In this paper, we analyze the stability of feedback interconnections of a linear time-invariant system with a neural network nonlinearity in discrete time. Our analysis is based on abstracting neural networks using integral quadratic constraints (IQCs), exploiting the sector-bounded and slope-restricted structure of the underlying activation functions. In contrast to existing approaches, we leverage the full potential of dynamic IQCs to describe the nonlinear activation functions in a less conservative fashion. To be precise, we consider multipliers based on the full-block Yakubovich / circle criterion in combination with acausal Zames-Falb multipliers, leading to linear matrix inequality based stability certificates. Our approach provides a flexible and versatile framework for stability analysis of feedback interconnections with neural network nonlinearities, allowing to trade off computational efficiency and conservatism. Finally, we provide numerical examples that demonstrate the applicability of the proposed framework and the achievable improvements over previous approaches.


翻译:在本文中,我们分析线性时变系统的反馈互联的稳定性,这种系统在离散时间里具有神经网络的无线性;我们的分析基于利用整体二次约束(IQCs)的抽象神经网络,利用受部门约束和斜坡限制的基本激活功能结构;与现有办法不同,我们充分利用动态的IQC的潜力,以较保守的方式描述非线性激活功能;确切地说,我们考虑基于全区Yakubovich/圆形标准的乘数,结合acusal Zames-Falb乘数,形成线性矩阵不平等稳定证书;我们的方法为对与神经网络非线性网络的反馈互联进行稳定分析提供了一个灵活和多功能的框架,从而能够交换计算效率和 Conservatis。最后,我们提供了数字例子,表明拟议框架的适用性以及比以往方法可实现的改进。

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