Emmanuel Trélat, Marco Caponigro, Roberta Ghezzi, Benedetto Piccoli, Institut de Mathématiques de Bourgogne [Dijon] ( IMB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Conservatoire National des Arts et Métiers, Département Ingénierie Mathématique (IMATH), Equipe M2N, Modélisation mathématique et numérique ( M2N ), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] : EA7340-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] : EA7340, Rutgers University, Department of Mathematics, Department of Mathematics - Rutgers School of Arts and Sciences, Rutgers, The State University of New Jersey [New Brunswick] ( RUTGERS ) -Rutgers, The State University of New Jersey [New Brunswick] ( RUTGERS ), Laboratoire Jacques-Louis Lions ( LJLL ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), European Project : 264735,EC:FP7:PEOPLE,FP7-PEOPLE-2010-ITN,SADCO ( 2011 ), Department of Mathematical Sciences [Camden], Rutgers University [Camden], Control And GEometry ( CaGE ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ), Institut de Mathématiques de Bourgogne [Dijon] (IMB), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université de Bourgogne (UB), Modélisation mathématique et numérique (M2N), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), Rutgers, The State University of New Jersey [New Brunswick] (RU), Rutgers University System (Rutgers)-Rutgers University System (Rutgers)-Rutgers, The State University of New Jersey [New Brunswick] (RU), Rutgers University System (Rutgers)-Rutgers University System (Rutgers), Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Project: 264735,EC:FP7:PEOPLE,FP7-PEOPLE-2010-ITN,SADCO(2011), HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM), Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Center for Computational and Integrative Biology [Camden] (CCIB), Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL (UMR_7598)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Control And GEometry (CaGE ), Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL (UMR_7598)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-15-CE23-0007,Finite4SoS,Commande et estimation en temps fini pour les Systèmes de Systèmes(2015), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bouzat, Estelle, and Sensitivity Analysis for Deterministic Controller Design - SADCO - - EC:FP7:PEOPLE2011-01-01 - 2014-12-31 - 264735 - VALID
In control theory, the term chattering is used to refer to strong oscillations of controls, such as an infinite number of switchings over a compact interval of times. In this paper we focus on three typical occurences of chattering: the Fuller phenomenon, referring to situations where an optimal control switches an infinite number of times over a compact set; the Robbins phenomenon, concerning optimal control problems with state constraints, meaning that the optimal trajectory touches the boundary of the constraint set an infinite number of times over a compact time interval; the Zeno phenomenon, referring as well to an infinite number of switchings over a compact set, for hybrid optimal control problems. From the practical point of view, when trying to compute an optimal trajectory, for instance by means of a shooting method, chattering may be a serious obstacle to convergence. In this paper we propose a general regularization procedure, by adding an appropriate penalization of the total variation. This produces a quasi-optimal control, and we prove that the family of quasi-optimal solutions converges to the optimal solution of the initial problem as the penalization tends to zero. Under additional assumptions, we also quantify the quasi-optimality property by determining a speed of convergence of the costs.