Control barrier functions (CBF) are widely used in safety-critical controllers. However, the construction of valid CBFs is well known to be challenging, especially for nonlinear or non-convex constraints and high relative degree systems. On the other hand, finding a conservative CBF that only recovers a portion of the true safe set is usually possible. In this work, starting from a "conservative" handcrafted control barrier function (HCBF), we develop a method to find a control barrier function that recovers a reasonably larger portion of the safe set. Using a different approach, by incorporating the hard constraints into an optimal control problem, e.g., MPC, we can safely generate solutions within the true safe set. Nevertheless, such an approach is usually computationally expensive and may not lend itself to real-time implementations. We propose to combine the two methods. During training, we utilize MPC to collect safe trajectory data. Thereafter, we train a neural network to estimate the difference between the HCBF and the CBF that recovers a closer solution to the true safe set. Using the proposed approach, we can generate a safe controller that is less conservative and computationally efficient. We validate our approach on three systems: a second-order integrator, ball-on-beam, and unicycle.


翻译:控制屏障功能(CBF)在安全关键控制器中广泛使用。然而,建造有效的 CBF 功能(CBF) 众所周知, 特别是对于非线性或非线性限制以及高相对度的系统来说, 其难度很大。 另一方面, 通常可以找到只回收真正安全套件一部分的保守 CBF 。 在这项工作中, 从“ 保守” 手工制造的控制屏障功能(HCBF) 开始, 我们开发了一种方法来寻找控制屏障功能, 以回收安全套件中相当大的一部分。 使用不同的方法, 将硬性限制纳入一个最佳控制问题, 例如 MPC, 我们可以安全地在真实的安全套件中找到解决方案。 然而, 这种方法通常在计算上昂贵, 可能无法实时实施。 我们提议将这两种方法结合起来。 在培训过程中, 我们使用MPC 收集安全轨迹的功能来估计 HCBFF 和 CBFF 之间的差别。 然后, 我们训练一个神经网络, 来估计真正安全套件的较近的解决方案。 使用拟议方法, 我们可以产生一种安全周期的安全控制器, 我们在三个系统上, 我们进行较保守和高效的系统。

0
下载
关闭预览

相关内容

100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
161+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
169+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月30日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月30日
Arxiv
31+阅读 · 2021年3月29日
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
12+阅读 · 2019年3月14日
VIP会员
相关资讯
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员