We propose a framework for the stability verification of Mixed-Integer Linear Programming (MILP) representable control policies. This framework compares a fixed candidate policy, which admits an efficient parameterization and can be evaluated at a low computational cost, against a fixed baseline policy, which is known to be stable but expensive to evaluate. We provide sufficient conditions for the closed-loop stability of the candidate policy in terms of the worst-case approximation error with respect to the baseline policy, and we show that these conditions can be checked by solving a Mixed-Integer Quadratic Program (MIQP). Additionally, we demonstrate that an outer approximation of the stability region of the candidate policy can be computed by solving an MILP. The proposed framework is sufficiently general to accommodate a broad range of candidate policies including ReLU Neural Networks (NNs), optimal solution maps of parametric quadratic programs, and Model Predictive Control (MPC) policies. We also present an open-source toolbox in Python based on the proposed framework, which allows for the easy verification of custom NN architectures and MPC formulations. We showcase the flexibility and reliability of our framework in the context of a DC-DC power convertor case study and investigate the computational complexity.


翻译:我们提议了一个框架,用于对混合内插线性规划(MILP)的可代表的控制政策进行稳定性核查。这个框架比较了固定的候选政策,该政策承认有效的参数化,并且可以以低计算成本对照固定基线政策进行评估,而固定基线政策据知是稳定的,但评估费用昂贵。我们为候选人政策的封闭环流稳定提供了足够条件,因为基线政策存在最坏的近似误差,我们还表明,这些条件可以通过解决混合内插横交方案(MIQP)来检查。此外,我们证明,可以通过解决一个MILP来计算候选人政策的稳定性区域的外部近似值。 拟议的框架十分笼统,足以适应广泛的候选政策,包括ReLU Neal Network(NNS)、对等离子偏差方案的最佳解决方案图以及模型预测控制政策。我们还根据拟议框架在Python提出一个开放源工具箱,便于对定制的NNF架构和MPC的制定进行简单化。我们用软件在DC软件的复杂度和可靠性研究中展示了我们对DC的灵活度和计算框架。

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