شماره ركورد
33783
پديد آورنده
علاء الساعدي
عنوان
تقريب عددي مسائل كنترل بهينه با استفاده از شبكههاي عصبي آگاه از فيزيك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
رياضي كاربردي- آناليز عددي
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/06/25
استاد راهنما
سيده محبوبه مولوي عربشاهي
استاد مشاور
سيده محبوبه مولوي عربشاهي
دانشكده
رياضي و علوم كامپيوتر
چكيده
در اين رساله، شبكههاي عصبي مبتني بر فيزيك (PINNs) براي حل مسائل كنترل بهينه با قيود معادلات ديفرانسيل با مشتقات جزئي بررسي شده است. هدف تعيين تابع كنترل بهينهاي است كه يك تابع هزينه مشخص را با رعايت قيود فيزيكي كمينه كند. ابتدا معماريهاي مناسب شبكه و راهبردهاي آموزشي مؤثر معرفي شده و سپس يك الگوريتم ساده دو مرحلهاي جستجوي خطي براي تعيين وزن بهينه جمله كنترلي در تابع هزينه ارائه گرديده است. كارايي روش پيشنهادي با روشهاي كلاسيك مبتني بر معادلات مجانبي (Adjoint) مقايسه و روي مسائل متنوعي از جمله معادلات لاپلاس، برگرز، كوراموتو–سيواشينسكي و ناوير–استوكس آزموده شده است. نتايج نشان ميدهد اين چارچوب ضمن ارائه تقريبهاي دقيق كنترل، پيادهسازي آسانتر و انعطافپذيري بيشتري در هندسهها و شرايط مرزي پيچيده دارد، هرچند چالشهايي مانند پايداري آموزش و حساسيت به ابرپارامترها باقي مانده است. بهطور كلي، اين پژوهش دستورالعملها و بينشهاي عملي براي تركيب يادگيري عميق با مدلسازي و كنترل مبتني بر PDE فراهم ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/08
عنوان به انگليسي
Numerical Approximation of Optimal Control Problems using Physics-Informed Neural Networks
تاريخ بهره برداري
9/16/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
علاء الساعدي
چكيده به لاتين
Physics-Informed Neural Networks (PINNs) have emerged as a powerful framework for solving a wide range of forward and inverse problems governed by partial differential equations (PDEs). Unlike traditional numerical methods that require discretization of the physical domain, PINNs incorporate the physical laws directly into the training process by penalizing the residuals of the governing PDEs in the loss function of a neural network. This mesh-free approach allows for seamless integration of measurement data and physical constraints, enabling flexible and efficient solutions, particularly in high- dimensional settings. In this thesis, we focus on the extension of the PINN framework to address PDE-constrained optimal control problems, where the underlying physical model is fully known and the objective is to determine an optimal control function that minimizes a predefined cost functional subject to the PDE constraints. We propose a systematic and practical methodology to obtain accurate control solutions. First, we identify appropriate network architectures and training strategies using insights from forward PINN simulations. Second, we introduce a simple yet effective two-step line search algorithm to determine the optimal scalar weight associated with the control term in the loss function. This weight plays a critical role in balancing the trade-off between enforcing the PDE constraints and optimizing the control objective. To validate the effectiveness of the proposed PINN-based optimal control framework, we perform comparative studies against classical adjoint-based optimal control methods, which involve gradient-based optimization of the discretized control variable while strictly satisfying the discretized PDEs. The comparative analysis is conducted on various distributed control problems, including those governed by the Laplace, Burgers, Kuramoto-Sivashinsky, and Navier- Stokes equations. The results demonstrate that PINNs can provide accurate control approximations and offer advantages such as ease of implementation and the ability to handle complex geometries or non-standard boundary conditions.
كليدواژه هاي فارسي
شبكه هاي عصبي آگاه از فيزيك , مسائل كنترل بهينه , شبيهسازي عددي
كليدواژه هاي لاتين
Physics-Informed Neural Networks , Optimal Control Problems , Numerical simulation
Author
Alaa AL-Saedi
SuperVisor
Mahboubeh Molavi-Arabshahi