基于最优屏障跟踪的时变控制屏障函数的准时安全恢复
系统与控制
2026-04-14 v2 系统与控制
摘要
本文受到致动自动车控制器偶尔导致安全无法保证的启发，开发了针对任何控制仿射非线性系统的准时安全恢复框架，其状态处于安全区域之外。我们提出的准时安全恢复框架使用时变控制屏障函数（CBF）配合最优屏障跟踪。与传统方法只提供恢复时间收敛的保守上界不同，本文方法保证在指定时间内恢复到安全集合。其关键机制是主动屏障跟踪条件，迫使屏障函数严格遵循设计者指定的恢复轨迹。这将安全恢复转化为轨迹设计问题。该恢复轨迹被参数化并优化，以实现最佳性能，同时保持可行性受输入约束，避免传统有限时方法常导致的激进纠正动作。该安全恢复框架应用于连接和自动车（CAV）的圆环交通协调问题，其中任何最初违反的安全合并约束都被替换为准时恢复屏障约束，以确保在CAV冲突点到达前恢复安全保证。仿真结果表明，方法在可行性和性能方面均有所改善。
引用
@article{arxiv.2603.19119,
title = {Exact-Time Safety Recovery using Time-Varying Control Barrier Functions with Optimal Barrier Tracking},
author = {Yingqing Chen and Christos G. Cassandras and Wei Xiao and Anni Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.19119},
year = {2026}
}