不变性保障安全、精化实现活性：面向分层控制协同设计的异构契约框架
系统与控制
2026-05-07 v1 机器人学
系统与控制
摘要
真实世界的控制系统必须在满足连续时间安全约束的同时实现长时程目标（活性），这一组合需求催生了分层控制架构（LCA）。然而，现有的 LCA 研究缺乏：(i) 跨离散规划与连续执行的统一规约语言；(ii) 在互连异构时间尺度子系统时规约得以保持的形式化保证；以及 (iii) 由于依赖朴素的输入过滤律而导致的层间组合分离性。本文通过将安全-活性分解引入异构假设-保证框架来填补上述三个空白：在连续时间层通过不变性强制执行安全，在离散时间层通过精化实现活性，并通过垂直精化与时间兼容性条件对层间协调进行形式化。我们用一个结合了 MPC 规划器、输入-状态稳定（ISS）低层控制器和参考调节器桥接的新型 LCA 实例化该契约，并在由电池和超级电容组成的混合储能系统（HESS）上进行了验证。
引用
@article{arxiv.2605.04222,
title = {Safety by Invariance, Liveness through Refinement: Heterogeneous Contract Framework for Co-Design of Layered Control},
author = {Yoshinari Takayama and Alessio Iovine and Bart Besselink and Guillaume Sandou and Adnane Saoud},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.04222},
year = {2026}
}
备注
22 pages