partiellen Differentialgleichungen, Diskretisierung, Fehlerabschätzungen
DDC-Notation:
515.642
Kurzfassung:
The topic of this PhD thesis are estimates for the discretization error of optimal control problems with parabolic partial differential equations. Such problems occur e.g. during the hydration of young concrete. This problem is introduced in this thesis. Subsequently the discretization of optimal control problems with linear parabolic partial differential equations is discussed in detail. A focus are tailored Crank-Nicolson schemes with convergence order two. The specialty of these tailored schemes is the commutation of optimization and discretization and the discretization of the state and the control at different discrete times. These discretizations are introduced for abstract parabolic optimal control problems with a cost functional which includes the tracking of a desired state over the full space-time cylinder, the tracking of the terminal state and the control costs. Furthermore the finite element approximation of some semi-elliptic boundary value problems is discussed. Such problems are connected with parabolic optimal control problems and are of different order of differentiation in different dimensions. The corresponding bilinear form is V-elliptic in an appropriately chosen Hilbert space. For these boundary value problems a regularity estimate and a priori error estimates for the energy norm and L2-norm are proven. Numerical examples for the Crank-Nicolson discretization and the finite element approximation confirm the expected rates of convergence. «
The topic of this PhD thesis are estimates for the discretization error of optimal control problems with parabolic partial differential equations. Such problems occur e.g. during the hydration of young concrete. This problem is introduced in this thesis. Subsequently the discretization of optimal control problems with linear parabolic partial differential equations is discussed in detail. A focus are tailored Crank-Nicolson schemes with convergence order two. The specialty of these tailored sc... »
Übersetzte Kurzfassung:
Diese Dissertation behandelt die Abschätzung des Diskretisierungsfehlers bei Optimalsteuerungsproblemen mit parabolischen partiellen Differentialgleichungen. Solche Probleme treten beispielsweise bei der Hydratation von jungem Beton auf. Dieses Problem wird zu Beginn der Arbeit eingeführt. Anschließend wird die Diskretisierung von Optimalsteuerungsproblemen mit linearen parabolischen partiellen Differentialgleichungen im Detail diskutiert. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt in angepassten Crank-Nicolson Verfahren, die die Konvergenzordnung zwei liefern. Die Verfahren sind so konstruiert, dass Optimierung und Diskretisierung kommutieren und der Zustand und die Steuerung an verschiedenen Zeitpunkten diskretisiert werden. Diese Diskretisierung wird für abstrakte parabolische Optimalsteuerungsprobleme mit einem Kostenfunktional eingeführt, das das Ansteuern eines gewünschten Zustandes über den ganzen Raum-Zeit-Zylinder, das Ansteuern eines gewünschten Endzustands und die Kontrollkosten beinhaltet. Außerdem wird eine Finite Elemente Methode für gewisse semielliptische Randwertaufgaben eingeführt. Die betrachteten Probleme stehen im Zusammenhang mit Optimalsteuerungsproblemen parabolischer Differentialgleichungen und weisen verschiedene Differentationsordnungen in verschiedenen Raumdimensionen auf. Die zugehörigen Bilinearformen sind in einem geeignet gewählten Hilbertraum V-elliptisch. Für die Löosung dieser Randwertprobleme wird eine Regularitätsabschätzung hergeleitet und eine a priori Fehlerschranke in der Energienorm und der L2-Norm bewiesen. Numerische Beispiele für dieCrank-Nicolson-Diskretisierungen und die Finite Element Methode bestätigen die erwarteten Konvergenzraten. «
Diese Dissertation behandelt die Abschätzung des Diskretisierungsfehlers bei Optimalsteuerungsproblemen mit parabolischen partiellen Differentialgleichungen. Solche Probleme treten beispielsweise bei der Hydratation von jungem Beton auf. Dieses Problem wird zu Beginn der Arbeit eingeführt. Anschließend wird die Diskretisierung von Optimalsteuerungsproblemen mit linearen parabolischen partiellen Differentialgleichungen im Detail diskutiert. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt in angepassten Crank-N... »
Veröffentlichung:
Erschienen im Verlag Dr. Hut, München (ISBN 978-3-8439-1102-3): siehe http://www.hut-verlag.de/9783843911023.html