Sichere Steuerung unsicherer MIMO-Systeme mit dynamischer Ausgangsrückführung und Barrierenpaaren

Temel Kavramlar

Dieser Artikel stellt einen neuartigen Ansatz zur sicheren Regelung unsicherer MIMO-Systeme mit nur teilweise verfügbaren Zustandsinformationen vor. Der Ansatz kombiniert die Synthese einer vektornormbasierten Barrierenfunktion und eines dynamischen Ausgangsrückführungsreglers, um eine robuste Sicherheitserzwingung zu gewährleisten.

Özet

Der Artikel präsentiert einen neuartigen Ansatz zur sicheren Regelung unsicherer MIMO-Systeme mit nur teilweise verfügbaren Zustandsinformationen. Der Ansatz kombiniert die Synthese einer vektornormbasierten Barrierenfunktion und eines dynamischen Ausgangsrückführungsreglers, um eine robuste Sicherheitserzwingung zu gewährleisten.

Der Artikel gliedert sich wie folgt:

1. Einleitung: Motivation für sichere Regelung unsicherer MIMO-Systeme, Limitationen bestehender Ansätze.
2. Vorbereitungen: Modellierung des unsicheren MIMO-Systems, Konzept der Barrierenpaare.
3. Barrierenpaar-Synthese: Formulierung von LMI-Bedingungen für Invarianz und Einhaltung von Zustands- und Eingangsbeschränkungen. Optimierung zur Maximierung des Invarianzgebiets.
4. Barrierenfunktionsschätzung: Entwicklung eines robusten Schätzers für die Barrierenfunktion basierend auf einem identifikatorbasierten Zustandsschätzer.
5. Simulationsbeispiele: Demonstration der Leistungsfähigkeit des Ansatzes im Vergleich zu CBF-basierten Methoden.

Der Ansatz zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Sicherheitsanforderungen auch unter engen Eingangsbeschränkungen und bei Verwendung geschätzter Zustandsinformationen robust durchzusetzen. Dies stellt einen Vorteil gegenüber CBF-basierten Methoden dar.

İstatistikler

Die Zustandsbeschränkungen des Systems Σp sind definiert als:
|f_i^T x_p| ≤ 1, für i = 1, 2, ..., n_s
Die Eingangsbeschränkungen sind definiert als:
|u^(i)| ≤ ¯u^(i), für i = 1, 2, ..., n_u
Die Störungsbeschränkungen sind definiert als:
|d^(i)| ≤ ¯d^(i), für i = 1, 2, ..., n_d

Alıntılar

Keine relevanten Zitate identifiziert.

Önemli Bilgiler Şuradan Elde Edildi

Safety Control of Uncertain MIMO Systems Using Dynamic Output Feedback Barrier Pairs

by Binghan He,T... : arxiv.org 03-19-2024

https://arxiv.org/pdf/2308.00326.pdf

Daha Derin Sorular

Wie könnte der vorgestellte Ansatz auf nichtlineare oder zeitvariante MIMO-Systeme erweitert werden

Um den vorgestellten Ansatz auf nichtlineare oder zeitvariante MIMO-Systeme zu erweitern, könnten verschiedene Techniken angewendet werden. Eine Möglichkeit wäre die Verwendung von nichtlinearen Zustandsraummodellen und die Anpassung der Barrierenfunktionssynthese, um die Nichtlinearitäten des Systems zu berücksichtigen. Dies könnte die Verwendung von nichtlinearen Optimierungsalgorithmen erfordern, um die Barrierenfunktion und den Sicherheitscontroller zu optimieren. Darüber hinaus könnten Techniken wie die Rückführung linearisierter Modelle oder die Anwendung von nichtlinearen Beobachtern zur Schätzung des Zustands in nichtlinearen Systemen eingesetzt werden. Für zeitvariante Systeme könnte eine Anpassung der Barrierenfunktion und des Sicherheitscontrollers über die Zeit erforderlich sein, um die Sicherheit des Systems unter sich ändernden Bedingungen zu gewährleisten.

Welche zusätzlichen Herausforderungen ergeben sich, wenn das System nicht nur Parametrunsicherheiten, sondern auch unbekannte, zeitveränderliche Störungen aufweist

Wenn das System nicht nur Parametrunsicherheiten, sondern auch unbekannte, zeitveränderliche Störungen aufweist, ergeben sich zusätzliche Herausforderungen für die sichere Regelung. In diesem Fall müssen die Barrierenfunktion und der Sicherheitscontroller so gestaltet werden, dass sie nicht nur die Unsicherheiten in den Systemparametern berücksichtigen, sondern auch die zeitvariablen Störungen kompensieren können. Dies erfordert möglicherweise die Verwendung adaptiver Regelungstechniken, um die Störungen zu schätzen und die Regelung entsprechend anzupassen. Darüber hinaus könnten robuste Regelungsmethoden erforderlich sein, um die Stabilität des Systems trotz der zeitvariablen Störungen zu gewährleisten.

Inwiefern lässt sich der Ansatz zur sicheren Regelung von Mensch-Maschine-Systemen einsetzen, bei denen die Sicherheit sowohl der Maschine als auch des menschlichen Bedieners gewährleistet werden muss

Der vorgestellte Ansatz zur sicheren Regelung von MIMO-Systemen könnte auch auf Mensch-Maschine-Systeme angewendet werden, bei denen die Sicherheit sowohl der Maschine als auch des menschlichen Bedieners gewährleistet werden muss. In solchen Systemen ist es entscheidend, dass die Regelung nicht nur die Sicherheit des Systems selbst, sondern auch die Interaktion mit dem menschlichen Bediener berücksichtigt. Dies könnte die Integration von Modellen des menschlichen Verhaltens, menschlichen Reaktionszeiten und menschlichen Fähigkeiten in die Regelung erfordern. Darüber hinaus könnten Aspekte wie die Ergonomie des Bedieners und die Benutzerfreundlichkeit des Systems in die Sicherheitsregelung einbezogen werden, um eine sichere und effiziente Interaktion zwischen Mensch und Maschine zu gewährleisten.