Under-approximations of reachable sets and tubes have been receiving growing research attention due to their important roles in control synthesis and verification. Available under-approximation methods applicable to continuous-time linear systems typically assume the ability to compute transition matrices and their integrals exactly, which is not feasible in general, and/or suffer from high computational costs. In this note, we attempt to overcome these drawbacks for a class of linear time-invariant (LTI) systems, where we propose a novel method to under-approximate finite-time forward reachable sets and tubes, utilizing approximations of the matrix exponential and its integral. In particular, we consider the class of continuous-time LTI systems with an identity input matrix and uncertain initial and input values belonging to full dimensional sets that are affine transformations of closed unit balls. The proposed method yields computationally efficient under-approximations of reachable sets and tubes, when implemented using zonotopes, with first-order convergence guarantees in the sense of the Hausdorff distance. To illustrate its performance, we implement our approach in three numerical examples, where linear systems of dimensions ranging between 2 and 200 are considered.


翻译:可用于连续时间线性系统的现有不协调方法通常假定能够精确地计算过渡矩阵及其整体部分,这是一般不可行的,并且/或者计算成本很高。在本说明中,我们试图克服一系列线性时间变异系统(LTI)的这些缺陷,在这些系统中,我们提出了一个新颖的方法,利用矩阵指数指数及其组成部分的近似值,来利用矩阵指数及其组成部分的近似值,对近似的定时前可切变数据集和管子提出新的方法。我们特别考虑到连续时间LTI系统类别,配有身份输入矩阵,以及属于全维体的不确定初始值和输入值,即封闭单位球的直径变形。拟议方法在使用zonotopes实施时,可计算出对可达装置和管的低吸附效率,在Hausdorff 距离的感知一级保证汇合。为了说明其性能,我们用三个数字模型来实施我们的方法,在200和直径之间的直线系统。

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