Incerteza intervalar em otimização e controle

Abstract

The purpose of this research is to look at interval uncertainty in optimization problems and control. We present a process to determine the solutions of interval-valued optimization problems. Using extremal differentiability, we demonstrate the necessary conditions and present the sufficient conditions for three different concepts of solutions. In this study, we formulated the problem of interval-valued optimal control and demonstrated the optimality of necessary and sufficient conditions using extremal differentiability and generalized Hukuhara differentiability under assumptions of convexity. Furthermore, we applied these results in the area of weed management and control with an intervalvalued objective function in order to describe the best and worst-case scenarios for crop profitability in corn. The results for the interval analysis theory were found according to single-level constraint interval arithmetic for both the interval-valued functions and the interval functions. We defined the concept of single-level integral and derivative for interval-valued functions and obtained the fundamental theorem of calculus for the interval context. Using this concept, we then analyzed interval ordinary differential equations and obtained the existence and uniqueness theorem of the solution. Considering that the interval functions developed were −single-level differentiable, we formulated the interval optimal control problem and demonstrated the necessary and sufficient optimality conditions under assumptions of convexity for the problem in question

O propósito desta pesquisa consiste no estudo de incerteza do tipo intervalar em problemas de otimização e controle. Para os problemas de otimização de valor intervalar foi exposto o processo de determinação das soluções, foram determinadas as condições necessárias e apresentadas as condições suficientes utilizando a diferenciabilidade extremal, para três diferentes conceitos de solução. O problema de controle ótimo de valor intervalar foi formulado e as condições de otimalidade, necessárias e suficientes, foram demonstradas, utilizando os conceitos de diferenciabilidade extremal e generalizada de Hukuhara, sob determinadas hipóteses de convexidade, para três diferentes conceitos de solução. Somando-se a isto, esses resultados foram aplicados no problema de controle de plantas daninhas, com função lucro de valor intervalar, descrevendo-se os cenários, pessimista e otimista, da lucratividade na produção de milho. Por outro lado, o arcabouço teórico da análise intervalar, segundo a aritmética intervalar restrita single level, foi desenvolvido considerando tanto as funções de valor intervalar quanto as funções intervalares. Para a integral e derivada single level de funções de valor intervalar foi proposto o teorema fundamental do cálculo e, além disso, esses conceitos foram aplicados na determinação de solução dos problemas de valor inicial intervalar. Neste âmbito, obteve-se o teorema de existência e da unicidade. Uma formulação para os problemas de controle ótimo totalmente intervalar foi apresentada e derivou-se as condições de otimalidade para o problema em questão, utilizando a diferenciabilidade −single level e as hipóteses de convexidade das funções intervalares envolvidas no problema