This article proposes an active-learning-based adaptive trajectory tracking control method for autonomous ground vehicles to compensate for modeling errors and unmodeled dynamics. The nominal vehicle model is decoupled into lateral and longitudinal subsystems, which are augmented with online Gaussian Processes (GPs), using measurement data. The estimated mean functions of the GPs are used to construct a feedback compensator, which, together with an LPV state feedback controller designed for the nominal system, gives the adaptive control structure. To assist exploration of the dynamics, the paper proposes a new, dynamic active learning method to collect the most informative samples to accelerate the training process. To analyze the performance of the overall learning tool-chain provided controller, a novel iterative, counterexample-based algorithm is proposed for calculating the induced L2 gain between the reference trajectory and the tracking error. The analysis can be executed for a set of possible realizations of the to-be-controlled system, giving robust performance certificate of the learning method under variation of the vehicle dynamics. The efficiency of the proposed control approach is shown on a high-fidelity physics simulator and in real experiments using a 1/10 scale F1TENTH electric car.


翻译:本文提出了一种基于主动学习的自适应轨迹跟踪控制方法,用于补偿自主地面车辆的建模误差与未建模动态。通过将名义车辆模型解耦为横向与纵向子系统,并利用测量数据在线增强高斯过程(GPs)模型。利用高斯过程估计的均值函数构建反馈补偿器,结合为名义系统设计的LPV状态反馈控制器,形成自适应控制架构。为辅助动态特性探索,本文提出了一种新颖的动态主动学习方法,以收集最具信息量的样本并加速训练过程。为分析整体学习工具链所提供控制器的性能,提出了一种基于反例的迭代算法,用于计算参考轨迹与跟踪误差之间的诱导L2增益。该分析可针对待控系统的一组可能实现执行,从而为学习方法在车辆动态变化下的鲁棒性能提供证明。所提控制方法的有效性通过高保真物理仿真及使用1/10比例F1TENTH电动赛车的真实实验得到验证。

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