Safe Controller Synthesis With Tunable Input-to-State Safe Control Barrier Functions
Safe Controller Synthesis With Tunable Input-to-State Safe Control Barrier Functions
复制标题
具有可调输入状态安全控制屏障功能的安全控制器综合
DOI：
10.1109/lcsys.2021.3087443
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发表时间：
2022
影响因子：
3
通讯作者：
Ames, Aaron D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Alan, Anil;Taylor, Andrew J.;He, Chaozhe R.;Orosz, Gabor;Ames, Aaron D.
要以安全的方式将复杂系统带入现实世界环境，它们必须对环境和系统中的不确定性具有健壮性。本文研究了控制系统在输入扰动下的安全性，其中扰动可以捕获系统中的不确定性。在控制屏障函数(CBF)框架下，将安全性定义为集合在状态空间中的前向不变性。具体地说，推广了输入到状态安全(ISSF)的定义，以允许合成在变化的扰动下被证明是安全的非保守、可调控制器。这是通过制定可调输入到状态安全控制屏障功能(TISSf-CBF)的概念来实现的，该功能保证了对随状态变化的扰动的安全性，因此提供了适应不确定性的较不保守的手段。理论结果通过一个具有输入扰动的简单控制系统得到验证，并应用于设计一种重型卡车的安全连接巡航控制器。
To bring complex systems into real world environments in a safe manner, they will have to be robust to uncertainties-both in the environment and the system. This letter investigates the safety of control systems under input disturbances, wherein the disturbances can capture uncertainties in the system. Safety, framed as forward invariance of sets in the state space, is ensured with the framework of control barrier functions (CBFs). Concretely, the definition of input-to-state safety (ISSf) is generalized to allow the synthesis of non-conservative, tunable controllers that are provably safe under varying disturbances. This is achieved by formulating the concept of tunable input-to-state safe control barrier functions (TISSf-CBFs), which guarantee safety for disturbances that vary with state and, therefore, provide less conservative means of accommodating uncertainty. The theoretical results are demonstrated with a simple control system with input disturbance and also applied to design a safe connected cruise controller for a heavy duty truck.
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