Analyse de sensibilité d’un problème de contrôle optimal bilinéaire
Annales mathématiques Blaise Pascal, Tome 19 (2012) no. 1, pp. 177-196.

Dans cet article, nous étudions la sensibilité d’un problème de contrôle optimal de type bilinéaire. Le coût est différentiable, quadratique et strictement convexe. Le système est gouverné par un opérateur parabolique du quatrième ordre et présente une perturbation additive dans l’équation d’état, ainsi qu’une partie bilinéaire, relativement au contrôle u et à l’état z, de la forme (u·)z. Sous des conditions de petitesse de l’état initial et de la perturbation, nous exploitons les propriétés de régularité et d’unicité du contrôle optimal pour démontrer la stabilité de la fonction valeur optimale. La formule des dérivées directionnelles en zéro de la valeur optimale est explicitée.

In this paper, we study the sensitivity of an optimal control problem of bilinear type. The cost is differentiable, strictly convex and quadratic. The system is governed by a fourth order parabolic operator and has an additive perturbation in the state equation, and a bilinear part with respect to the control u and the state z of the form (u·)z. Under conditions of smallness of the initial state and perturbation, we exploit the properties of regularity and uniqueness of optimal control to demonstrate the stability of the optimal value function. The formula for directional derivatives at zero of the optimal value is explained.

DOI : 10.5802/ambp.309
Classification : 35K55, 49K20, 49K40
Mot clés : contrôle optimal bilinéaire, bilaplacien, équations paraboliques, contraintes sur l’état, conditions d’optimalité du second ordre, analyse de sensibilité, valeur optimale
Keywords: bilinear optimal control, bilaplacian, parabolic equations, state constraints, second-order optimality conditions, sensitivity analysis, value function
Clérin, Jean-Marc 1

1 Laboratoire d’Analyse Non Linéaire et Géométrie (EA 2151) Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse 33 rue Louis Pasteur 84018 AVIGNON CEDEX et Iufm de Paris Université Paris-Sorbonne (Paris IV) 10 rue Molitor 75016 PARIS CEDEX FRANCE
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Clérin, Jean-Marc. Analyse de sensibilité d’un problème de contrôle optimal bilinéaire. Annales mathématiques Blaise Pascal, Tome 19 (2012) no. 1, pp. 177-196. doi : 10.5802/ambp.309. http://archive.numdam.org/articles/10.5802/ambp.309/

[1] Addou, A.; Benbrik, A. Existence and uniqueness of optimal control for a distributed-parameter bilinear system, J. Dynam. Control Systems, Volume 8 (2002) no. 2, pp. 141-152 | DOI | MR

[2] Barbu, V.; Precupanu, Th. Convexity and optimization in Banach spaces, Mathematics and its Applications (East European Series), 10, D. Reidel Publishing Co., Dordrecht, 1986 | MR | Zbl

[3] Bonnans, J. F. Bilinear optimal control of the velocity term in a Kirchhoff plate equation, J. Math. Anal. Appl., Volume 238 (1999) no. 2, pp. 451-467 | DOI | MR | Zbl

[4] Bonnans, J. F. Optimisation continue, Dunod, Paris, 2006 (Mathématiques appliquées pour le Master/SMAI)

[5] Bonnans, J. F.; Shapiro, A. Perturbation analysis of optimization problems, Springer Series in Operations Research, Springer-Verlag, New York, 2000 | MR

[6] Bradley, M. E.; Lenhart, S.; Yong, J. Bilinear optimal control of the velocity term in a Kirchhoff plate equation, J. Math. Anal. Appl., Volume 238 (1999) no. 2, pp. 451-467 | DOI | MR | Zbl

[7] Brézis, H. Analyse fonctionnelle, Collection Mathématiques Appliquées pour la Maîtrise. [Collection of Applied Mathematics for the Master’s Degree], Masson, Paris, 1983 (Théorie et applications. [Theory and applications]) | Zbl

[8] Bruni, C.; DiPillo, G.; Koch, G. Bilinear systems : an appealing class of “nearly linear” systems in theory and applications, IEEE Trans. Automatic Control, Volume AC-19 (1974), pp. 334-348 | DOI | MR | Zbl

[9] Clérin, J.-M. Problèmes de contrôle optimal du type bilinéaire gouvernés par des équations aux dérivées partielles d’évolution, Thèse, LANLG, Université d’Avignon, 2009 (Disponible sur : http ://tel.archives-ouvertes.fr)

[10] Clérin, J.-M. Équations d’État Bien Posées en Contrôle Bilinéaire, Rev. Roumaine Math. Pures et Appl., Volume 56 (2011) no. 2, p. 115-136 (electronic)

[11] Gel’fand, I. M.; Vilenkin, N. Ya. Generalized functions. Vol. 4 : Applications of harmonic analysis, Translated by Amiel Feinstein, Academic Press, New York, 1964 | MR | Zbl

[12] Griesse, R.; Vexler, B. Numerical sensitivity analysis for the quantity of interest in PDE-constrained optimization, SIAM J. Sci. Comput., Volume 29 (2007) no. 1, p. 22-48 (electronic) | DOI | MR

[13] Ito, K.; Kunisch, K. Augmented Lagrangian-SQP-methods in Hilbert spaces and application to control in the coefficients problems, SIAM J. Optim., Volume 6 (1996) no. 1, pp. 96-125 | DOI | MR | Zbl

[14] Ito, K.; Kunisch, K. Optimal bilinear control of an abstract Schrödinger equation, SIAM J. Control Optim., Volume 46 (2007) no. 1, p. 274-287 (electronic) | DOI | MR

[15] Khapalov, A. Y. Controllability of the semilinear parabolic equation governed by a multiplicative control in the reaction term : a qualitative approach, SIAM J. Control Optim., Volume 41 (2003) no. 6, p. 1886-1900 (electronic) | DOI | MR

[16] Maurer, H.; Zowe, J. First and second order necessary and sufficient optimality conditions for infinite-dimensional programming problems, Math. Programming, Volume 16 (1979) no. 1, pp. 98-110 | DOI | MR | Zbl

[17] Trentin, D.; Guyaner, J.-L. Vibration of a master plate with attached masses using modal sampling method, J. Acoust. Soc. Am., Volume 96 (1994) no. 1, pp. 235-245 | DOI

[18] Yu, Y.-Y. Vibrations of elastic plates, Springer, 1995

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