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制御/モデル予測制御arXiv:2105.08036

Koopman NMPC:制御アフィン系のKoopmanベース学習と非線形モデル予測制御

Koopman NMPC: Koopman-based Learning and Nonlinear Model Predictive Control of Control-affine Systems

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制御アフィン系をKoopman変換で双線形モデルに持ち上げて学習し、その構造を活かした非線形モデル予測制御を設計。平面クアッドロータの例で予測誤差と計算効率の改善を示した。

著者: Carl Folkestad, Joel W. Burdick

分類: cs.RO, cs.SY, eess.SY

原文アブストラクト

Koopman-based learning methods can potentially be practical and powerful tools for dynamical robotic systems. However, common methods to construct Koopman representations seek to learn lifted linear models that cannot capture nonlinear actuation effects inherent in many robotic systems. This paper presents a learning and control methodology that is a first step towards overcoming this limitation. Using the Koopman canonical transform, control-affine dynamics can be expressed by a lifted bilinear model. The learned model is used for nonlinear model predictive control (NMPC) design where the bilinear structure can be exploited to improve computational efficiency. The benefits for control-affine dynamics compared to existing Koopman-based methods are highlighted through an example of a simulated planar quadrotor. Prediction error is greatly reduced and closed loop performance similar to NMPC with full model knowledge is achieved.

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