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  5. Implicit Peer Triplets in Gradient-Based Solution Algorithms for ODE Constrained Optimal Control
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Implicit Peer Triplets in Gradient-Based Solution Algorithms for ODE Constrained Optimal Control

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TUDa URI
tuda/13082
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-291364
DOI
10.26083/tuprints-00029136
Autor:innen
Lang, Jens ORCID 0000-0003-4603-6554
Schmitt, Bernhard A. ORCID 0000-0001-5797-8024
Kurzbeschreibung (Abstract)

It is common practice to apply gradient-based optimization algorithms to numerically solve large-scale ODE constrained optimal control problems. Gradients of the objective function are most efficiently computed by approximate adjoint variables. High accuracy with moderate computing time can be achieved by such time integration methods that satisfy a sufficiently large number of adjoint order conditions and supply gradients with higher orders of consistency. In this paper, we upgrade our former implicit two-step Peer triplets constructed in [Algorithms, 15:310, 2022] to meet those new requirements. Since Peer methods use several stages of the same high stage order, a decisive advantage is their lack of order reduction as for semi-discretized PDE problems with boundary control. Additional order conditions for the control and certain positivity requirements now intensify the demands on the Peer triplet. We discuss the construction of 4-stage methods with order pairs (3, 3) and (4, 3) in detail and provide three Peer triplets of practical interest. We prove convergence of order s-1, at least, for s-stage methods if state, adjoint and control satisfy the corresponding order conditions. Numerical tests show the expected order of convergence for the new Peer triplets.

Freie Schlagworte

Implicit peer two-ste...

Nonlinear optimal con...

Gradient-based optimi...

First-discretize-then...

Discrete adjoints

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
04 Fachbereich Mathematik > Numerik und wissenschaftliches Rechnen
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Journal of Optimization Theory and Applications
Startseite
985
Endseite
1026
Jahrgang der Zeitschrift
203
Heftnummer der Zeitschrift
1
ISSN
1573-2878
Verlag
Springer
Ort der Erstveröffentlichung
Dordrecht
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1007/s10957-024-02541-z
PPN
532944526
Zusätzliche Infomationen
Mathematics Subject Classification: 34H05 · 49J15 · 65L05 · 65L06

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