научная статья по теме ПОЧТИ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОНФЛИКТНО УПРАВЛЯЕМЫЕ ПРОЦЕССЫ СО МНОГИМИ УЧАСТНИКАМИ Кибернетика

Текст научной статьи на тему «ПОЧТИ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОНФЛИКТНО УПРАВЛЯЕМЫЕ ПРОЦЕССЫ СО МНОГИМИ УЧАСТНИКАМИ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. ТЕОРИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, 2007, № 2, с. 83-86

= ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

УДК 517.977

ПОЧТИ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОНФЛИКТНО УПРАВЛЯЕМЫЕ ПРОЦЕССЫ СО МНОГИМИ УЧАСТНИКАМИ*

© 2007 г. А. И. Благодатских

Ижевск, Удмуртский государственный ун-т Поступила в редакцию 28.02.06 г.

Для нестационарного конфликтно управляемого процесса с равными возможностями участников получены достаточные условия поимки группой преследователей одного и заданного числа убегающих.

Введение. В работе рассматривается линейный нестационарный конфликтно управляемый процесс с равными динамическими и инерционными возможностями участников в предположении, что фундаментальная матрица системы является почти периодической и ее первая производная равномерно ограничена на [Г0, <»). В ее первой части получены достаточные условия поимки группой преследователей одного убегающего при дискриминации последнего, во второй - достаточные условия поимки заданного числа убегающих при условии, что первоначально убегающие выбирают свои управления на [Г0, а каждый преследователь ловит не более одного убегающего. Статья продолжает исследования [1-5].

1. Групповое преследование одного убегающего. В пространстве RV(v > 2) рассматривается дифференциальная игра Г п + 1 лиц: п преследователей P1, P2, ..., Pn и убегающего E. Движение каждого преследователя Pi описывается системой

х, = A(t)х, + ui, и е V, (1.1)

закон движения убегающего Е имеет вид

у = А(t)у + V, V е V. (1.2)

Здесь и далее х,у, щ, Vе Rv, i е I = {1, 2, ..., п}, А(Г) -непрерывная на [Г0, квадратная матрица порядка V, V - строго выпуклый компакт Rv, такой, что 1п1^ Ф 0. При t = Г0 заданы начальные условия

хг (t0) = X0, у (t0) = У0,

причем X0 Ф У0 для всех i.

Вместо (1.1)—(1.3) рассмотрим систему

^ = А(t)гг + иг - V, иг, V е V,

(t0) = 20 = X0- У0. Отметим, что 20 Ф 0.

(1.3)

(1.4)

* Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект < 06-0100258).

Определение 1. Управления и/О, v(t) из класса измеримых функций, удовлетворяющие соответственно ограничениям из (1.1), (1.2), называются допустимыми.

Определение 2. В игре Г возможна поимка, если существует момент Т0 = Т0( 20), при котором для любого допустимого управления v(t) найдутся допустимые управления и (Г) = и ¡(Г, 20, v(5), 5 е [0, Г]), такие, что для некоторых т е [Г0, Т0] и а е I выполнено га(т) = 0.

Пусть Ф - фундаментальная матрица системы ( = А (Г )ю,

такая, что Ф(Г0) совпадает с единичной матрицей.

Предположение 1. Матрица Ф(Г) является почти периодической в смысле Бора и ее первая производная равномерно ограничена на [Г0,

Условие 1. Начальные позиции участников таковы, что

0 е 1Шсо{ 20}.

Через П(с, г) обозначим замкнутый шар с центром в точке с радиуса г. Из леммы 2.1 [5] следует, что если выполнено условие 1, то при некотором значении £ > 0 справедливо следующее условие. Условие 2. Для любых / е Б( 20, 2£)

0 е Шсо{/г} и 0 й Б(20, 2£) для всех i.

Далее считаем, что £ > 0 выбрано исходя из условия 2.

Определим функции X,

Х^, /) = 8ир{Х : X > 0, (V - X/) е V} при h Ф 0,

í

Т( Г) = |Х( V (5 ),Ф(5 )20 ).

Отметим, что Ф(Г) 2г- Ф 0, так как 2г- Ф 0.

Лемма 1. Пусть имеют место предположение 1 и условие 1. Тогда существует момент Т > Г0, та-

84

БЛАГОДАТСКИХ

кой, что для любого допустимого управления v(t) найдется номер а е I, что Ja(T) > 1.

Доказательство. Введем обозначения

Д = {t > t0 : Ф(0Z0 е D(Z0, 2е) для всех i}, Q = {q е I : Ф(0Z°q е D(Z0, 2е) для всех t > t0}, |(G) - мера Лебега множества G с R1. Возможны два случая.

1. Q = I. Тогда |(Д) = <~.

2. Q ФI. Без ограничения общности будем считать, что Q = 0, т. е. значение каждой из функций Ф(0 Z0 в некоторый момент не принадлежит шару D(Z0, 2е). Докажем, что |(Д) =

В силу предположения 1 функции Ф(0 Z0 являются почти периодическими. Откуда с учетом равенства Ф(^) Z0 = Z0 следует, что существует число T(e) > 0, при котором для каждого к = 0, 1, 2,..., найдется момент тк е [t0 + Т(е)к, t0 + Т(е)(к + 1)), обладающий свойством

Ф(тк) Z0 е IntD( Z0, е) для всех i.

Пусть

Д = {t : t е +1 ),Ф( t)Z0 е D(Z0, 2е) для всех i}, к = 0, 1, 2, ..., dist(D1, D2) = inf \\d1- d2\\.

d1 е D1 d2 е D2

Из предположения 1 получаем, что функции d- (Ф(0 Z0) равномерно ограничены, т. е. имеется такое положительное число M, что

max

t е [io,-)

-т:(Ф( t) Z°)

< M для всех i.

Следовательно, для всех Ь > 0 справедливы неравенства:

если ¿2 > ¿1 > ¿0 и ||ф( ¿2)Z0- Ф(¿1)Z0| > Ь, то ¿2 > t, + 7- для всех 7.

2 1 м

Из них и того, что

^(дБ(Z0, е), дБ(Z0, 2е)) = е,

)Z0 е 1пШ(Z0, е) для всех 7, следует включение

% Tk + -

M

с Ok для всех k = 0, 1, 2,

а это означает, что

ц(О) > U^k) = '

k = 0

Для любого

= (Иъ Нъ ..., hn) е D = D(Zj, 2е)х х D(Z2, 2е) х ... х D(Z0, 2е),

учитывая условие 2, значение

р(d) = minmaxv, hi)> 0.

ve VieI

Лемма 1.3.13 из [4] подтверждает непрерывность функции X, поэтому

lim р(d*) = lim minmaxX( v, h*) =

d * ^ d d * ^ d v e Vi e I

= minmaxX( v, hi) = p(d),

v e Vi e I

следовательно, и функция p является непрерывной. Учитывая еще, что множество D - компакт, получим

r = minminmaxX( v, hi) = minp(d)> 0.

d e D v e Vi e I d e D

Таким образом, величина

5 = min min maxX( v, Ф( t)Z0) >

t e Q v e V i e I

> min min maxX( v, hi) = r > 0.

d е D v е V i е I

Далее

max Ji (t) = max I Ä,( v(5),Ф(5)Z0)ds >

i е I i е I J

t0

> max I Ä,( v(s), Ф(s)Z0)ds >

i е I J

[to, t] n О

> j J v(s)'Ф(s)Z0)ds >

[to, t] n Оi е 1

> 1 J 5ds = -t0, t] n О). n J n

[to, t] n Q

Отметим, что

lim|i([to, t] n Q) = -,

t ^ —

так как ^(Q) = —. Тогда для момента T, определяемого из условия

5ц([to, T] n Q)> 1,

п

и некоторого а e I имеем Ja(T) > 1. Лемма доказана. Если

T0 = min{ t > t0 : infmaxJ(t) > 1},

v (■) i e I

то в силу леммы 1 T0 < —.

Теорема 1. Пусть выполнены предположение 1 и условие 1. Тогда в игре Г возможна поимка.

Доказательство. По формуле Коши решение задачи (1.4) при любых допустимых управлениях имеет вид

t) = Ф( t)

' + |ф-1 (s)(ut(s) - v(s))ds

для всех t > t0.

0

ПОЧТИ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОНФЛИКТНО УПРАВЛЯЕМЫЕ ПРОЦЕССЫ

85

Предположим , что у(т), ¿0 < т < Т0 - произвольное допустимое управление убегающего Е и ¿1 > ¿0 -наименьший корень функции Е вида

t

Е( t) = 1-шах|\( V (5 ),Ф( 5) Z0) Ж.

г е I

Отметим, что в силу определения Т0, момент tl < То.

Задаем управление преследователей Рг следующим образом:

и(t) = V(t) - Ц V(t),Ф(t)^)Ф(t)Z0

для всех t е [ 10, Т0 ]. Тогда с учетом формулы Коши

z( ti) = Ф( ti) Z0

1 -

Ja,( V(5), Ф(5)Zj)ds

В силу определения для некоторого а е I выражение в скобках обращается в ноль, поэтому = 0. Теорема доказана.

Пример 1. В Я2 рассмотрим игру Г четырех лиц: трех преследователей Р1, Р2, Р3 и убегающего Е. Пусть система (1.4) имеет вид

= A (t) z¡ + u, - v, u u v e V, z( 0) = Z.

где

A (t) =

sin t 0 cos t sin t

Z1 =

z 2 =

Z 3 =

Тогда

0

1 - cos t

1 - cos t

ф(t) = (1-coest., .

V e sin t e и все условия теоремы 1 выполнены.

Утверждение 1. В игре Г возможна поимка. 2. Поимка заданного числа убегающих. В Rv

(v > 2) определена игра Г n + m лиц: n преследователей Ръ P2, ..., Pn и m убегающих Еъ E2, ..., Em. Движение любого преследователя Pi описывается системой (1.1), закон движения каждого убегающего Ej имеет вид

yj = A (t )yj + Vj, Vj e V.

Здесь и далее y, Vj e Rv, j e J = {1, 2, .. заданы начальные условия

, ml

(2.1) При t = t0

хг (to) = X0, yj (to) = , причем Xo Ф Yj для всех i, j.

(2.2)

Цель группы преследователей - "поймать" не менее г (1 < г < т) убегающих, при условии, что сначала преследуемые выбирают свои управления сразу на <»), а затем догоняющие на основе информации об управлениях убегающих формируют свои управления, и, кроме того, каждый

преследователь может "поймать" не более одного убегающего. Считаем, что п > г.

Вместо (1.1), (2.1), (2.2) рассмотрим систему

= А (t)+ и 7 - v], и7, Vj е V,

(2 3)

гг]( t0) = 4 = х0- г0.

Определение 3. В игре Г возможна поимка

г убегающих, если существует момент Т0 = Т0( Z(0j), при котором для любой совокупности допустимых управлений Vj(t) найдутся допустимые управления

и() = и^, Z0j, ^(5), s е [tо, <~)),

обладающие следующим свойством: существуют множества

N с I, М с /, N = М = г, такие, что каждый убегающий Ер, в е М, ловится не позднее момента Т0 некоторым преследователем Ро, а е N, причем если это происходит, то остальные убегающие считаются им не пойманными. Выражение "преследователь Ро ловит убегающего Ер" означает, что для некоторого т е Т0] выполнено гор(т) = 0.

Условие 3. Для каждого к е {0, 1, ..., г - 1} верно следующее: для любого множества N с I, N = п - к, найдется такое множество Мс /, |М| = = г - к, что для всех р е М

0 е 1йсо{ Z0р, а е Щ.

Теорема 2. Пусть выполнены предположение 1 и условие 3. Тогда в игре Г возможна поимка г убегающих.

Доказательство. Докажем, что любые п - к преследователей ловят не менее г - к убегающих, где к е {0, 1, ..., г - 1}. При к = 0 получим утверждение теоремы.

Пусть к = г - 1 и N с I, N = п - к. В силу условия 3

по N существует р е /, такое, что 0 е 1Псо{ ZОр, а е Щ. Из теоремы 1 следует, что преследователи РО, а е N ловят убегающего Ер.

Предположим, что утверждение справедливо для всех к > к0 + 1.

Докажем его при к = к0. Пусть N с I, N = п - к0. Тогда существует М с /, |М| = г - к0, такое, что

0 е Мсо{ ZОр , а £N1 для любого р е М. Для всех р е М определим множества

/р = {а е N : преследователь Ра ловит убегающего Ер}. Без ограничения общности будем считать, что М = {1, 2, ..., г - к0} и /1 < / < ... < /г-к\ .

В силу теоремы 1 /р Ф 0 для всех р е М. Возможны два случая.

0

1.

U J

ß =1

БЛАГОДАТСКИХ > n1 для любого n1 = 1, 2, ..., r- k0. То-

гда по теореме Холла [6] для множеств Тр существует система различных представителей, т. е. имеются попарно различные ар е А, в е М, такие, что ар е Тр. Таким образом, доказано, что преследователь Рар ловит убегающего Ер, р е М, и утверждение в этом случае справедливо.

2. Найдется п1 е {1, 2, ..., г - к0}, при котором

< n1. Пусть n1 - наименьшее из натураль-

U J ß

ß=1

ных чисел, удовлетворяющих данному свойству. Отметим, что

n1 > 1 и

U Jß

ß = 1

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком