Kontrol Optimum. Syarat Transversalitas, Current-valued Hamiltonian. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB. Februari 2014

dokumen-dokumen yang mirip
Kontrol Optimum. Prinsip Maksimum Pontryagin. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB. Februari 2014

Kontrol Optimum. MKO dengan Mixed Constraints dan Pure State Constraints. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB. Februari 2014

Kontrol Optimum. MKO dengan Horizon Takhingga, Syarat Cukup. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB. Februari 2014

Kontrol Optimum. MKO dengan Kendala pada Peubah Kontrol. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB. Februari 2017

Kalkulus Variasi. Syarat Cukup, Masalah Kalkulus Variasi dengan Horizon Takhingga. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB.

Kalkulus Variasi. Masalah Kalkulus Variasi, Fungsional Objektif, Variasi, Syarat Perlu Optimalitas. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB

Kalkulus Variasi. Persamaan Euler, Masalah Kalkulus Variasi Berkendala, Syarat Batas. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB.

II LANDASAN TEORI. ii. Constant returns to scale, yaitu situasi di mana output meningkat sama banyaknya dengan porsi peningkatan input

Masalah Kalkulus Variasi, Fungsional Objektif, Variasi, Syarat Perlu Optimalitas

Kalkulus Variasi. Pendahuluan, Model Matematika, Keterkontrolan. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB. Februari 2014

Kuliah Pengantar Kontrol Optimum dan Metode Numeriknya dalam Scilab

Persamaan Diferensial Biasa

Persamaan Diferensial Biasa

MAT332 Kontrol Optimum

Selanjutnya didefinisikan fungsional objektif yang diperbesar (augmented) J ( u ) sebagai:

III HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB II KAJIAN TEORI. representasi pemodelan matematika disebut sebagai model matematika. Interpretasi Solusi. Bandingkan Data

PD Orde 2 Lecture 3. Rudy Dikairono

PENYELESAIAN MASALAH KONTROL KUADRATIK LINIER YANG MEMUAT FAKTOR DISKON

SISTEM DINAMIK KONTINU LINEAR. Oleh: 1. Meirdania Fitri T 2. Siti Khairun Nisa 3. Grahani Ayu Deca F. 4. Fira Fitriah 5.

PENERAPAN PRINSIP MAKSIMUM PONTRYAGIN PADA SISTEM INVENTORI-PRODUKSI. Nurus Sa adah, Toni Bakhtiar, Farida Hanum

Persamaan Diferensial

Persamaan Di erensial Orde-2

Program Perkuliahan Dasar Umum Sekolah Tinggi Teknologi Telkom Persamaan Diferensial Orde II

Universitas Indonusa Esa Unggul Fakultas Ilmu Komputer Teknik Informatika. Persamaan Diferensial Orde II

Persamaan Diferensial

MASALAH SYARAT BATAS (MSB)

BAB I DASAR-DASAR PEMODELAN MATEMATIKA DENGAN PERSAMAAN DIFERENSIAL

PENGARUH SURPLUS PRIMER, TINGKAT PAJAK, DAN INVESTASI PUBLIK TERHADAP MODAL DAN UTANG PUBLIK DALAM MODEL PERTUMBUHAN EKONOMI DANTY KARTIKA SARI

Outline. Bagian 0: Motivasi. Bagian 1: Optimasi Taklinier Dasar dasar Teorema Karush Kuhn Tucker. Bagian 2: Sequential Quadratic Programming

Bab II Teori Pendukung

PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER NON HOMOGEN

I. Sistem Persamaan Diferensial Linier Orde 1 (Review)

BAB II LANDASAN TEORI. dalam penulisan skripsi ini. Teori-teori yang digunakan berupa definisi-definisi serta

BAB I PENDAHULUAN. keadaan dari suatu sistem. Dalam aplikasinya, suatu sistem kontrol memiliki tujuan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. kestabilan model predator-prey tipe Holling II dengan faktor pemanenan.

KENDALI OPTIMAL PADA PENCEGAHAN WABAH FLU BURUNG DENGAN ELIMINASI, KARANTINA DAN PENGOBATAN

BAB I KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PENGENDALIAN OPTIMAL DISTRIBUSI VAKSIN PADA MODEL EPIDEMIK RABIES DENGAN MASA KELAHIRAN PERIODIK

Persamaan Diferensial

Aplikasi Prinsip Maksimum Pontryagin Pada Model Bioekonomi Mangsa-Pemangsa Dengan Waktu Tunda

Nurdinintya Athari PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 2

FORMULA PENGGANTI METODE KOEFISIEN TAK TENTU ABSTRACT

Persamaan Diferensial

PENERAPAN METODE ELEMEN HINGGA UNTUK SOLUSI PERSAMAAN STURM-LIOUVILLE

KENDALI OPTIMAL PADA MODEL PERIKLANAN NERLOVE-ARROW DENGAN MENGGUNAKAN PRINSIP MAKSIMUM

BAB 2 PERSAMAAN DIFFERENSIAL BIASA

III PEMBAHASAN. untuk setiap di dan untuk setiap, dengan. (Peressini et al. 1988)

METODE ITERASI VARIASIONAL PADA MASALAH STURM-LIOUVILLE

Teori kendali. Oleh: Ari suparwanto

TE Sistem Linier. Sistem Waktu Kontinu

MODEL PERTUMBUHAN EKONOMI DENGAN INPUT SUMBER DAYA ALAM TERBARUKAN NUR NA IMAH

Persamaan Difusi. Penurunan, Solusi Analitik, Solusi Numerik (Beda Hingga, RBF) M. Jamhuri. April 7, UIN Malang. M. Jamhuri Persamaan Difusi

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

dy = f(x,y) = p(x) q(y), dx dy = p(x) dx,

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Persamaan Diferensial Definisi 1 [Sistem Persamaan Diferensial Linear (SPDL)]

PERSAMAAN DIFERENSIAL I PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

Karena v merupakan vektor bukan nol, maka A Iλ = 0. Dengan kata lain, Persamaan (2.2) dapat dipenuhi jika dan hanya jika,

BAB VII MATRIKS DAN SISTEM LINEAR TINGKAT SATU

FUNGSI EVANS, SIFAT-SIFAT DAN APLIKASINYA PADA PELACAKAN NILAI EIGEN DARI MASALAH STURM-LIOUVILLE

SISTEM KENDALI OTOMATIS Analisa Respon Sistem

II LANDASAN TEORI. Contoh. Ditinjau dari sistem yang didefinisikan oleh:

BAB II LANDASAN TEORI. selanjutnya sebagai bahan acuan yang mendukung tujuan penulisan. Materi-materi

CATATAN TENTANG PERSAMAAN LYAPUNOV DAN PERSAMAAN ALJABAR RICCATI

Mata Kuliah :: Matematika Rekayasa Lanjut Kode MK : TKS 8105 Pengampu : Achfas Zacoeb

Hendra Gunawan. 23 April 2014

Persamaan Diferensial

Jurnal MIPA 38 (1) (2015): Jurnal MIPA.

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

SISTEM DINAMIK DISKRET. Anggota Kelompok: 1. Inggrid Riana C. 2. Kharisma Madu B. 3. Solehan

TE Sistem Linier. Sistem Waktu Kontinu

HUBUNGAN ANTARA DIFFERENSIAL DAN INTEGRAL

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

Bab 15. Interaksi antar dua spesies (Model Kerjasama)

Solusi Sistem Persamaan Linear Ax = b

SISTEM PERSAMAAN LINEAR ( BAGIAN II )

METODE DEKOMPOSISI ADOMIAN UNTUK MENYELESAIKAN PERMASALAHAN NILAI BATAS PADA PERSAMAAN DIFERENSIAL PARSIAL NONLINEAR ABSTRACT

FUNGSI DAN GRAFIK FUNGSI

ECONOMICAL MATHEMATICS

ADLN PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA BAB IV PEMBAHASAN. optimal dari model untuk mengurangi penyebaran polio pada dengan

KONTROL OPTIMAL PADA PENGADAAN BAHAN MENTAH DENGAN KEBIJAKAN PENGADAAN TEPAT WAKTU, PERGUDANGAN, DAN PENUNDAAN

BAB I PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA ORDE SATU

BAB II KAJIAN TEORI. Persamaan diferensial sangat penting dalam pemodelan matematika khususnya

Metode Koefisien Tak Tentu untuk Penyelesaian PD Linier Homogen Tak Homogen orde-2 Matematika Teknik I_SIGIT KUSMARYANTO

BAB I PENGERTIAN DASAR

PENYELESAIAN MASALAH NILAI EIGEN UNTUK PERSAMAAN DIFERENSIAL STURM-LIOUVILLE DENGAN METODE NUMEROV

KONSEP BIAYA DALAM PENGAMBILAN KEPUTUSAN

04-Ruang Vektor dan Subruang

PEMBAHASAN. (29) Dalam (Grosen 1992), kondisi kinematik (19) dan kondisi dinamik (20) dapat dinyatakan dalam sistem Hamiltonian berikut : = (30)

Suatu sistem persamaan diferensial dinyatakan sebagai berikut : Misalkan suatu sistem persamaan diferensial (SPD) dinyatakan sebagai

BAB PDB Linier Order Satu

Penyelesaian Penempatan Kutub Umpan Balik Keluaran dengan Matriks Pseudo Invers

MODEL MATEMATIKA MANIPULATOR FLEKSIBEL

BAB II LANDASAN TEORI

BAB III PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER

Invers Transformasi Laplace

Transkripsi:

Kontrol Optimum Syarat Transversalitas, Current-valued Hamiltonian Toni Bakhtiar Departemen Matematika IPB Februari 2014 tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 1 / 37

Outline Syarat transversalitas 1 Masalah waktu terminal tetap (fixed) 2 Masalah waktu terminal bebas (free) MKO dengan diskonto 1 Current-valued hamiltonian 2 Model konsumsi optimum Review: Solusi SPD tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 2 / 37

Prinsip Maksimum Pontryagin MKO: opt J = S(x(T ), T ) + T f (x(t), u(t), t) dt 0 s.t. ẋ(t) = g(x(t), u(t), t) x(0) = x 0, T dan x(t ) belum ditentukan. Hamiltonian: H(x, u, p, t) := f (x, u, t) + pg(x, u, t). Syarat perlu optimalitas: 1 H u = 0, ṗ = H x, ẋ = H p, 2 Syarat batas terpenuhi: x(0) = x 0. 3 Syarat transversalitas terpenuhi: (S x p)δx T + (H + S t )δt T = 0. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 3 / 37

Syarat Transversalitas Masalah Waktu Terminal Tetap 1 Jika T fixed dan x(t ) fixed, yaitu x(t ) = x T, berakibat δt = 0 dan δx(t ) = 0, maka STV vanished. 2 Jika T fixed dan x(t ) free, berakibat δt = 0 dan δx(t ) = 0, maka STV tereduksi menjadi (S x p T = 0. Selanjutnya, jika S 0 maka STV berubah menjadi p(t ) = 0. 3 Jika T fixed dan x(t ) terletak pada manifold M, yaitu M(x(T ), T ) = 0 atau M(x(t), t) t=t = 0, maka STV menjadi (R x p T = 0, dengan R(x(t), t) = S(x(t), t) + µm(x(t), t) untuk suatu konstanta µ. Selanjutnya STV dapat ditulis p(t ) = S x (T ) + µm x (T ). (lihat Seierstad & Sydsæter (1987), pp. 177) tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 4 / 37

Syarat Transversalitas Problem Selesaikan MKO berikut: Problem Selesaikan MKO berikut: max J = 1 0 (x u2 ) dt s.t. ẋ = u x(0) = 2 x(1) bebas. min J = 1 2 [x(1)]2 + 1 1 0 2 u2 dt s.t. ẋ = u x(0) = 1 x(1) bebas. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 5 / 37

Syarat Transversalitas Problem Selesaikan MKO berikut: Problem Selesaikan MKO berikut: max J = 1 (x + u) dt 0 s.t. ẋ = 1 u 2 x(0) = 1 x(1) bebas. max J = 1 0 (ux u2 x 2 ) dt s.t. ẋ = x + u x(0) = 1 x(1) bebas. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 6 / 37

Solution Definisikan f (x, u) := ux u 2 x 2. diperoleh fungsi hamilton: Syarat perlu optimalitas: H := f + pg H := (ux u 2 x 2 ) + p(x + u). Syarat H u = 0 memberikan Syarat ṗ = H x memberikan x 2u + p = 0 u = 1 2 (x + p). ṗ = u + 2x p = 3 2 x 3 2 p x = 2 3 ṗ + p. Syarat ẋ = H p memberikan ẋ = x + u = x + 1 2 (x + p) = 3 2 x + 1 2 p. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 7 / 37

Solution Dari PD di atas: sehingga p = 3 2 ẋ 3 2 ṗ = 3 2 ( 3 2 x + 1 2 p) 3 2 ṗ = 3 2 ( 3 2 ( 2 3 ṗ + p) + 1 2 p) 3 2 ṗ = 3p p 3p = 0, (PD homogen orde-2) p(t) = Ae 3t + Be 3t, x(t) = (1 + 2 3 3)Ae 3t + (1 2 3 3)Be 3t, u(t) = (1 + 1 3 3)Ae 3t + (1 1 3 3)Be 3t. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 8 / 37

Solution Karena x(0) = 1 maka B = 7A + 4 3A 2 3 3, sehingga p(t) = 3t Ae + (7A + 4 3A 2 3 3)e 3t. Karena x(1) bebas maka p(1) = 0, sehingga 3 Ae + (7A + 4 3A 2 3 3)e 3 = 0 A 0.141 B 4.502. Dengan demikian, p (t) = 3t 0.141e 4.502e 3t, x (t) = 3t 0.304e + 0.696e 3t, u (t) = 3t 0.222e 1.903e 3t. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 9 / 37

Syarat Transversalitas Masalah Waktu Terminal Bebas 1 Jika T free dan x(t ) fixed, berakibat δt = 0 dan δx(t ) = 0, maka STV menjadi (H + S t T = 0. 2 Jika T free dan x(t ) free, berakibat δt = 0 dan δx(t ) = 0, maka STV menjadi (S x p T = 0 dan (H + S t T = 0. 3 Jika T free dan x(t ) free tetapi M(x(T ), T ) = 0 maka STV menjadi (R x p T = 0 dan (H + R t T = 0. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 10 / 37

Syarat Transversalitas Problem Selesaikan MKO berikut: max J = T 0 (t2 + u 2 ) dt s.t. ẋ = u x(0) = 4 x(t ) = 5, T bebas. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 11 / 37

Syarat Transversalitas Problem Selesaikan MKO berikut: min J = S(x(T ), T ) + T 0 s.t. ẋ 1 = x 2 ẋ 2 = u x 1 (0) = 0 x 2 (0) = 0. 1 2 u2 dt S(x(T ), T ) 0, T = 1, x 1 (1) = 2, x 2 (1) = 3. S(x(T ), T ) = 1 2 (x 1(T ) 2) 2, T = 1, x 1 (1) dan x 2 (1) free. S(x(T ), T ) = 1 2 (x 1(T ) 2) 2, T = 1, x 1 (1) dan x 2 (1) free tetapi memenuhi x 1 (1) + 2x 2 (1) 10 = 0. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 12 / 37

Solution Kendala persamaan diferensial dari MKO di atas dapat ditulis menjadi ( ) ( ) ẋ1 x2 := ẋ =, u ẋ 2 sehingga didefinisikan fungsi hamilton berikut: H := f + p g = 1 2 u2 + ( ) ( ) x p 1 p 2 2 = 1 u 2 u2 + p 1 x 2 + p 2 u. Syarat perlu optimalitas memberikan: H u = 0 u + p 2 = 0 p 2 = u. ṗ 1 = H x1 ṗ 1 = 0 p 1 (t) = A. ṗ 2 = H x2 ṗ 2 = p 1 ṗ 2 = A p 2 (t) = At + B u(t) = At B. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 13 / 37

Solution Selanjutnya kendala persamaan diferensial memberikan ẋ 2 = u ẋ 2 = At B x 2 (t) = 1 2 At2 Bt + C, ẋ 1 = x 2 ẋ 1 = 1 2 At2 Bt + C x 1 (t) = 1 6 At3 1 2 Bt2 + Ct + D. Nilai awal x 1 (0) = 0 dan x 2 (0) = 0 mengakibatkan C = D = 0, sehingga x 1 (t) = 1 6 At3 1 2 Bt2, x 2 (t) = 1 2 At2 Bt. Kasus 1: T = 1, x 1 (1) = 2, x 2 (1) = 3 memberikan SPL: 1 6 A 1 2 B = 2, 1 2 A B = 3. Diperoleh solusi A = 6 dan B = 6, sehingga x 1 (t) = t 3 + 3t 2, x 2 (t) = 3t 2 + 6t, u (t) = 6t + 6. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 14 / 37

Solution Kasus kedua merupakan kasus dengan state akhir bebas dan melibatkan fungsi scrap. Kasus 2: S(x(T ), T ) = 1 2 (x 1(T ) 2) 2, T = 1, x 1 (1) dan x 2 (1) free memberikan syarat transversalitas (S x p T = 0 (S x1 p 1 T = 0 dan (S x2 p 2 T = 0, yang dapat dijabarkan menjadi Selanjutnya, p 1 (1) = x 1 (1) 2 dan p 2 (1) = 0. (A = x 1 (1) 2 dan A + B = 0) (x 1 (1) = A + 2 dan A = B), sehingga diperoleh 1 6 A 1 2 B = A + 2 1 6 A 1 2 A = A + 2 A = 3 2 = B. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 15 / 37

Solution Jadi, solusi optimalnya ialah: x 1 (t) = 1 4 t3 + 3 4 t2, x 2 (t) = 3 4 t2 + 3 2 t, u (t) = 3 2 t + 3 2. Solution Kasus 3: S(x(T ), T ) = 1 2 (x 1(T ) 2) 2, T = 1, x 1 (1) dan x 2 (1) free tetapi memenuhi Syarat transversalitas M(x 1 (1), x 2 (1), 1) = 0, M = x 1 (1) + 2x 2 (1) 10. (R x p T = 0 (S xi + µm xi p i T = 0 p 1 (1) = x 1 (1) 2 + µ dan p 2 (1) = 0 + 2µ. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 16 / 37

Solution Ingat kembali: Diperoleh SPL: x 1 (t) = 1 6 At3 1 2 Bt2 x(1) = 1 6 A 1 2 B, x 2 (t) = 1 2 At2 Bt x 2 (1) = 1 2 A B, p 1 (t) = A p 1 (1) = A, p 2 (t) = At + B p 2 (1) = A + B. A = 1 6 A 1 2 B 2 + µ A + B = 2µ ( 1 6 A 1 2 B) + 2( 1 2 A B) = 10. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 17 / 37

Solution Dalam notasi matriks 5 6 1 2 1 1 1 2 7 6 5 2 0 dengan solusi Jadi, A B µ = 5 6 1 2 1 1 1 2 7 6 5 2 0 A B µ 1 = 2 0 10 2 0 10, = 3 2 47 10 8 5. x1 (t) = 1 4 t3 + 47 20 t2, x2 (t) = 3 4 t2 + 47 10 t, u (t) = 3 2 t + 47 20. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 18 / 37

MKO dengan Diskonto Diskonto (discounting) merupakan ciri dasar dalam masalah pengoptimuman dinamik, terutama dalam bidang ekonomi. Nilai kini (present value) atau nilai terdiskon (discounted value) dari peubah x(t) ialah x 0 (t) = x(t)e rt, r > 0. Suku e rt disebut sebagai faktor diskon (discount factor) dengan r merupakan rate of return (biasanya identik dengan tingkat suku bunga). Dalam masalah ekonomi, perusahaan dan konsumen biasanya diasumsikan ingin memaksimumkan discounted value dari penerimaan (revenue) atau keuntungan (profit). Integran dalam fungsional objektif biasanya berbentuk f (x(t), u(t))e rt. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 19 / 37

MKO dengan Diskonto MKO dengan diskonto memiliki bentuk umum: max J = T 0 f (x, u)e rt dt s.t. ẋ = g(x, u) x(0) = x 0. Fungsi hamilton dari MKO di atas ialah H(x, u, t) = f (x, u)e rt + pg(x, u). Syarat H u = 0 memberikan f u e rt + pg u = 0 f u + (pe rt )g u = 0. Secara implisit, peubah kontrol u merupakan fungsi dari x dan (pe rt ), ditulis u = φ(x, pe rt ). tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 20 / 37

MKO dengan Diskonto Syarat ṗ = H x memberikan ṗ = f x (x, u)e rt pg x (x, u). yang dapat ditulis menjadi ṗe rt = f x (x, φ(x, pe rt )) (pe rt )g x (x, φ(x, pe rt )). Syarat ẋ = H p memberikan kendala persamaan diferensial ẋ = g(x, φ(x, pe rt )). Jika x(t ) bebas maka dipunyai dua syarat batas x(0) = x 0, p(t ) = 0. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 21 / 37

MKO dengan Diskonto Definisikan peubah baru m := pe rt, yang memiliki turunan terhadap t sbb: ṁ = ṗe rt + pre rt = ṗe rt + mr. Dengan menyubstitusi suku ṗe rt diperoleh sistem persamaan diferensial: ṁ = mr f x (x, φ(x, m)) mg x (x, φ(x, m)) ẋ = g(x, φ(x, m)). SPD di atas memuat dua peubah x dan m yang keduanya merupakan fungsi dari waktu t. Peubah waktu t tidak muncul secara eksplisit dalam SPD (SPD mandiri). SPD mandiri relatif lebih mudah diselesaikan, dan yang lebih penting, diagram fase dapat digambarkan sebagai sebuah bentuk analisis kualitatif. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 22 / 37

Current-valued Hamiltonian Dari penjelasan sebelumnya dapat disimpulkan bahwa, SPD mandiri (autonomous DES) jika peubah t muncul secara eksplisit hanya pada faktor diskon. Namun demikian, penyelesaian MKO seperti di atas kurang praktis. Prosedur yang lebih mudah dan lazim ialah dengan menggunakan current-valued hamiltonian. Tinjau kembali MKO berikut: Hamiltonian: max J = T 0 f (x, u)e rt dt s.t. ẋ = g(x, u) x(0) = x 0. H := fe rt + pg. Current-valued hamiltonian (CVH) didefinisikan sebagai: H := He rt = f + mg, m := pe rt. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 23 / 37

Current-valued Hamiltonian Perhatikan: H = He rt H = He rt m = pe rt p = me rt. H disebut sebagai current-valued hamiltonian dan H disebut sebagai present-valued hamiltonian. m disebut sebagai current-valued adjoint function dan p disebut sebagai present-valued adjoint function. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 24 / 37

Current-valued Hamiltonian Syarat perlu optimalitas: Syarat H u = 0 ekivalen dengan He rt u Syarat ṗ = H x ekivalen dengan = 0 H u = 0 H u = 0. ṁe rt mre rt = H x e rt ṁ mr = H x. Syarat ẋ = H p tetap: ẋ = g. Jika x(t ) bebas maka dipunyai dua syarat batas x(0) = x 0, p(t ) = 0 m(t )e rt = 0 m(t ) = 0. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 25 / 37

Current-valued Hamiltonian Problem (Model Konsumsi Optimum) Seorang individu memiliki uang sejumlah x 0 di akun bank pada t = 0 dan mendapat bunga sebesar ρ. Misalkan c(t) menyatakan banyaknya uang yang ditarik dari akun pada saat t untuk keperluan konsumsi, sehingga berlaku ẋ = ρx c, x(0) = x 0. Individu tersebut ingin menentukan pola konsumsi c(t) yang memaksimumkan fungsi utilitas J(c) = T 0 U(c(t))e rt dt, dengan U(c(t)) menyatakan besarnya utilitas yang dirasakan dengan mengonsumsi sebesar c(t). Diasumsikan, U(c(t)) = ln c(t). Diasumsikan juga bahwa di akhir periode, individu tersebut harus menyisakan uang sejumlah b di dalam akunnya. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 26 / 37

Current-valued Hamiltonian Problem (Model Konsumsi Optimum) MKO: max J = T 0 e rt ln c dt s.t. ẋ = ρx c x(0) = x 0, x(t ) = b. Solution CVH: H = ln c + m(ρx c). Syarat perlu optimalitas: Syarat H c = 0 memberikan 1 c m = 0 c(t) = 1 m(t). tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 27 / 37

Current-valued Hamiltonian Solution Syarat ṁ mr = H x memberikan SPD: ṁ mr = mρ ṁ = m(r ρ). ṁ = m(r ρ) ẋ = ρx 1 m. SPD di atas dapat diselesaikan satu per satu: ṁ = m(r ρ) 1 m dm = (r ρ)dt m(t) = Ae (r ρ)t. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 28 / 37

Current-valued Hamiltonian Solution PD kedua memberikan ẋ = ρx 1 m ẋ ρx = 1 ρ)t A e (r (ẋ ρx)e ρt = 1 A e rt d dt (xe ρt ) = 1 A e rt xe ρt = 1 t A 0 e rs ds + B x(t) = (e rt 1) e ρt + Be ρt. Ar Syarat x(0) = x 0 memberikan B = x 0 dan syarat x(t ) = b memberikan A = (e rt 1)e ρt r(b x 0 e ρt ). tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 29 / 37

Current-valued Hamiltonian Solution Diperoleh Jika b = x 0 maka c(t) = r(be ρt x 0 ) e rt e (ρ r )t. 1 c(t) = rx 0(e ρt 1) e rt e (ρ r )t. 1 Dan jika ditambahkan syarat r = ρ maka c(t) = ρx 0, yang menunjukkan tingkat konsumsi sama besar dengan bunga yang diterima, sehingga uang dalam akun tidak pernah bertambah. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 30 / 37

Solusi SPD Di banyak kasus, SPD yang dihasilkan, yaitu ṁ = mr f x (x, φ(x, m)) mg x (x, φ(x, m)) ẋ = g(x, φ(x, m)), tidak dapat diselesaikan sendiri-sendiri seperti contoh sebelumnya, melainkan harus diselesaikan secara simultan. Perhatikan SPD mandiri takhomogen berikut: ẏ 1 = a 11 y 1 + a 12 y 2 + b 1 ẏ 2 = a 21 y 1 + a 22 y 2 + b 2. Solusi umum SPD di atas merupakan penjumlahan solusi homogen dan solusi partikular: y 1 = y1 h + y p 1 y 2 = y2 h + y p 2. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 31 / 37

Solusi SPD Solusi Homogen SPD homogen dari sistem di atas ialah: ẏ 1 = a 11 y 1 + a 12 y 2 ẏ 2 = a 21 y 1 + a 22 y 2. Turunkan persamaan (1) dan substitusikan persamaan (2) ke dalamnya: ÿ 1 = a 11 ẏ 1 + a 12 ẏ 2 = a 11 ẏ 1 + a 12 (a 21 y 1 + a 22 y 2 ). Dari persamaan (1) diperoleh y 2 = ẏ1 a 11 y 1 a 12, sehingga [ ] ẏ 1 a 11 y 1 ÿ 1 = a 11 ẏ 1 + a 12 a 21 y 1 + a 22 a 12 atau dalam bentuk PDLH homogen orde-2: ÿ 1 (a 11 + a 22 )ẏ 1 + (a 11 a 22 a 12 a 21 )y 1 = 0. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 32 / 37

Solusi SPD Solusi Homogen Persamaan karakteristik: r 2 (a 11 + a 22 )r + (a 11 a 22 a 12 a 21 )y 1 = 0, dengan r 1,2 = 1 2 (a 11 + a 22 ) ± 1 2 (a11 + a 22 ) 2 4(a 11 a 22 a 12 a 21 ). Solusi PDLH homogen orde-2 dipengaruhi oleh r 1 dan r 2 : real dan berbeda real dan sama kompleks y h 1 (t) = Ae r 1t + Be r 2t. y h 1 (t) = (A + Bt)e r 2t. y h 1 (t) = e kt (A cos vt + B sin vt), k = 1 2 (a 11 + a 22 ), v = 4(a 11 a 22 a 12 a 21 ) 1 2 (a 11 + a 22 ) 2. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 33 / 37

Solusi SPD Solusi Partikular Dalam kasus ini, solusi partikular yang ingin dicari merupakan solusi tunak (steady state solution). Solusi tunak dari SPD ialah ȳ 1 dan ȳ 2 di mana ẏ 1 = ẏ 2 = 0. Dari SPD sebelumnya: sehingga diperoleh a 11 ȳ 1 + a 12 ȳ 2 + b 1 = 0 a 21 ȳ 1 + a 22 y 2 + b 2 = 0, y p 1 = ȳ 1 = a 21b 1 a 11 b 2 a 11 a 22 a 12 a 21, y p 2 = ȳ 2 = a 12b 2 a 22 b 1 a 11 a 22 a 12 a 21. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 34 / 37

Solusi SPD Direct Method (Eigenvalue Method) SPD ditulis dalam bentuk matriks: dengan Solusi hohogen: ẏ = [ ẏ1 ẏ 2 ẏ = Qy + b, ] [ a11 a, Q = 12 a 21 a 22 ] [ b1, b = b 2 y h (t) = Av 1 e λ 1t + Bv 2 e λ 2t, dengan (λ i, v i ) merupakan pasangan nilai eigen dan vektor eigen. Solusi partikular: Qȳ + b = 0 y p = ȳ = Q 1 b. ]. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 35 / 37

Current-valued Hamiltonian Problem Selesaikan MKO berikut: Problem Selesaikan MKO berikut: max J = T 0 e rt (ax bx 2 cu 2 ) dt s.t. ẋ = u αx x(0) = x 0, x(t ) bebas. max J = T 0 e rt (ux x 2 u 2 ) dt s.t. ẋ = x + u x(0) = x 0, x(t ) bebas. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 36 / 37

PR 1 Buatlah review tentang penerapan kontrol optimum (prinsip maksimum Pontryagin) untuk menyelesaikan masalah tertentu. 2 Referensi dapat berupa: Jurnal Buku Lainnya 3 Review setidaknya memuat: Identifikasi masalah Formulasi masalah kontrol optimum Solusi analitik dan/atau numerik. 4 Review diketik di kertas A4 dan dilampiri fotokopi referensi. Dikumpulkan paling lambat sebelum pelaksanaan UAS. tbakhtiar@ipb.ac.id (IPB) MAT332 Kontrol Optimum Februari 2014 37 / 37