检索结果-内蒙古大学图书馆

电子科技大学学报 2025年第1期54卷 29-38页

作者：周毅张浩施孟佶林伯先石磊河南大学人工智能学院郑州450046 河南省车联网协同技术国际联合实验室郑州450046 电子科技大学航空航天学院成都611731

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... 详细信息

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。

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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基于动态参数扩展控制障碍函数的无人机时变编队最优跟踪控制

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兵工学报 2025年第4期46卷 188-201页

作者：吴俊岐吴碧邓宏彬周智千北京理工大学机电学院北京100081 93236部队北京100085

针对多约束条件下无人机时变编队控制中的能耗优化问题,提出一种基于动态参数扩展高阶控制障碍函数的优化控制方法。对现有的高阶控制障碍函数进行改进,综合考虑无人机与障碍物的运动状态建立扩展状态的动力学模型,将动态目标避障的安... 详细信息

针对多约束条件下无人机时变编队控制中的能耗优化问题,提出一种基于动态参数扩展高阶控制障碍函数的优化控制方法。对现有的高阶控制障碍函数进行改进,综合考虑无人机与障碍物的运动状态建立扩展状态的动力学模型,将动态目标避障的安全性约束条件在扩展状态动力学模型上展开,得到用于建立动态目标避障的扩展高阶控制障碍函数;针对扩展高阶控制障碍函数约束的可解性与保守性问题,设计K类函数参数的自适应规则得到动态参数扩展高阶控制障碍函数,在提高含约束优化问题可解性的同时降低解的保守性。利用控制障碍函数与动态参数扩展高阶控制障碍函数建立多约束条件,基于一致性条件与哈密顿分析建立目标函数,将时变编队的能耗优化问题转化为多约束优化问题,并用二次规划进行求解得到最优控制输入。仿真结果表明,所提方法比固定参数扩展高阶控制障碍函数以及人工势场法具有更好的避障效果与更低的能耗。

关键词：时变编队跟踪控制最优控制控制障碍函数状态观测器

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基于深度学习控制障碍函数的无人机安全避障方法

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无人系统技术 2025年第1期8卷 50-67页

作者：刘晨晖刘建敏刘钦朋潘泉西安石油大学理学院西安710000 西北工业大学自动化学院西安710000

在无人机应用日益广泛的背景下,其系统模型不确定性给规避控制带来挑战,针对此提出基于深度学习的安全学习控制框架。首先在已知环境中,明确避撞安全要求,以预设避撞算法在仿真环境中生成专家轨迹数据,并进行数据泛化、构建边界集等处理... 详细信息

在无人机应用日益广泛的背景下,其系统模型不确定性给规避控制带来挑战,针对此提出基于深度学习的安全学习控制框架。首先在已知环境中,明确避撞安全要求,以预设避撞算法在仿真环境中生成专家轨迹数据,并进行数据泛化、构建边界集等处理,结合人工数据集和安全数据滤波器构建综合数据集,用神经网络拟合控制障碍函数,通过拉格朗日乘子法求解相关约束优化问题,设计特定神经网络作为逼近器。其次,在未知环境下,从激光雷达传感器获取数据转换到世界坐标系,依观测模型区分安全与不安全区域收集样本,利用支持向量机拟合控制障碍函数,采用核函数及松弛系数优化,结合Sigmoid函数等得到逼近器。接着构建安全学习控制框架,离散化系统模型并添加不确定性参数,定义包含系统状态和控制指令序列的成本函数,设置硬、概率、软三种安全约束,建立相应算法模型。最后在PyCharm平台实验,验证已知和未知环境下相关算法及集成框架在不同障碍物环境的有效性,如已知环境中学习后的控制障碍函数能助力无人机避障并到达目标,未知环境下基于观测学习的算法可消除噪声实现避障。结果表明框架性能良好,有望用于实际提升无人机自主安全控制能力。

关键词：安全避障深度学习控制障碍函数专家轨迹观测学习仿真验证安全约束

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基于控制障碍函数的飞行器避障与制导控制

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兵工学报 2023年第9期44卷 2814-2823页

作者：杜宏宝王正杰唐礼喜张小宁北京理工大学机电学院北京100081

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... 详细信息

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。

关键词：飞行器避障控制制导律控制障碍函数

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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

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兵工学报 2023年第S02期44卷 90-100页

作者：方秋雨张蕴霖麻壮壮邵晋梁电子科技大学自动化工程学院四川成都611731 深圳市人工智能与机器人研究院群体频谱智能研究中心广东深圳518054 电磁空间认知与智能控制技术实验室北京100089

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... 详细信息

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。

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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基于滤波控制障碍函数的严格反馈系统安全控制

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自动化学报 2024年第12期50卷 2474-2486页

作者：陈仲秋刘勇华苏春翌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

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,... 详细信息

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.

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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无人机系统安全控制研究综述:控制障碍函数

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控制与决策 2024年第10期39卷 3169-3180页

作者：姚绍杰闫帅明张浩石磊石华光周毅河南大学人工智能学院郑州450046

近年来,控制障碍函数因其具有实时性强、兼容性强、约束性强、鲁棒性强等优势,已成为无人机安全领域的一个重要研究分支.由于无人机系统多以非线性控制系统为主,且保障无人机飞行安全至关重要,首先以非线性控制系统为基础,展开介绍控制... 详细信息

近年来,控制障碍函数因其具有实时性强、兼容性强、约束性强、鲁棒性强等优势,已成为无人机安全领域的一个重要研究分支.由于无人机系统多以非线性控制系统为主,且保障无人机飞行安全至关重要,首先以非线性控制系统为基础,展开介绍控制李雅普诺夫函数、控制障碍函数、安全屏障证书的基本概念;然后围绕基于控制障碍函数构成的二次规划控制器差异的角度梳理其在无人机系统中的应用现状,多无人机系统相比单无人机系统拥有更高的任务效率和适应性,因此进一步梳理集中式和分散式两种类型安全屏障证书在成对无人机中的应用;最后针对当前控制障碍函数在无人机系统应用中存在的技术难题进行分析,并提出未来需要进一步发展的研究方向.

关键词：无人机系统控制障碍函数控制李雅普诺夫函数安全屏障证书二次规划安全控制

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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

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郑州大学学报（理学版） 2024年第6期56卷 1-8页

作者：王海静彭金柱张方方郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001 智能农业动力装备全国重点实验室河南洛阳471039

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... 详细信息

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。

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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基于动态参数扩展控制障碍函数的无人机时变编队最优跟踪控制

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兵工学报 2024年

作者：吴俊岐吴碧邓宏彬周智千北京理工大学机电学院 93236部队

针对多约束条件下无人机时变编队控制中的能耗优化问题，提出一种基于动态参数扩展高阶控制障碍函数的优化控制方法。对现有的高阶控制障碍函数进行改进，综合考虑无人机与障碍物的运动状态建立扩展状态的动力学模型，将动态目标避障的... 详细信息

针对多约束条件下无人机时变编队控制中的能耗优化问题，提出一种基于动态参数扩展高阶控制障碍函数的优化控制方法。对现有的高阶控制障碍函数进行改进，综合考虑无人机与障碍物的运动状态建立扩展状态的动力学模型，将动态目标避障的安全性约束条件在扩展状态动力学模型上展开，得到用于建立动态目标避障的扩展高阶控制障碍函数；针对扩展高阶控制障碍函数约束的可解性与保守性问题，设计K类函数参数的自适应规则得到动态参数扩展高阶控制障碍函数，在提高含约束优化问题可解性的同时降低解的保守性。利用控制障碍函数与动态参数扩展高阶控制障碍函数建立多约束条件，基于一致性条件与哈密顿分析建立目标函数，将时变编队的能耗优化问题转化为多约束优化问题，并用二次规划进行求解得到最优控制输入。仿真结果表明，所提方法比固定参数扩展高阶控制障碍函数以及人工势场法具有更好的避障效果与更低的能耗。

关键词：时变编队跟踪控制最优控制控制障碍函数状态观测器

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基于控制障碍函数的欠驱动无人水下航行器椭圆障碍物避障制导

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兵工学报 2024年

作者：野汶博方洋旺洪瑞阳胡祁东西北工业大学无人系统技术研究院西北工业大学无人飞行器技术全国重点实验室西北工业大学无人机技术集成攻关大平台西北工业大学自动化学院

为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性，提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。通过椭圆形建模来适应细长不规则的障碍物；在此基础上设计包含艏向角约束的控制障碍... 详细信息

为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性，提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。通过椭圆形建模来适应细长不规则的障碍物；在此基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数，构建带有约束条件的二次规划问题，通过与无障碍环境下的制导律相结合，得到闭式解形式的避障制导律。仿真结果验证了所提方法的有效性，全局上满足安全性和稳定性要求，对于无人水下航行器在复杂海洋环境中的安全航行具有实际应用价值。

关键词：控制障碍函数椭圆障碍物避障制导律二次规划欠驱动无人水下航行器

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