Optimal control is a popular approach to synthesize highly dynamic motion. Commonly, $L_2$ regularization is used on the control inputs in order to minimize energy used and to ensure smoothness of the control inputs. However, for some systems, such as satellites, the control needs to be applied in sparse bursts due to how the propulsion system operates. In this paper, we study approaches to induce sparsity in optimal control solutions -- namely via smooth $L_1$ and Huber regularization penalties. We apply these loss terms to state-of-the-art DDP-based solvers to create a family of sparsity-inducing optimal control methods. We analyze and compare the effect of the different losses on inducing sparsity, their numerical conditioning, their impact on convergence, and discuss hyperparameter settings. We demonstrate our method in simulation and hardware experiments on canonical dynamics systems, control of satellites, and the NASA Valkyrie humanoid robot. We provide an implementation of our method and all examples for reproducibility on GitHub.


翻译:最佳控制是综合高度动态运动的流行方法。通常,在控制投入上使用2美元的正规化,以尽量减少使用的能源,并确保控制投入的顺利性。但是,对于卫星等某些系统,由于推进系统的运作方式,控制需要以零星的连发方式加以应用。在本文中,我们研究如何引导最佳控制解决方案的宽度 -- -- 即平滑的1美元和Huber规范化处罚。我们将这些损失条件适用于以DDP为基础的最先进的解决方案,以创造一个迷幻剂家庭,产生最佳控制方法。我们分析并比较不同损失对诱导宽度、其数字调节、其对趋同的影响的影响,并讨论超参数设置。我们展示了在罐体动力系统、卫星控制以及美国航天局的Valkyrie人类机器人的模拟和硬件实验方法。我们介绍了我们在GitHub的再生应用方法和所有实例。

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