In this paper, we consider the closed-loop control problem of nonlinear robotic systems in the presence of probabilistic uncertainties and disturbances. More precisely, we design a state feedback controller that minimizes deviations of the states of the system from the nominal state trajectories due to uncertainties and disturbances. Existing approaches to address the control problem of probabilistic systems are limited to particular classes of uncertainties and systems such as Gaussian uncertainties and processes and linearized systems. We present an approach that deals with nonlinear dynamics models and arbitrary known probabilistic uncertainties. We formulate the controller design problem as an optimization problem in terms of statistics of the probability distributions including moments and characteristic functions. In particular, in the provided optimization problem, we use moments and characteristic functions to propagate uncertainties throughout the nonlinear motion model of robotic systems. In order to reduce the tracking deviations, we minimize the uncertainty of the probabilistic states around the nominal trajectory by minimizing the trace and the determinant of the covariance matrix of the probabilistic states. To obtain the state feedback gains, we solve deterministic optimization problems in terms of moments, characteristic functions, and state feedback gains using off-the-shelf interior-point optimization solvers. To illustrate the performance of the proposed method, we compare our method with existing probabilistic control methods.


翻译:在本文件中,我们考虑了非线性机器人系统在概率不确定和扰动情况下的闭环控制问题。更确切地说,我们设计了一个州反馈控制器,最大限度地减少系统状态因不确定性和扰动而与名义状态轨迹的偏差。处理概率系统控制问题的现有办法仅限于特定类别的不确定性和系统,如高萨的不确定性和流程以及线性化系统。我们提出了一个处理非线性动态模型和任意已知概率性不确定性的方法。我们把控制器设计问题作为包括时空和特征功能在内的概率分布统计数据的一个优化问题。特别是,在所提供的优化问题中,我们利用瞬间和特点功能来传播系统非线性运动模型中的不确定性。为了减少跟踪偏差,我们尽可能减少标性轨迹轨道周围的概率性状态的不确定性,尽量减少概率性动态模型的痕量和决定因素。为了从国家反馈中得益,我们用当前稳定度、特征功能和特征性功能来解决确定性优化问题,并用我们拟议的方法来比较目前的业绩反馈方法。</s>

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