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GPU-Accelerated Pseudospectral Methods for Optimal Control Problems

delete2025-10-11
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OA
AI
Y
Yilin Zou
蒋
蒋方华 (Fanghua Jiang) *
DOI:10.3390/math13203252delete
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摘要

摘要

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伪谱方法是一种求解最优控制问题的有效工具,但它们会产生大规模非线性规划(NLP)问题,计算量较大。主要瓶颈在于反复评估目标函数、系统动力学、路径约束及其导数。本文提出了一种利用图形处理器(GPUs)加速这些计算的方法。我们通过开发利用离散化问题结构中并行性的定制CUDA核,将NLP函数及其一阶和二阶导数的评估任务卸载到GPU上。该方法的有效性在一个低推力星际轨迹优化问题上得到验证。与CPU实现方案的比较表明,GPU加速方法减少了总体计算时间。这项工作展示了GPU加速的潜力,并为未来研究完全GPU原生的最优控制求解器奠定了基础。
Keyword:
optimal control
direct collocation
hardware acceleration
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