一种求解控制系统可达集的网格投影法

摘要

控制系统在某一时刻的前向可达集是指从初始状态出发,在该时刻能够达到的状态的集合.为了求解非线性控制系统的前向可达集,首先通过常微分方程数值方法对连续控制系统进行离散,转化为离散系统;其次由于连续控制系统的可达集可用其相应的离散系统的可达集来近似,针对离散控制系统,提出了基于最优化技术的网格投影法近似描述可达集,该方法布置了均匀分布的网格点,并将网格点向可达集边界投影,每个投影问题都对应一个最优化问题,通过求解这些优化问题得到可达集的近似描述;进一步地,理论分析证明了该方法布置的网格点间隔越小得到的可达集近似误差越小;最后通过数值仿真验证了该方法的有效性,并将其与文献中已有的DFOG(Distance fields on grids)方法进行对比.研究表明:网格投影法可以有效地处理具有非凸可达集的控制系统;相较于DFOG方法,该方法能够得到分布均匀的边界点,且求解的优化问题的数量少,计算时间短.