Safety-Critical Model Predictive Control with Discrete-Time Control Barrier Function

模型预测控制 控制理论(社会学) 计算机科学 背景(考古学) 积分器 最优控制 理论(学习稳定性) 控制(管理) 数学优化 数学 人工智能 带宽(计算) 古生物学 计算机网络 机器学习 生物
作者
Jun Zeng,Bike Zhang,Koushil Sreenath
出处
期刊:Proceedings of the ... American Control Conference [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 3882-3889 被引量:425
标识
DOI:10.23919/acc50511.2021.9483029
摘要

The optimal performance of robotic systems is usually achieved near the limit of state and input bounds. Model predictive control (MPC) is a prevalent strategy to handle these operational constraints, however, safety still remains an open challenge for MPC as it needs to guarantee that the system stays within an invariant set. In order to obtain safe optimal performance in the context of set invariance, we present a safety-critical model predictive control strategy utilizing discrete-time control barrier functions (CBFs), which guarantees system safety and accomplishes optimal performance via model predictive control. We analyze the feasibility and the stability properties of our control design. We verify the properties of our method on a 2D double integrator model for obstacle avoidance. We also validate the algorithm numerically using a competitive car racing example, where the ego car is able to overtake other racing cars.
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