We discuss the feedback control problem for a two-dimensional two-phase Stefan problem. In our approach, we use a sharp interface representation in combination with mesh-movement to track the interface position. To attain a feedback control, we apply the linear-quadratic regulator approach to a suitable linearization of the problem. We address details regarding the discretization and the interface representation therein. Further, we document the matrix assembly to generate a non-autonomous generalized differential Riccati equation. To numerically solve the Riccati equation, we use low-rank factored and matrix-valued versions of the non-autonomous backward differentiation formulas, which incorporate implicit index reduction techniques. For the numerical simulation of the feedback controlled Stefan problem, we use a time-adaptive fractional-step-theta scheme. We provide the implementations for the developed methods and test these in several numerical experiments. With these experiments we show that our feedback control approach is applicable to the Stefan control problem and makes this large-scale problem computable. Also, we discuss the influence of several controller design parameters, such as the choice of inputs and outputs.


翻译:我们讨论Stefan二维两阶段问题的反馈控制问题。 在我们的方法中, 我们使用敏锐的界面代表, 结合网格- 网格- 移动来跟踪界面位置 。 为了获得反馈控制, 我们用线性水管调节器来对问题进行适当的线性化处理 。 我们处理关于离散和界面代表的详情 。 此外, 我们记录矩阵组列以生成一个非自主的通用差分Riccati方程式 。 为了从数字上解决里卡提方程式, 我们使用不自主的后向偏差公式的低因数和基数值版本, 其中包括隐含的指数减少技术 。 对于反馈控制的Stefan问题的数字模拟, 我们使用一个时间适应的分步图计划。 我们提供开发方法的实施, 并在数个实验中测试这些方法。 我们通过这些实验来证明我们的反馈控制法适用于Stefan控制问题, 并使这个大范围的问题可以比较。 我们还讨论若干控制器设计参数的影响, 例如输入和输出的选择。

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