Turnpike property in optimal microbial metabolite production

Autor: Jean-Baptiste Caillau, Walid Djema, Jean-Luc Gouzé, Sofya Maslovskaya, Jean-Baptiste Pomet
Přispěvatelé: Université Côte d'Azur (UCA), Mathematics for Control, Transport and Applications (McTAO), Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (JAD), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Biological control of artificial ecosystems (BIOCORE), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Universität Paderborn (UPB), Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), ANR-17-CE40-0024,Maximic,Contrôle optimal de cellules microbiennes - stratégies naturelles et synthétiques(2017), ANR-20-CE43-0008,PhotobiofilmExplorer,PhotobiofilmExplorer(2020), ANR-20-CE45-0014,Ctrl-AB,Optimisation et controle de la productivité d'un écosystème algues-bactéries(2020)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Journal of Optimization Theory and Applications
Journal of Optimization Theory and Applications, 2022, ⟨10.1007/s10957-022-02023-0⟩
ISSN: 0022-3239
1573-2878
DOI: 10.1007/s10957-022-02023-0⟩
Popis: We consider the problem of maximization of metabolite production in bacterial cells formulated as a dynamical optimal control problem (DOCP). According to Pontryagin’s maximum principle, optimal solutions are concatenations of singular and bang arcs and exhibit the chattering or Fuller phenomenon, which is problematic for applications. To avoid chattering, we introduce a reduced model which is still biologically relevant and retains the important structural features of the original problem. Using a combination of analytical and numerical methods, we show that the singular arc is dominant in the studied DOCPs and exhibits the turnpike property. This property is further used in order to design simple and realistic suboptimal control strategies.
Databáze: OpenAIRE
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