Rate-Tunable Control Barrier Functions: Methods and Algorithms for Online Adaptation

要約

コントロールバリア機能は、安全制約を強制するコントローラーを指示することにより、安全証明書を提供します。
ただし、その応答は、システムの軌跡に沿ったバリア関数の値の変化率を制限するために使用される classK 関数に依存します。
このペーパーでは、CBF ベースのコントローラーの応答をオンラインで調整できる、Rate-Tunable (RT) CBF の概念を紹介します。
安全性を確保するために固定の classK 関数を使用する既存のアプローチとは対照的に、classK 関数のパラメーターをオンラインでパラメーター化し、適応させます。
これにより、結果として得られる軌道が安全集合の境界から十分に離れているにもかかわらず、公称基準に近づくという点で、システムの応答が改善されることがわかります。
複数の CBF 制約が時間の経過とともに共通の制御入力を許可し続けるように、ユーザーが指定したパラメーター ダイナミクスに課す点単位の十分条件を提供します。
最後に、分散型非協力マルチエージェント システム用の RT-CBF パラメーター ダイナミクスを紹介します。このシステムでは、瞬間的な制約充足のしやすさに基づいて計算された信頼係数を使用して、あまり保守的でない応答を実現するためにパラメーターをオンラインで更新します。

要約(オリジナル)

Control Barrier Functions offer safety certificates by dictating controllers that enforce safety constraints. However, their response depends on the classK function that is used to restrict the rate of change of the value of the barrier function along the system trajectories. This paper introduces the notion of a Rate-Tunable (RT) CBF, which allows for online tuning of the response of CBF-based controllers. In contrast to existing approaches that use a fixed classK function to ensure safety, we parameterize and adapt the classK function parameters online. We show that this helps improve the system’s response in terms of the resulting trajectories being closer to a nominal reference while being sufficiently far from the boundary of the safe set. We provide point-wise sufficient conditions to be imposed on any user-given parameter dynamics so that multiple CBF constraints continue to admit a common control input with time. Finally, we introduce RT-CBF parameter dynamics for decentralized noncooperative multi-agent systems, where a trust factor, computed based on the instantaneous ease of constraint satisfaction, is used to update parameters online for a less conservative response.

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