This study proposes an efficient Newton-type method for the optimal control of switched systems under a given mode sequence. A mesh-refinement-based approach is utilized to discretize continuous-time optimal control problems (OCPs) and formulate a nonlinear program (NLP), which guarantees the local convergence of a Newton-type method. A dedicated structure-exploiting algorithm (Riccati recursion) is proposed to perform a Newton-type method for the NLP efficiently because its sparsity structure is different from a standard OCP. The proposed method computes each Newton step with linear time-complexity for the total number of discretization grids as the standard Riccati recursion algorithm. Additionally, the computation is always successful if the solution is sufficiently close to a local minimum. Conversely, general quadratic programming (QP) solvers cannot accomplish this because the Hessian matrix is inherently indefinite. Moreover, a modification on the reduced Hessian matrix is proposed using the nature of the Riccati recursion algorithm as the dynamic programming for a QP subproblem to enhance the convergence. A numerical comparison is conducted with off-the-shelf NLP solvers, which demonstrates that the proposed method is up to two orders of magnitude faster. Whole-body optimal control of quadrupedal gaits is also demonstrated and shows that the proposed method can achieve the whole-body model predictive control (MPC) of robotic systems with rigid contacts.


翻译:本研究提出了一种高效的牛顿型方法,用于在特定模式序列下最佳控制交换系统。 一种基于网状精密的方法被用于将连续时间最佳控制问题( OCPs)分解, 并制定一个非线性程序( NLP), 保证牛顿型方法在当地趋同。 提议了一种专门的结构开发算法( Riccati 递归), 以高效的方式为NLP 执行牛顿型方法, 因为它的宽度结构结构不同于标准的 OCP 。 拟议的方法用直线时间兼容度来计算每个牛顿级步骤, 作为标准的 Riccati 递归回算法, 将离散电电网的总数计算为直线性时间兼容。 此外, 如果解决方案足够接近本地最小值方法, 计算总是成功的。 相反, 一般的四方形编程程序( QP) 解算法( Riccati) 解算器无法做到这一点, 因为Hesian 矩阵本身是不固定的。 此外, 提议对降低的赫萨提调矩阵进行修改, 用Riccati recultive contal- commal commission- paltra la lax lax lax lax lax lax 。 lax lax

0
下载
关闭预览

相关内容

黑塞矩阵(Hessian Matrix),又译作海森矩阵、海瑟矩阵、海塞矩阵等,是一个多元函数的二阶偏导数构成的方阵,描述了函数的局部曲率。黑塞矩阵最早于19世纪由德国数学家Ludwig Otto Hesse提出,并以其名字命名。黑塞矩阵常用于牛顿法解决优化问题。
专知会员服务
123+阅读 · 2020年9月8日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
2019年机器学习框架回顾
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月11日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
LibRec 精选:AutoML for Contextual Bandits
LibRec智能推荐
7+阅读 · 2019年9月19日
revelation of MONet
CreateAMind
5+阅读 · 2019年6月8日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
保序最优传输:Order-preserving Optimal Transport
我爱读PAMI
6+阅读 · 2018年9月16日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Arxiv
0+阅读 · 2022年2月20日
Arxiv
0+阅读 · 2022年2月18日
Arxiv
0+阅读 · 2022年2月18日
VIP会员
相关资讯
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
LibRec 精选:AutoML for Contextual Bandits
LibRec智能推荐
7+阅读 · 2019年9月19日
revelation of MONet
CreateAMind
5+阅读 · 2019年6月8日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
保序最优传输:Order-preserving Optimal Transport
我爱读PAMI
6+阅读 · 2018年9月16日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员