We present gPC-SCP: Generalized Polynomial Chaos-based Sequential Convex Programming method to compute a sub-optimal solution for a continuous-time chance-constrained stochastic nonlinear optimal control problem (SNOC) problem. The approach enables motion planning and control of robotic systems under uncertainty. The proposed method involves two steps. The first step is to derive a deterministic nonlinear optimal control problem (DNOC) with convex constraints that are surrogate to the SNOC by using gPC expansion and the distributionally-robust convex subset of the chance constraints. The second step is to solve the DNOC problem using sequential convex programming (SCP) for trajectory generation and control. We prove that in the unconstrained case, the optimal value of the DNOC converges to that of SNOC asymptotically and that any feasible solution of the constrained DNOC is a feasible solution of the chance-constrained SNOC. We derive a stable stochastic model predictive controller using the gPC-SCP for tracking a trajectory in the presence of uncertainty. We empirically demonstrate the efficacy of the gPC-SCP method for the following three test cases: 1) collision checking under uncertainty in actuation, 2) collision checking with stochastic obstacle model, and 3) safe trajectory tracking under uncertainty in the dynamics and obstacle location by using a receding horizon control approach. We validate the effectiveness of the gPC-SCP method on the robotic spacecraft testbed.


翻译:我们提出了 gPC- SCP : 通用的多式多式混乱状态序列控制编程方法, 用于计算连续时间、 时间、 时间、 时间、 随机性非线性最佳控制问题( SNOC ) 的亚最佳解决方案。 这种方法可以使运动规划和控制处于不确定状态的机器人系统。 提议的方法包括两个步骤。 第一步是通过使用 GPC 扩展和 分布式罗布斯 convex 机会限制的子组合来替代 SNOC 的定型非线性非线性最佳控制问题( DNOC ) 。 第二步是使用 连续的 convex 编程程序( SCP ) 来解决 DNOC 问题。 我们证明, 在未受限制的情况下, DNOC 的最佳值与 SNOC 的定序性最佳控制( DNOC ) 相匹配, 任何可行的DNOC 模式都是受机能限制的S 诺C 的可行解决方案。 我们用 稳定性模型预测控制模型, 使用 GCP- SCP 运行轨道 的轨迹 。

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