Safety-Critical Controller Synthesis with Reduced-Order Models

要約

低次数モデル (ROM) は、複雑なシステムを低次元で表現し、制御設計を簡素化しながら、その顕著な特徴を捉えます。
この論文は、これまでの研究に基づいて、ROM と制御バリア機能を統合するための包括的なフレームワークを提示します。これにより、単純化されたモデルを使用してセーフティ クリティカルなコントローラーを構築できるようにすると同時に、複雑なフルオーダー モデルに安全性を保証できます。
これを達成するために、これらのモデルの状態と入力を関連付ける投影マッピングを定義することによって完全モデルと ROM の間の接続を形式化し、シミュレーション機能を利用して安全保証を ROM から対応するフル次数モデルに転送できる条件を確立します。
私たちのフレームワークの有効性は、ドローンでのシミュレーション結果と 3D ホッピング ロボット ARCHER でのハードウェア デモンストレーションを通じて示されます。

要約(オリジナル)

Reduced-order models (ROMs) provide lower dimensional representations of complex systems, capturing their salient features while simplifying control design. Building on previous work, this paper presents an overarching framework for the integration of ROMs and control barrier functions, enabling the use of simplified models to construct safety-critical controllers while providing safety guarantees for complex full-order models. To achieve this, we formalize the connection between full and ROMs by defining projection mappings that relate the states and inputs of these models and leverage simulation functions to establish conditions under which safety guarantees may be transferred from a ROM to its corresponding full-order model. The efficacy of our framework is illustrated through simulation results on a drone and hardware demonstrations on ARCHER, a 3D hopping robot.

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