备份控制屏障函数的推广：面向输入有界安全关键控制的扩张与适应
系统与控制
2026-03-20 v1 系统与控制
摘要
保证具有有界输入的非线性系统安全性仍是安全自主系统中的关键挑战。备份控制屏障函数（backup control barrier functions, bCBFs）提供了一种强大的机制，通过将受控轨迹传播到预验证的备份控制器下指向前向不变备份集合，从而构建受控不变集。虽然有效，但标准的bCBF方法为集合扩张和安全认证使用相同的备份控制器，这会限制扩张的安全集合并导致保守的动态行为。在本研究中，我们推广了bCBF框架，通过分离扩张控制器与已验证的备份控制器，从而实现更广泛的扩张策略，同时保持形式化安全保证。我们建立了所得隐式安全集合前向不变性的充分条件，表明推广的构建方法可恢复现有的bCBF方法为特例。此外，我们将该框架扩展到参数化控制器族，实现在输入受限情况下在线自适应扩张控制器，同时维持安全保证。
引用
@article{arxiv.2603.18450,
title = {Generalizations of Backup Control Barrier Functions: Expansion and Adaptation for Input-Bounded Safety-Critical Control},
author = {David E. J. van Wijk and Dohyun Lee and Ersin Das and Tamas G. Molnar and Aaron D. Ames and Joel W. Burdick},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.18450},
year = {2026}
}
备注
6 pages, 2 figures