A continuous-time violation-free multi-agent optimization algorithm and its applications to safe distributed control

次梯度方法 数学优化 解耦(概率) 计算机科学 趋同(经济学) 可分离空间 约束(计算机辅助设计) 最优化问题 算法 数学 数学分析 几何学 控制工程 工程类 经济 经济增长
作者
Xiao Tan,Changxin Liu,Karl Henrik Johansson,Dimos V. Dimarogonas
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:1
标识
DOI:10.48550/arxiv.2404.07571
摘要

In this work, we propose a continuous-time distributed optimization algorithm with guaranteed zero coupling constraint violation and apply it to safe distributed control in the presence of multiple control barrier functions (CBF). The optimization problem is defined over a network that collectively minimizes a separable cost function with coupled linear constraints. An equivalent optimization problem with auxiliary decision variables and a decoupling structure is proposed. A sensitivity analysis demonstrates that the subgradient information can be computed using local information. This then leads to a subgradient algorithm for updating the auxiliary variables. A case with sparse coupling constraints is further considered, and it is shown to have better memory and communication efficiency. For the specific case of a CBF-induced time-varying quadratic program (QP), an update law is proposed that achieves finite-time convergence. Numerical results involving a static resource allocation problem and a safe coordination problem for a multi-agent system demonstrate the efficiency and effectiveness of our proposed algorithms.

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