为差分平直系统设计安全多速率控制器的构造方法

我们提出了一种多速率控制架构，利用差分平直性的基本性质来合成针对安全关键型非线性动力学系统的控制器。我们提出了两层架构，其中高层使用线性模型预测控制器生成参考轨迹，低层使用反馈控制器跟踪该参考。新颖之处在于我们如何耦合这些层，以获得关于 MPC 问题递归可行性以及非线性系统安全性的形式保证。此外，利用差分平直性，我们提供了一种构造性方法来合成多速率控制器，从而消除了寻找合适 Lyapunov 或屏障函数，或对非线性动力学进行近似线性化/离散化的需求。我们展示了所合成的控制器是一个凸优化问题，使其适合实时实现。该方法在地面轮子机器人和四足机器人系统上进行了实验演示。