基于能量函数的安全控制算法:统一框架、基准与新方向
系统与控制
2019-10-30 v2 系统与控制
摘要
安全自主在许多应用领域十分重要,尤其涉及与人交互的应用。现有安全控制算法彼此相似之处在于:它们均提供控制输入以维持衡量安全性的能量函数的低值。在不同方法中,该能量函数被称为势函数、安全指标或障碍函数。这些方法间的联系与相对优势仍不明确。本文引入一个利用能量函数推导安全控制律的统一框架。我们展示了如何将基于势场法、安全集算法、障碍函数法和滑模算法的现有控制器集成至该统一框架。除理论比较外,本文还引入一个基准,其在具有不同系统动力学与交互模式的多种问题上实现并比较现有方法。基于比较结果,通过在统一框架下优化超参数,推导出称为子水平安全集算法的新方法。所提算法在绝大多数基准测试上于安全性与效率方面均取得最佳性能。
引用
@article{arxiv.1908.01883,
title = {Safe Control Algorithms Using Energy Functions: A Unified Framework, Benchmark, and New Directions},
author = {Tianhao Wei and Changliu Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.01883},
year = {2019}
}
备注
This is the extended version of a paper submitted to 58th Conference on Decision and Control March, 2019; revised August, 2019