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制御/安全性arXiv:2403.18015

微分平坦系に対する安全なマルチレート制御器の構成的設計法

A Constructive Method for Designing Safe Multirate Controllers for Differentially-Flat Systems

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微分平坦性を利用して、非線形動的システムの安全性を保証する二層マルチレート制御器を構成的に設計する手法を提案し、地上ローバーと四脚ロボットで実証した。

著者: Devansh R. Agrawal, Hardik Parwana, Ryan K. Cosner, Ugo Rosolia, Aaron D. Ames, Dimitra Panagou

分類: eess.SY, cs.RO, cs.SY

原文アブストラクト

We present a multi-rate control architecture that leverages fundamental properties of differential flatness to synthesize controllers for safety-critical nonlinear dynamical systems. We propose a two-layer architecture, where the high-level generates reference trajectories using a linear Model Predictive Controller, and the low-level tracks this reference using a feedback controller. The novelty lies in how we couple these layers, to achieve formal guarantees on recursive feasibility of the MPC problem, and safety of the nonlinear system. Furthermore, using differential flatness, we provide a constructive means to synthesize the multi-rate controller, thereby removing the need to search for suitable Lyapunov or barrier functions, or to approximately linearize/discretize nonlinear dynamics. We show the synthesized controller is a convex optimization problem, making it amenable to real-time implementations. The method is demonstrated experimentally on a ground rover and a quadruped robotic system.

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