Gaussian Process Based Learning Model Predictive Control With Application to USV

高斯过程 模型预测控制 计算机科学 过程(计算) 控制理论(社会学) 人工智能 过程控制 控制工程 控制(管理) 高斯分布 工程类 量子力学 操作系统 物理
作者
Fei Li,Huiping Li,Chao Wu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (12): 16388-16397 被引量:31
标识
DOI:10.1109/tie.2024.3384617
摘要

This article presents a learning model predictive control (LMPC) method for nonlinear systems with additive state-dependent uncertainties. Both the residual part of the system and the observation dynamics are modeled as Gaussian process regression (GPR), respectively. First, the predicting residual part is used to complement the nominal model. Second, the Gaussian process-based extended Kalman filter (GP-EKF) is formulated by integrating the augmented system dynamics and the differentiable GPR-type observation dynamics to refine the observed states. To alleviate the computational load, the event-triggered criteria are designed to select the training data, and a hybrid warm start scheme is developed to initialize the optimization problem. Furthermore, the closed-loop stability is theoretically analyzed. Finally, the effectiveness of the designed LMPC algorithm with GP-EKF is verified by trajectory tracking of unmanned surface vehicle via simulation and hardware experiments.
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