Methods of nonlinear control theory in problems of mathematical physics

Abstract

Consideramos a equação de Navier-Stokes num domínio bidimensional e estudamos a sua controlabilidade aproximada e a sua controlabilidade nas projecções em subespaços de campos vectoriais de dimensão finita. Consideramos controlos internos que tomam valores num espaço de dimensão finita. Mais concretamente, procuramos um subespaço de campos vectoriais de divergência nula de dimensão finita de tal modo que seja possível controlar aproximadamente a equação, através de controlos que tomam valores no mesmo subespaço. Usando algumas propriedades de continuidade da equação nos dados iniciais, nomeadamente a continuidade da solução quando o controlo varia na chamada métrica relaxada, reduzimos os resultados em controlabilidade à existência de um chamado conjunto saturante. Consideramos ambas as condições de fronteira do tipo Navier e Dirichlet homogéneas. Damos alguns exemplos de domínios e respectivos conjuntos saturantes. No caso especial das condições de fronteira do tipo Lions - um caso particular das condições do tipo Navier - através de uma técnica envolvendo perturbação analítica de métricas, transferimos a chamada controlabilidade nas projecções em espaços coordenados de dimensão finita de uma métrica para (muitas) outras.

We consider the Navier-Stokes equation on a two-dimensional domain and study its approximate controllability and its controllability on projections onto finite-dimensional subspaces of vector fields. We consider body controls taking values in a finite-dimensional space. More precisely we look for a finitedimensional subspace of divergence free vector fields that allow us to control approximately the equation using controls taking values in that subspace. Using some continuity properties of the equation on the initial data, namely the continuity of the solution when the control varies in so-called relaxation metric, we reduce the controllability issues to the existence of a so-called saturating set. Both Navier and no-slip boundary conditions are considered. We present some examples of domains and respective saturating sets. For the special case of Lions boundary conditions - a particular case of Navier boundary conditions - trough a technique involving analytic perturbation of metrics, we transfer so-called controllability on observed coordinate space from one metric to (many) other.