Effiziente erreichbare Mengen auf Lie-Gruppen unter Verwendung von Lie-Algebra-Monotonie und Tangentialintervallen

Keskeiset käsitteet

In dieser Arbeit wird ein effizienter Ansatz zur Berechnung von Überapproximationen erreichbarer Mengen für Kontrollsysteme, die sich auf Lie-Gruppen entwickeln, vorgestellt. Dieser Ansatz basiert auf Ergebnissen aus der Theorie monotoner Systeme und der geometrischen Integrationstheorie.

Tiivistelmä

Die Arbeit präsentiert einen Ansatz zur effizienten Berechnung von Überapproximationen erreichbarer Mengen für Kontrollsysteme, die sich auf Lie-Gruppen entwickeln. Der Schlüssel ist die Betrachtung von Intervallen im Lie-Algebra-Raum, die durch die Exponentialabbildung reale Mengen auf der Lie-Gruppe beschreiben. Eine lokale Äquivalenz zwischen dem ursprünglichen System und einem System, das sich in der Lie-Algebra entwickelt, ermöglicht es, bestehende Intervall-Reachability-Techniken im Tangentialraum anzuwenden. Unter Verwendung von Intervallschranken der Baker-Campbell-Hausdorff-Formel wird ein Runge-Kutta-Munthe-Kaas-Reachability-Algorithmus vorgeschlagen, der Schätzungen der erreichbaren Menge für beliebige Zeithorizonte bei geringem Rechenaufwand liefert. Der Algorithmus wird anhand von Beispielen zur Konsensbildung auf einem Torus und zur Lageregelung auf SO(3) demonstriert.

Tilastot

Eine effiziente Berechnung erreichbarer Mengen für Kontrollsysteme auf Lie-Gruppen ist wichtig, um die Erfüllung von Ziel- und Sicherheitsanforderungen zu verifizieren.
Bestehende Werkzeuge zur Reachability-Analyse behandeln fast ausschließlich Systeme, die sich auf euklidischen Zustandsräumen entwickeln.
Viele reale mechanische Systeme entwickeln sich auf Mannigfaltigkeiten, die lokal Vektorräumen ähneln, aber andere globale Eigenschaften haben.

Lainaukset

"Eine lokale Äquivalenz zwischen dem ursprünglichen System und einem System, das sich in der Lie-Algebra entwickelt, ermöglicht es, bestehende Intervall-Reachability-Techniken im Tangentialraum anzuwenden."
"Unter Verwendung von Intervallschranken der Baker-Campbell-Hausdorff-Formel wird ein Runge-Kutta-Munthe-Kaas-Reachability-Algorithmus vorgeschlagen, der Schätzungen der erreichbaren Menge für beliebige Zeithorizonte bei geringem Rechenaufwand liefert."

Tärkeimmät oivallukset

Efficient Reachable Sets on Lie Groups Using Lie Algebra Monotonicity and Tangent Intervals

by Akash Harapa... klo arxiv.org 03-26-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.16214.pdf

Syvällisempiä Kysymyksiä

Wie könnte man die Methode auf andere Abbildungen vom Tangentialraum zur Mannigfaltigkeit als die Exponentialabbildung erweitern

Um die Methode auf andere Abbildungen vom Tangentialraum zur Mannigfaltigkeit als die Exponentialabbildung zu erweitern, könnte man alternative Diffeomorphismen verwenden, die lokale Äquivalenzen zwischen dem Tangentialraum und der Mannigfaltigkeit herstellen. Beispielsweise könnte man die logarithmische Abbildung oder andere lokale Koordinatenabbildungen nutzen, die eine ähnliche Injektivitätseigenschaft wie die Exponentialabbildung aufweisen. Durch die Verwendung solcher Abbildungen könnte man die Methode auf verschiedene Lie-Gruppen erweitern und möglicherweise die Effizienz und Genauigkeit der Reachability-Analyse verbessern.

Wie lässt sich die Methode mit anderen Ansätzen zur Reachability-Analyse auf Mannigfaltigkeiten, wie differentiell positive Systeme, vergleichen und kombinieren

Die Methode zur effizienten Reachability-Analyse auf Lie-Gruppen kann mit anderen Ansätzen wie differentiell positiven Systemen verglichen und kombiniert werden. Während differentiell positive Systeme die Invarianz eines Kegelfeldes auf der Mannigfaltigkeit beibehalten, konzentriert sich die vorgestellte Methode auf die Überapproximation erreichbarer Mengen durch die Verwendung von Tangentialintervallen und der Exponentialabbildung. Eine mögliche Kombination dieser Ansätze könnte darin bestehen, die Konzepte der differentiellen Positivität zu nutzen, um die Monotonie oder Konvexität der Tangentialintervalle zu überprüfen und so die Genauigkeit der Reachability-Analyse zu verbessern. Durch die Kombination verschiedener Ansätze könnte eine umfassendere und präzisere Analyse von Systemen auf Lie-Gruppen erreicht werden.

Welche Anwendungen jenseits der Robotik und Raumfahrt könnten von dieser Methode zur effizienten Reachability-Analyse auf Lie-Gruppen profitieren

Die Methode zur effizienten Reachability-Analyse auf Lie-Gruppen könnte in verschiedenen Anwendungen außerhalb der Robotik und Raumfahrt von Nutzen sein. Ein mögliches Anwendungsgebiet wäre die Finanzmathematik, insbesondere bei der Modellierung und Analyse von Finanzsystemen, bei denen Unsicherheiten und komplexe Dynamiken eine Rolle spielen. Darüber hinaus könnte die Methode in der Biologie eingesetzt werden, um komplexe biologische Systeme zu analysieren, beispielsweise in der Modellierung von Zellinteraktionen oder genetischen Netzwerken. Durch die Anwendung der Methode auf verschiedene Bereiche könnten neue Erkenntnisse über die Erreichbarkeit und Stabilität von Systemen gewonnen werden, was zu Fortschritten in verschiedenen Disziplinen führen könnte.