使用控制屏障函数组合实现输入约束下的安全闭式控制
系统与控制
2024-07-08 v2 系统与控制
摘要
我们提出了一种满足安全约束(即状态约束)和输入约束(如执行器限制)的闭式形式最优控制，方法是组合多个控制屏障函数(CBFs)。本文的主要贡献通过结合若干思想实现。首先，我们提出了从多个CBFs构建单个松弛控制屏障函数(R-CBF)的方法，该方法可具有不同的相对次数。该构建依赖于对数-和-指数软最小函数，产生的R-CBF的零次超级水平集是所有用于组合的CBFs零次超级水平集的子集。接下来，我们使用软最小R-CBF构建满足安全约束的闭式形式控制，依据二次代价函数最优。最后，我们使用软最小R-CBF开发一种既保证安全又遵守输入约束的闭式形式最优控制。开发这一新型控制方法的关键要素包括：引入控制动力学，以将输入约束转换为控制器状态约束；使用软最小R-CBF组合多个安全和输入CBFs，它们具有不同的相对次数；以及开发所需的替代控制(即所需输入到控制动力学)。我们在非全向地面机器人上对这些新控制方法进行了仿真演示。
引用
@article{arxiv.2406.16874,
title = {A Closed-Form Control for Safety Under Input Constraints Using a Composition of Control Barrier Functions},
author = {Pedram Rabiee and Jesse B. Hoagg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.16874},
year = {2024}
}
备注
Preprint submitted to IEEE Open Journal of Control Systems (OJCSYS)