要約
複数の時間依存制御バリア関数 (CBF) ベースの制約を受ける二次計画法 (QP) は、セーフティ クリティカルなコントローラーの設計に使用されてきました。
ただし、複数の CBF 制約 (ここでは互換性と呼びます) の対象となる QP に対する解決策の存在を常に保証することは簡単ではありません。
ある状態で複数の CBF によって定義される実行可能な制御入力空間を、その体積の観点から定量化します。
次に、このボリュームがゼロになるのを防ぐ新しい実行可能スペース (FS) CBF を導入します。
FS-CBF は、複数の CBF の互換性のための十分条件であることが示されています。
ただし、高次元システムの場合、既存の計算ハードウェアまたは理論的アプローチの制限により、有効な FS-CBF を見つけることが困難になる場合があります。
このような場合、候補 FS-CBF として実現可能な空間ボリュームを設定すると、実現可能性が高まるだけでなく、公称コントローラーのゲインなど、ユーザーが選択したパラメーターの変化に対する感度が低下することが経験的に示されています。
最後に、グローバル プランナーと組み合わせて、AWS 病院ガゼボ環境内で動的に移動する他のエージェント間を移動するコントローラーを評価します。
提案されたコントローラは、実現可能性を維持する点で標準 CBF-QP コントローラよりも優れていることが実証されています。
要約(オリジナル)
Quadratic programs (QP) subject to multiple time-dependent control barrier function (CBF) based constraints have been used to design safety-critical controllers. However, ensuring the existence of a solution at all times to the QP subject to multiple CBF constraints (hereby called compatibility) is non-trivial. We quantify the feasible control input space defined by multiple CBFs at a state in terms of its volume. We then introduce a novel feasible space (FS) CBF that prevents this volume from going to zero. FS-CBF is shown to be a sufficient condition for the compatibility of multiple CBFs. For high-dimensional systems though, finding a valid FS-CBF may be difficult due to the limitations of existing computational hardware or theoretical approaches. In such cases, we show empirically that imposing the feasible space volume as a candidate FS-CBF not only enhances feasibility but also exhibits reduced sensitivity to changes in the user-chosen parameters such as gains of the nominal controller. Finally, paired with a global planner, we evaluate our controller for navigation among other dynamically moving agents in the AWS Hospital gazebo environment. The proposed controller is demonstrated to outperform the standard CBF-QP controller in maintaining feasibility.
arxiv情報
| 著者 | Hardik Parwana,Mitchell Black,Bardh Hoxha,Hideki Okamoto,Georgios Fainekos,Danil Prokhorov,Dimitra Panagou |
| 発行日 | 2024-12-02 02:25:14+00:00 |
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