求解具有非线性约束的 ODE

计算科学 龙格库塔
2021-12-24 17:03:15

我正在尝试解决 ODE 问题。假设表示粒子在时间的位置,是在某个流形形式的水平集那么,粒子所走的路径可以由下式给出: 我该如何解决这个受限的 IVP?假设我可以评估x(t)tu(x,t)MR3F(x)=0

dxdt=u(x,t),F(x(t))=0,u(x,0)=u0.
Fu分析地。是否有为这种具有非线性解约束的 ODE 设计的 Runge-Kutta 或线性多步方法?

1个回答

正如@WolfgangBangerth 已经评论的那样,这通常被称为微分代数方程(DAE)这些都有自己的挑战,并且有针对它们的特殊数值方法。

通常,对于 DAE 系统,您的微分方程可能比未知数少,因此代数约束用于封闭系统并确定唯一解。在您的情况下,您似乎对每个未知数都有一个 ODE,因此大概您的 ODE 系统的精确解完全满足约束。您的数值解决方案不会,并且听起来准确地满足约束(或机器精度)很重要。在这种情况下,使用 DAE 的形式并不总是最好的(尽管您当然可以)。如果你的约束是低维的——特别是如果你只有一个约束——那么可能有更多有用的方法来自几何数值积分领域。例如,这涉及保存能量或动量很重要的系统。放松,这需要对您已经使用的任何数值方法进行非常小的和简单的修改。