自动化学报2024,Vol.50Issue(12) :2474-2486.DOI:10.16383/j.aas.c240003

基于滤波控制障碍函数的严格反馈系统安全控制

Safe Control of Strict-feedback Systems Using Filtered Control Barrier Functions

陈仲秋 刘勇华 苏春翌
自动化学报2024,Vol.50Issue(12) :2474-2486.DOI:10.16383/j.aas.c240003

基于滤波控制障碍函数的严格反馈系统安全控制

Safe Control of Strict-feedback Systems Using Filtered Control Barrier Functions

陈仲秋 1刘勇华 1苏春翌1
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作者信息

  • 1. 广东工业大学自动化学院 广州 510006;粤港智能决策与控制联合实验室 广州 510006;广东省智能决策与协同控制重点实验室 广州 510006
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摘要

针对一类严格反馈系统的安全控制问题,提出一种基于滤波控制障碍函数(Filtered control barrier functions,FCBF)的优化控制方法.首先引入一阶低通滤波器,构建滤波控制障碍函数.然后结合控制李雅普诺夫函数(Control Lya-punov functions,CLF)及离线优化技术,提出一种新颖的安全反推控制算法.与现有文献相比,所提控制算法通过运用滤波控制障碍函数,有效克服了安全反推过程中的"计算膨胀"问题.仿真结果验证了所提控制算法的有效性与正确性.

Abstract

In this paper,an optimal control approach with filtered control barrier functions(FCBF)is proposed for the safe control problem of class of strict-feedback systems.Initially,a sequence of first-order low-pass filters is first introduced to formulate the FCBF.Subsequently,by integrating control Lyapunov functions(CLF)with an off-line optimization approach,a novel safe backstepping control algorithm is devised.In contrast to existing literature,the proposed control algorithm effectively mitigates the issue of"explosion of complexity"inherent in safety backstep-ping procedures through the utilization of FCBF.Simulation outcomes corroborate the efficacy and validity of the proposed algorithm.

关键词

非线性系统/安全控制/控制障碍函数/低通滤波器/反推设计

Key words

Nonlinear systems/safe control/control barrier functions(CBF)/low-pass filter/backstepping design

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出版年

2024
自动化学报
中国自动化学会 中国科学院自动化研究所

自动化学报

CSTPCD北大核心
影响因子:1.762
ISSN:0254-4156
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