Sicherheitskritische Stabilisierung von kraftgesteuerten nichtholonomischen Robotern

Wir präsentieren einen sicherheitskritischen Regler für das Problem der Stabilisierung von kraftgesteuerten nichtholonomischen autonomen Fahrzeugen. Das vorgeschlagene Regelgesetz basiert auf den Konstruktionen von Kontrolle-Lyapunov-Funktionen (CLFs) und Kontrollbarrieren-Funktionen (CBFs) für kaskadierte Systeme. Um die Nicht-Holonomeität zu adressieren, entwerfen wir den nominalen Regler, der globale asymptotische Stabilität und lokale exponentielle Stabilität für das geschlossene Regelungssystem in Polarkoordinaten gewährleistet und konstruieren eine strenge Lyapunov-Funktion, die auf beliebigen kompakten Mengen gültig ist. Darüber hinaus präsentieren wir ein Verfahren zur Konstruktion von CBFs für kaskadierte Systeme, indem wir die CBF des kinematischen Modells durch Integrator-Backstepping nutzen. Quadratische Programmierung wird eingesetzt, um CLFs und CBFs zu kombinieren, um sowohl Stabilität als auch Sicherheit im geschlossenen Regelkreis zu integrieren. Das vorgeschlagene Regelgesetz ist zeitinvariant, kontinuierlich entlang der Bahn und einfach umzusetzen. Unsere Hauptergebnisse garantieren sowohl Sicherheit als auch lokale asymptotische Stabilität für das geschlossene Regelungssystem.