Safe control systems with control barrier function.

Este trabalho apresenta abordagens para o controle seguro de sistemas dinâmicos com funções de barreira de controle (CBFs).O sistema deve satisfazer objetivos de estabilidade/rastreamento e restrições de segurança.Os objetivos de estabilidade/rastreamento podem ser satisfeitos através de uma função de Lyapunov de controle (CLF) ou uma lei de controle nominal, como descrito na literatura clássica de controle.Restrições de segurança são especificadas em termos da invariância de um conjunto e verificadas através de CBFs.A existência de uma CBF satisfazendo condições especificas implica na invariância do conjunto e segurança do sistema.A estrutura de controle considerada unifica os objetivos de estabilidade/rastreamento, expressos como uma CLF ou uma lei de controle nominal, e as restrições de segurança, expressas como uma CBF, através de uma programação quadrática (QP).Se os objetivos de estabilidade/rastreamento e as restrições de segurança estão em conflito, a estrutura de controle pondera estes requisitos no sentido da segurança ser sempre priorizada.Inicialmente, uma revisão de literatura com trabalhos relacionados à segurança de sistemas dinâmicos e CBF é apresentada e a formulação básica da estrutura de controle considerada é descrita por CBFs representadas por restrições de segurança de grau relativo unitário.Posteriormente, tópicos avançados são apresentados, tais como CBFs representadas por restrições de segurança de alto grau relativo, CBFs robustas, uma solução explícita sem QP e CBFs de tempo discreto (DCBFs).As principais contribuições deste trabalho são novas formulações para CBFs robustas, onde funções de barreira de controle exponenciais robustas (RECBFs) e funções de barreira de controle com modos deslizantes (SMCBFs) são propostas, a aplicação experimental de uma solução explícita para lidar com restrições de segurança de alto grau relativo e robustas, e aplicações práticas não exploradas na literatura até o momento.Os experimentos são organizados de forma que todos os tópicos tratados na revisão de literatura e as contribuições do trabalho sejam mostrados.Os resultados são apresentados experimentalmente em um pêndulo roda de reação e um pêndulo de Furuta, e numericamente em um sistema de levitação magnética (MAGLEV) com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) e no controle de cruzeiro adaptativo (ACC) aplicado a veículos automotivos.Em todos os casos, os objetivos de estabilidade/rastreamento e as restrições de segurança são satisfeitos.