面向近似与混杂动力系统的基于障碍证书的Simplex架构
摘要
我们提出基于障碍的Simplex（Bb-Simplex），一种用于连续动力系统运行时保障的、可证明正确的新设计。Bb-Simplex以Simplex控制架构为核心，该架构由一个不保证维持被控对象安全的高性能先进控制器、一个经验证安全的基线控制器，以及一个在两控制器间切换被控对象控制以确保安全且不牺牲性能的决断模块组成。在Bb-Simplex中，障碍证书用于证明基线控制器确保安全。此外，Bb-Simplex具备一种从障碍证书推导控制器间切换条件的新型自动化方法。我们的方法基于障碍证书的泰勒展开，可得出计算代价低廉的切换条件。我们还提出Bb-Simplex的扩展，使其能用于具有多模态且各模态自有动力学的混杂系统，并支持在仅有近似动力学（而非精确动力学）可用时，对连续时间与混杂动力系统使用。我们考虑了Bb-Simplex在采用以强化学习训练神经网络形式先进控制器的微电网中的重要应用。这些微电网在RTDS（工业标准高保真实时电力系统仿真器）中建模。我们的结果表明，Bb-Simplex可自动推导复杂连续时间与混杂系统的切换条件，切换条件不过度保守，且即使在神经控制器遭受对抗攻击、仅有近似动力学（带误差界）可用时，Bb-Simplex也能确保安全。
引用
@article{arxiv.2202.09710,
title = {A Barrier Certificate-based Simplex Architecture for Systems with Approximate and Hybrid Dynamics},
author = {Amol Damare and Shouvik Roy and Roshan Sharma and Keith DSouza and Scott A. Smolka and Scott D. Stoller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.09710},
year = {2024}
}
备注
This version includes the following new contributions. (1) We extend Bb-Simplex to hybrid systems and prove the correctness of this extension. (2) We extend Bb-Simplex to support the use of approximate dynamics. (3) We combine these two extensions of Bb-Simplex. (4) We present new experiments evaluating Bb-Simplex and its extensions using a complex model of a real microgrid