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制御/学習ベース制御arXiv:2403.10932

オフポリシーガウス予測制御の学習ベース設計:モデル予測制御とガウス過程回帰の統合

Learning-Based Design of Off-Policy Gaussian Controllers: Integrating Model Predictive Control and Gaussian Process Regression

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モデル予測制御(MPC)の最適化プロセスをガウス過程で模倣し、オフポリシー学習により計算負荷を抑えつつリアルタイム制御を可能にするガウス予測制御(GPC)を提案し、移動ロボットの軌道追従と障害物回避で有効性を示した。

著者: Shiva Kumar Tekumatla, Varun Gampa, Siavash Farzan

分類: cs.RO, cs.SY, eess.SY

原文アブストラクト

This paper presents an off-policy Gaussian Predictive Control (GPC) framework aimed at solving optimal control problems with a smaller computational footprint, thereby facilitating real-time applicability while ensuring critical safety considerations. The proposed controller imitates classical control methodologies by modeling the optimization process through a Gaussian process and employs Gaussian Process Regression to learn from the Model Predictive Control (MPC) algorithm. Notably, the Gaussian Process setup does not incorporate a built-in model, enhancing its applicability to a broad range of control problems. We applied this framework experimentally to a differential drive mobile robot, tasking it with trajectory tracking and obstacle avoidance. Leveraging the off-policy aspect, the controller demonstrated adaptability to diverse trajectories and obstacle behaviors. Simulation experiments confirmed the effectiveness of the proposed GPC method, emphasizing its ability to learn the dynamics of optimal control strategies. Consequently, our findings highlight the significant potential of off-policy Gaussian Predictive Control in achieving real-time optimal control for handling of robotic systems in safety-critical scenarios.

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