Online Fault Tolerance Strategy for Abrupt Reachability Constraint Changes

要約

システムの制約が突然変化すると、システムの到達可能性の安全性はもはや維持されません。
したがって、システムは禁じられた/危険な価値に達することができます。
従来の救済策は、実際にオンラインコントローラー再設計（OCR）を含むために、通常は遅すぎる新しい制約に対する到達可能性のコンプライアンスを再確立します。
到達可能性の制約のランタイムの変更を管理できるオンライン戦略が必要です。
ただし、著者の知識を最大限に活用して、このトピックは既存の文献では対処されていません。
このホワイトペーパーでは、ランタイムでシステムの到達可能性の安全性を回復するための高速障害トレランス戦略を提案します。
システムのコントローラーを再設計する代わりに、システムの参照状態を変更して、新しい制約に準拠するシステムの到達可能性を変更することを提案します。
参照状態検索を最適化問題としてフレーム化し、Karush-Kuhn-Tucker（KKT）メソッドと、高速ソリューションの導出のためにインテリアポイントメソッド（IPM）ベースのニュートンの方法（KKTメソッドのフォールバックとして）を採用します。
また、最適化により、将来の障害のトレランスが可能になります。
数値シミュレーションは、私たちの方法が、計算効率と成功率の観点から従来のOCR法を上回ることを示しています。
具体的には、提案された方法がソリューション$ 10^{2} $（IPMベースのニュートンの方法で）$ \ sim 10^{4} $（KKTメソッドを使用）をOCRメソッドよりも速く見つけることを示しています。
さらに、OCRメソッドに対するメソッドの成功率の改善率は、実行時間の締め切りを考慮せずに40.81 \％$ $ $ 40.81 \％$です。
成功率は、提案された方法では49.44 \％$ $のままですが、$ 1.5の期限が\;
秒$が課されます。

要約(オリジナル)

When a system’s constraints change abruptly, the system’s reachability safety does no longer sustain. Thus, the system can reach a forbidden/dangerous value. Conventional remedy practically involves online controller redesign (OCR) to re-establish the reachability’s compliance with the new constraints, which, however, is usually too slow. There is a need for an online strategy capable of managing runtime changes in reachability constraints. However, to the best of the authors’ knowledge, this topic has not been addressed in the existing literature. In this paper, we propose a fast fault tolerance strategy to recover the system’s reachability safety in runtime. Instead of redesigning the system’s controller, we propose to change the system’s reference state to modify the system’s reachability to comply with the new constraints. We frame the reference state search as an optimization problem and employ the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) method as well as the Interior Point Method (IPM) based Newton’s method (as a fallback for the KKT method) for fast solution derivation. The optimization also allows more future fault tolerance. Numerical simulations demonstrate that our method outperforms the conventional OCR method in terms of computational efficiency and success rate. Specifically, the results show that the proposed method finds a solution $10^{2}$ (with the IPM based Newton’s method) $\sim 10^{4}$ (with the KKT method) times faster than the OCR method. Additionally, the improvement rate of the success rate of our method over the OCR method is $40.81\%$ without considering the deadline of run time. The success rate remains at $49.44\%$ for the proposed method, while it becomes $0\%$ for the OCR method when a deadline of $1.5 \; seconds$ is imposed.

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