論文の概要: Neural Port-Hamiltonian Models for Nonlinear Distributed Control: An Unconstrained Parametrization Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.10096v2
- Date: Mon, 25 Nov 2024 12:41:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-26 14:13:41.573835
- Title: Neural Port-Hamiltonian Models for Nonlinear Distributed Control: An Unconstrained Parametrization Approach
- Title（参考訳）: 非線形分散制御のためのニューラルポート-ハミルトンモデル:非拘束パラメトリゼーションアプローチ
- Authors: Muhammad Zakwan, Giancarlo Ferrari-Trecate,
- Abstract要約: ニューラルネットワーク(NN)は、優れたパフォーマンスをもたらす制御ポリシのパラメータ化に利用することができる。
NNの小さな入力変更に対する感度は、クローズドループシステムの不安定化のリスクを引き起こす。
これらの問題に対処するために、ポート・ハミルトンシステムのフレームワークを活用して、連続時間分散制御ポリシーを設計する。
提案する分散コントローラの有効性は,非ホロノミック移動ロボットのコンセンサス制御によって実証される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The control of large-scale cyber-physical systems requires optimal distributed policies relying solely on limited communication with neighboring agents. However, computing stabilizing controllers for nonlinear systems while optimizing complex costs remains a significant challenge. Neural Networks (NNs), known for their expressivity, can be leveraged to parametrize control policies that yield good performance. However, NNs' sensitivity to small input changes poses a risk of destabilizing the closed-loop system. Many existing approaches enforce constraints on the controllers' parameter space to guarantee closed-loop stability, leading to computationally expensive optimization procedures. To address these problems, we leverage the framework of port-Hamiltonian systems to design continuous-time distributed control policies for nonlinear systems that guarantee closed-loop stability and finite $\mathcal{L}_2$ or incremental $\mathcal{L}_2$ gains, independent of the optimzation parameters of the controllers. This eliminates the need to constrain parameters during optimization, allowing the use of standard techniques such as gradient-based methods. Additionally, we discuss discretization schemes that preserve the dissipation properties of these controllers for implementation on embedded systems. The effectiveness of the proposed distributed controllers is demonstrated through consensus control of non-holonomic mobile robots subject to collision avoidance and averaged voltage regulation with weighted power sharing in DC microgrids.
- Abstract（参考訳）: 大規模サイバー物理システムの制御には、近隣エージェントとの限られた通信のみに依存する最適な分散ポリシーが必要である。
しかし、非線形システムの安定化コントローラを最適化する一方で、複雑なコストを最適化することは大きな課題である。
ニューラルネットワーク(NN)は、その表現力で知られ、優れたパフォーマンスをもたらす制御ポリシのパラメータ化に利用することができる。
しかし、NNの小さな入力変化に対する感度は、クローズドループシステムの不安定化のリスクをもたらす。
既存の多くのアプローチは、閉ループ安定性を保証するためにコントローラのパラメータ空間に制約を課し、計算的に高価な最適化手順を導いた。
これらの問題に対処するために、ポート・ハミルトンシステムの枠組みを利用して、閉ループ安定性と有限$\mathcal{L}_2$またはインクリメンタル$\mathcal{L}_2$ゲインを保証する非線形システムの連続時間分散制御ポリシーを設計する。
これにより、最適化中にパラメータを制約する必要がなくなり、勾配ベースのメソッドのような標準的なテクニックが利用できるようになる。
さらに,これらの制御器の散逸特性を保存し,組込みシステム上で実装するための離散化方式についても論じる。
提案手法の有効性は,直流マイクログリッドにおける衝突回避および平均電圧制御を考慮した非ホロノミック移動ロボットのコンセンサス制御により実証される。
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