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未知环境中基于控制障碍函数的机器人安全控制研究综述
1
作者 周毅 张浩 +2 位作者 施孟佶 林伯先 石磊 《电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期29-38,共10页
随着机器人系统工作环境的复杂程度日益增加,以及对实时性需求的逐步提升,机器人的安全避障能力将面临新的挑战,控制障碍函数作为一种基于控制器的安全方法在机器人安全控制系统中迎来新的发展契机。调研分析了控制障碍函数及基于二次... 随着机器人系统工作环境的复杂程度日益增加,以及对实时性需求的逐步提升,机器人的安全避障能力将面临新的挑战,控制障碍函数作为一种基于控制器的安全方法在机器人安全控制系统中迎来新的发展契机。调研分析了控制障碍函数及基于二次规划的优化控制器,总结了机器人在已知和未知环境中的避障问题,综述了高斯过程和强化学习两种理论合成控制障碍函数的策略。最后,讨论了未来基于控制障碍函数的空地协同机器人安全控制需要重点关注的问题,为未来控制障碍函数的理论研究和技术应用提供了参考。 展开更多
关键词 控制障碍函数 非线性系统 安全关键控制 二次规划
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基于控制障碍函数的受限非线性系统安全控制研究进展
2
作者 王海静 彭金柱 张方方 《郑州大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2024年第6期1-8,共8页
控制障碍函数能有效兼顾控制目标和安全性,成为当前研究热点之一。首先,基于非线性控制系统的复杂性介绍了一相对阶和高相对阶控制障碍函数的构造方法及其理论成果,通过各类控制障碍函数可将安全约束转化为集合前向不变性以实现系统安... 控制障碍函数能有效兼顾控制目标和安全性,成为当前研究热点之一。首先,基于非线性控制系统的复杂性介绍了一相对阶和高相对阶控制障碍函数的构造方法及其理论成果,通过各类控制障碍函数可将安全约束转化为集合前向不变性以实现系统安全控制。其次,从不同控制目标下优化问题的求解角度对基于控制障碍函数的非线性系统安全控制进行了总结。最后,基于控制障碍函数方法的可扩展性、强实时性和强鲁棒性等优点,展望了控制障碍函数方法在非线性系统安全控制领域的应用前景。 展开更多
关键词 控制障碍函数 非线性系统 安全控制 二次规划
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基于障碍函数内点法的防御武器配系部署建模与智能优化
3
作者 宋晓程 李陟 +3 位作者 陈鹏飞 张坤 邹尧 贺威 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期157-165,共9页
针对防空任务中我方多平台、多武器、多区域部署带来的防御武器配系难以建模和实时优化难的问题,在考虑敌我双方攻防武器对抗博弈的条件下,提出了一种基于障碍函数内点法的我方防御武器部署优化模型,并综合武器防御效能、防御成本、保... 针对防空任务中我方多平台、多武器、多区域部署带来的防御武器配系难以建模和实时优化难的问题,在考虑敌我双方攻防武器对抗博弈的条件下,提出了一种基于障碍函数内点法的我方防御武器部署优化模型,并综合武器防御效能、防御成本、保卫目标的资产价值等指标对模型进行智能优化解算与分析.首先,建立我方部阵地、防御武器与保卫目标的参数化模型,并建立我方武器对于敌方武器拦截的概率函数与约束条件;然后,将防御武器优化部署问题转化为性能指标函数为凸函数的无约束优化问题;最后,引入障碍函数内点法对其进行快速求解,给出了防御阵地武器部署的最优配置方案.所提方法充分考虑了来袭目标的不同类型、异构特性以及大气层内外防御的多元化火力运用方式;能够在具有混合整数非线性、约束强耦合、变量规模大等特征的防御武器配系场景下快速给出最优配置结果.并且,通过数值仿真验证了在对抗博弈条件下所提部署建模与智能优化方法的有效性与优越性. 展开更多
关键词 障碍函数内点法 凸优化 防空任务 防御武器配系 部署建模
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基于控制障碍函数的多艇协同包围控制方法
4
作者 卢泰宇 徐海祥 余文曌 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 2024年第6期1111-1118,共8页
文中提出了一种基于控制障碍函数的分层控制方法.在制导层设计了一种仅需邻居艇信息的分布式制导律,实现对运动目标的包围控制,并引入控制障碍函数,保证相邻两艇在规避静态障碍物的同时始终在通信范围内;考虑未知环境干扰、模型不确定... 文中提出了一种基于控制障碍函数的分层控制方法.在制导层设计了一种仅需邻居艇信息的分布式制导律,实现对运动目标的包围控制,并引入控制障碍函数,保证相邻两艇在规避静态障碍物的同时始终在通信范围内;考虑未知环境干扰、模型不确定性以及由传统滑模控制器所产生的抖振现象,基于复合正交神经网络的逼近特性和自适应滑模趋近律,在控制层设计了自适应神经滑模控制律,以精确跟踪分布式制导律给出的制导信号;基于Lyapunov函数证明了上述闭环控制系统的稳定性,并进行了仿真对比.结果表明:所提出的控制方法能有效提高多无人艇在障碍环境下执行包围任务的成功率,并使控制输出更平滑. 展开更多
关键词 无人艇 协同包围控制 多智能体系统 避障 控制障碍函数 自适应神经滑模控制
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基于滤波控制障碍函数的严格反馈系统安全控制
5
作者 陈仲秋 刘勇华 苏春翌 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2474-2486,共13页
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 Lyapunov functions,... 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 Lyapunov 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. 展开更多
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
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基于tan型障碍函数的欠驱动UUV轨迹跟踪控制
6
作者 于浩淼 任思函 《应用科技》 2024年第6期8-17,25,共11页
为实现欠驱动水下无人航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)在输入输出受限情况下执行轨迹跟踪控制任务,提出一种基于tan型障碍李雅普诺夫函数(tangential barrier Lyapunov function,TBLF)和预定时间非奇异快速终端滑模(predetermi... 为实现欠驱动水下无人航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)在输入输出受限情况下执行轨迹跟踪控制任务,提出一种基于tan型障碍李雅普诺夫函数(tangential barrier Lyapunov function,TBLF)和预定时间非奇异快速终端滑模(predetermined time nonsingular fast terminal sliding mode,PTNFTSM)的轨迹跟踪控制策略。首先,引入TBLF实现性能约束下的跟踪控制,并保证了所有输出误差满足规定的性能指标;然后,引入一种预定时间非奇异快速终端滑模结合tan型障碍李雅普诺夫函数设计UUV运力学控制器,并通过稳定性证明验证控制器的稳定性,使系统可以快速收敛。数值仿真结果表明,本文提出的轨迹跟踪控制方法具有良好的鲁棒性,能够有效地执行欠驱动UUV在输入输出受限约束下轨迹跟踪任务,且保证轨迹跟踪误差始终处于允许误差带内,可以确保其在执行轨迹跟踪任务过程的高效性与安全性。 展开更多
关键词 欠驱动水下无人航行器 轨迹跟踪 障碍函数 非奇异快速终端滑模 预定时间 性能约束 输入输出受限 模型不确定性
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近似全局精确障碍方法:对数障碍函数法 被引量：9
7
作者 白富生 张连生 《运筹学学报》 CSCD 2000年第3期13-18,共6页
本文给出一种关于不等式约束非线性规划问题的近似全局精确障碍方法，从近似的观点出发，通过引进对数障碍函数，我们得出了关于原始问题和障碍问题关系的几个定理．在近似的意义下，这些定理可以用来构建原始问题和障碍问题关系的基本... 本文给出一种关于不等式约束非线性规划问题的近似全局精确障碍方法，从近似的观点出发，通过引进对数障碍函数，我们得出了关于原始问题和障碍问题关系的几个定理．在近似的意义下，这些定理可以用来构建原始问题和障碍问题关系的基本理论框架． 展开更多
关键词 不等式约束 非线性全局最优化 障碍函数法 数值近似
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基于对数障碍函数的电压崩溃临界点改进算法 被引量：3
8
作者 郭瑞鹏 韩祯祥 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 1999年第7期9-11,33,共4页
提出直角坐标下电压崩溃临界点计算的非线性规划模型，并充分利用该模型的二次性，对基于对数障碍函数的预测校正原—对偶内点法进行改进，最后通过对ＩＥＥＥ—３０节点测试系统的仿真计算验证了该算法的有效性。
关键词 电压稳定 电压崩溃 对数障碍函数 电力系统稳定
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非线性系统的安全分析与控制:障碍函数方法 被引量：7
9
作者 陈杰 吕梓亮 +1 位作者 黄鑫源 洪奕光 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期567-579,共13页
近年来,非线性系统的安全分析与控制已成为控制领域中的热门研究方向,而障碍函数则是该方向的一种重要工具.基于障碍函数的安全分析与控制方法具有计算效率高、鲁棒性强等优点.本文首先从多个角度介绍了基于障碍函数的非线性系统安全性... 近年来,非线性系统的安全分析与控制已成为控制领域中的热门研究方向,而障碍函数则是该方向的一种重要工具.基于障碍函数的安全分析与控制方法具有计算效率高、鲁棒性强等优点.本文首先从多个角度介绍了基于障碍函数的非线性系统安全性分析的理论成果,并进一步综述了障碍函数方法在非线性系统安全控制中的最新进展.最后,简要地介绍了当前基于障碍函数的安全分析与控制理论中一系列尚未解决的问题,并指出了未来可能发展的一些研究方向. 展开更多
关键词 安全性分析 安全控制 障碍函数 非线性系统
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多目标规划的障碍函数问题 被引量：2
10
作者 张峰 《高校应用数学学报（A辑）》 CSCD 北大核心 1990年第2期178-187,共10页
本文讨论了多目标规划的障碍函数问题。研究了障碍函数问题有效解与原问题有效解之间的关系,也研究了这两问题有效解集E(X_0,μ)和E(X)之间的关系。其中一些结论是非线性规划结论的推广,另一些结论是新的。
关键词 多目标规划 障碍函数 非线性规划
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在CDMA系统中实现多用户检测的障碍函数下降方向法
11
作者 李春光 廖晓峰 虞厥邦 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第10期1006-1013,共8页
该文提出了在码分多址(CDMA)系统上实现多用户检测的一种基于障碍函数下降方向的方法(BMD)。与传统方法以及神经网络优化算法相比较,作者提出的方法是利用障碍函数而得到的一个新的下降方向而不是梯度下降方向。计算机模拟表明:这种方... 该文提出了在码分多址(CDMA)系统上实现多用户检测的一种基于障碍函数下降方向的方法(BMD)。与传统方法以及神经网络优化算法相比较,作者提出的方法是利用障碍函数而得到的一个新的下降方向而不是梯度下降方向。计算机模拟表明:这种方法总能找到全局最优解,并具有抑制多址干扰和噪声干扰,对“远-近”问题不敏感等特点。这为实现码分多址系统上的最佳多用户检测提供了一条新的途径。 展开更多
关键词 通信系统 码分多址 多用户检测 障碍函数
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求解极大极小问题的一种稳定的对数障碍函数法
12
作者 王云诚 唐焕文 《经济数学》 1999年第4期54-60,共7页
给出求解极大极小问题的一种对数障碍函数法．为了消除牛顿方程的病态，本文引进Ｂｒｏｙｄｅｎ 和Ａｔｔｉａ 在求解约束优化问题时，为克服罚函数的病态所采取的一种策略，提高了算法的稳定性．对子问题的结束准则等对算法的效率有重... 给出求解极大极小问题的一种对数障碍函数法．为了消除牛顿方程的病态，本文引进Ｂｒｏｙｄｅｎ 和Ａｔｔｉａ 在求解约束优化问题时，为克服罚函数的病态所采取的一种策略，提高了算法的稳定性．对子问题的结束准则等对算法的效率有重要影响的技术细节，本文也进行了研究． 展开更多
关键词 对数障碍函数法 稳定性 极大极小问题 约束优化
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非线形互补问题的障碍函数法
13
作者 梁国宏 张生 +1 位作者 黄辉 何尚录 《重庆工学院学报》 2007年第3期32-34,共3页
将非线形互补问题转化为约束的优化问题,在已经的利用内点障碍函数方法求解约束优化问题的基础上,提出了利用障碍函数方法求解非线形互补问题的采用序列无约束最小化方法(SUMT)的算法,并利用障碍函数的单调性证明了算法的全局收敛性.最... 将非线形互补问题转化为约束的优化问题,在已经的利用内点障碍函数方法求解约束优化问题的基础上,提出了利用障碍函数方法求解非线形互补问题的采用序列无约束最小化方法(SUMT)的算法,并利用障碍函数的单调性证明了算法的全局收敛性.最后得出的数值试验表明了算法具有良好的适宜性和强收敛性. 展开更多
关键词 非线形互补问题 障碍函数 序列无约束最小化方法 收敛
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基于障碍函数方法的月球软着陆最优轨迹设计
14
作者 冯军华 崔平远 崔祜涛 《深空探测研究》 2008年第3期27-31,共5页
针对推力约束条件下的月球软着陆问题，研究了一种基于障碍函数求解最优终端制导律的方法。首先对探测器的动力学模型做简单变换，将探测器的运动分解为径向与切向运动；然后分别设计合理的对数函数作为障碍函数，将有限推力约束条件下... 针对推力约束条件下的月球软着陆问题，研究了一种基于障碍函数求解最优终端制导律的方法。首先对探测器的动力学模型做简单变换，将探测器的运动分解为径向与切向运动；然后分别设计合理的对数函数作为障碍函数，将有限推力约束条件下的轨道优化问题转化为无约束优化问题，避免了软着陆过程中推力饱和问题的出现；对最优控制问题中的两点边值问题，将其转化为对共轭变量初值的优化问题，并应用非线性规划方法进行求解；最后通过数字仿真结果表明所研究方法的有效可行。 展开更多
关键词 月球软着陆 障碍函数 非线性规划
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基于控制障碍函数的飞行器避障与制导控制 被引量：2
15
作者 杜宏宝 王正杰 +1 位作者 唐礼喜 张小宁 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2814-2823,共10页
为实现动态障碍物环境下飞行器对目标的打击以提高其工程适用性,建立飞行器与障碍物以及飞行器与目标的运动学模型。在控制障碍函数的基础上进行拓展,结合速度障碍法对飞行器速度施加约束,与现有的比例制导律构建二次优化问题,得到闭式... 为实现动态障碍物环境下飞行器对目标的打击以提高其工程适用性,建立飞行器与障碍物以及飞行器与目标的运动学模型。在控制障碍函数的基础上进行拓展,结合速度障碍法对飞行器速度施加约束,与现有的比例制导律构建二次优化问题,得到闭式解形式的避障制导律。数值仿真并分析轨迹和过载曲线的特性。研究结果表明:所提出的避障制导律可以实时地避开运动障碍物并打击目标,有较好的全局特性;与已有避障制导律相比,过载曲线更加平缓且饱和过载占比小。 展开更多
关键词 飞行器 避障控制 制导律 控制障碍函数
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基于局部self-concordant障碍函数的全牛顿步多项式时间算法(英文) 被引量：1
16
作者 金正静 白延琴 韩伯顺 《运筹学学报》 CSCD 北大核心 2008年第1期1-15,共15页
由Nesterov和Nemirovski^([4])创立的self-concordant障碍函数理论为解线性和凸优化问题提供了多项式时间内点算法.根据self-concordant障碍函数的参数,就可以分析内点算法的复杂性.在这篇文章中,我们介绍了基于核函数的局部self-concor... 由Nesterov和Nemirovski^([4])创立的self-concordant障碍函数理论为解线性和凸优化问题提供了多项式时间内点算法.根据self-concordant障碍函数的参数,就可以分析内点算法的复杂性.在这篇文章中,我们介绍了基于核函数的局部self-concordant障碍函数,它在线性优化问题的中心路径及其邻域内满足self-concordant性质.通过求解此障碍函数的局部参数值,我们得到了求解线性规划问题的基于此局部Self-concordant障碍函数的纯牛顿步内点算法的理论迭代界.此迭代界与目前已知的最好的理论迭代界是一致的. 展开更多
关键词 运筹学 线性规划 障碍函数 self-concordant函数 内点算法 多项式时间算法
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关于罚函数法与障碍函数法的改进
17
作者 李莉 《曲阜师范大学学报（自然科学版）》 CAS 1991年第3期20-23,共4页
本文给出了一种改进的罚函数算法与障碍函数算法,并证明了改进后算法仍收敛。同时在很一般的条件下证明了两种方法仍保持原有的主要收敛性质。
关键词 罚函数 障碍函数 近似解
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障碍函数法的一个注
18
作者 俞绍宏 《山东大学学报（工学版）》 CAS 1990年第2期75-76,共2页
0 引言带有不等式约束的极值问题,一般形式是 Min f(x) (1) s.t.gi(x)≥0(i=1,2,…,m)其中f(x)称为目标函数,gi(x)(i=1,2,…,m)是不等式约束函数,集合 D={x|gi(x)≥0,i=1,2,…,m}为(1)的可行域。如果f(x),gi(x)(i=1,2,…,m)都是线性函数... 0 引言带有不等式约束的极值问题,一般形式是 Min f(x) (1) s.t.gi(x)≥0(i=1,2,…,m)其中f(x)称为目标函数,gi(x)(i=1,2,…,m)是不等式约束函数,集合 D={x|gi(x)≥0,i=1,2,…,m}为(1)的可行域。如果f(x),gi(x)(i=1,2,…,m)都是线性函数,(1)为线性规划,否则为非线性规划。本文讨论的是非线性规划问题。 展开更多
关键词 障碍函数法 非线性规划问题 不等式约束 极值问题 可行域 无约束 线性函数 迭代点 目标函数 极小点
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未知环境下基于控制障碍函数的无人车轨迹规划
19
作者 方秋雨 张蕴霖 +1 位作者 麻壮壮 邵晋梁 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期90-100,共11页
无人车凭借其适应性强、成本低的优点,成为代替人类前往高风险、高污染区域执行任务的一种切实可行的方案。轨迹规划作为无人车任务系统的关键技术,其目的是根据任务目标制定满足约束条件的运动轨迹。然而,目前的导航控制器主要依赖于... 无人车凭借其适应性强、成本低的优点,成为代替人类前往高风险、高污染区域执行任务的一种切实可行的方案。轨迹规划作为无人车任务系统的关键技术,其目的是根据任务目标制定满足约束条件的运动轨迹。然而,目前的导航控制器主要依赖于预先获取的地图和先验知识,对未知环境的应对能力有所欠缺,无法适应复杂多变的任务环境。为此,提出了一种基于控制障碍函数的轨迹规划方法,用于解决无人车在未知环境下的自主避障、轨迹规划问题。该方法前端利用激光雷达感知环境深度信息,后端采用最小二乘支持向量机拟合障碍物边界,以估计控制障碍函数,并对负样本错分类进行补偿,最终通过求解二次规划得到安全控制指令。针对无人车可能陷入停滞状态的死锁问题,提出一种分段式的检测与消除方法来避免。数值仿真实验和半实物实验结果表明,所提方法在多种障碍物环境下具备较好的避障避撞和轨迹规划能力,在路径长度等方面优于传统的控制方法。 展开更多
关键词 无人车 轨迹规划 控制障碍函数 最小二乘支持向量机
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障碍函数法在状态约束混杂系统稳定性中的应用
20
作者 李亮亮 姜文琳 《淮北师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第4期13-17,共5页
文章采用障碍Lyapunov函数法考虑状态约束脉冲非线性系统的稳定性及控制问题.通过构造一类障碍Lyapunov函数,利用辅助矩阵、数学归纳等方法,给出状态约束混杂微分系统稳定的充分条件,同时能够利用所提出的方法研究状态反馈输入控制下状... 文章采用障碍Lyapunov函数法考虑状态约束脉冲非线性系统的稳定性及控制问题.通过构造一类障碍Lyapunov函数,利用辅助矩阵、数学归纳等方法,给出状态约束混杂微分系统稳定的充分条件,同时能够利用所提出的方法研究状态反馈输入控制下状态约束脉冲动力网络系统的镇定问题. 展开更多
关键词 状态约束 脉冲系统 障碍函数 非线性系统 稳定性
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