多状态与输入约束下的安全关键控制及其在固定翼无人机上的应用
系统与控制
2023-08-09 v1 系统与控制
最优化与控制
摘要
本研究提出一种框架，用于保证一类二阶非线性系统在多重状态与输入约束下的安全性。为便于实际应用，安全关键控制器须同时考虑多重约束，且能施加为各类任务（如避障）设计的通用形式约束。鉴于此，我们首先利用新提出的标称规避机动设计零化控制障碍函数（ZCBF）。通过设计标称规避机动以1）连续可微，2）满足输入约束，3）能处理其他状态约束，我们推导出一个终极不变集——即可用容许控制输入实现前向不变的安全集的子集。得益于终极不变集的提出，我们进而给出一种安全关键控制器，其为计算易处理的一步模型预测控制器（MPC），且具有递归可行性的保证。我们在仿真中验证了该框架：固定翼无人机在跟踪圆轨迹的同时满足包括避碰、飞行速度与航迹角界限及输入约束在内的多重安全约束。
引用
@article{arxiv.2308.04087,
title = {Safety-Critical Control under Multiple State and Input Constraints and Application to Fixed-Wing UAV},
author = {Donggeon David Oh and Dongjae Lee and H. Jin Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.04087},
year = {2023}
}
备注
Accepted for the 2023 62nd IEEE Conference on Decision and Control (CDC)