Zero-order Control Barrier Functions for Sampled-Data Systems with State and Input Dependent Safety Constraints

要約

システムの安全性を確保するために、サンプリングデータシステム用の新しいゼロ次制御バリア関数 (ZOCBF) を提案します。
私たちの定式化は従来の制御バリア関数を一般化し、高い相対次数の安全制約、またはシステム状態と入力の両方に明示的に依存する安全制約を直接処理します。
提案された ZOCBF 条件は微分演算を必要としません。
代わりに、2 つの連続したサンプリング時点での ZOCBF 値の差を計算する必要があります。
さまざまな問題設定と利用可能な計算リソースに合わせて、ZOCBF 条件を強制するための 3 つの数値的アプローチを提案します。
凹凸のある地形での衝突回避の例と横転防止の例を通じて、アプローチの有効性を実証します。

要約(オリジナル)

We propose a novel zero-order control barrier function (ZOCBF) for sampled-data systems to ensure system safety. Our formulation generalizes conventional control barrier functions and straightforwardly handles safety constraints with high-relative degrees or those that explicitly depend on both system states and inputs. The proposed ZOCBF condition does not require any differentiation operation. Instead, it involves computing the difference of the ZOCBF values at two consecutive sampling instants. We propose three numerical approaches to enforce the ZOCBF condition, tailored to different problem settings and available computational resources. We demonstrate the effectiveness of our approach through a collision avoidance example and a rollover prevention example on uneven terrains.

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