Linear-quadratic regulators (LQR) are a well known and widely used tool in control theory for both linear and nonlinear dynamics. For nonlinear problems, an LQR-based controller is usually only locally viable, thus, raising the problem of estimating the region of attraction (ROA). The need for good ROA estimations becomes especially pressing for underactuated systems, as a failure of controls might lead to unsafe and unrecoverable system states. Known approaches based on optimization or sampling, while working well, might be too slow in time critical applications and are hard to verify formally. In this work, we propose a novel approach to estimate the ROA based on the analytic solutions to linear ODEs for the torque limited simple pendulum. In simulation and physical experiments, we compared our approach to a Lyapunov-sampling baseline approach and found that our approach was faster to compute, while yielding ROA estimations of similar phase space area.


翻译:对线性和非线性动态而言,线性水体调节器(LQR)是一个广为人知和广泛使用的控制理论工具。对于非线性问题,基于LQR的控制器通常只在本地可行,因此提出了估计吸引力区域(ROA)的问题。由于控制失败可能导致不安全和无法回收的系统状态,因此对未充分激活的系统特别迫切需要良好的ROA估计。基于优化或取样的已知方法虽然运作良好,但在关键应用中可能过于缓慢,而且难以正式核实。在这项工作中,我们提出了一个新颖的方法,根据对托克有限的简单平面线性极线性极的解析方法估算ROA。在模拟和物理实验中,我们将我们的方法与Lyapunov抽样基准方法相比较,发现我们的方法比较得更快,同时得出类似阶段空间区域的ROA估计结果。

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