Koopman-based learning methods can potentially be practical and powerful tools for dynamical robotic systems. However, common methods to construct Koopman representations seek to learn lifted linear models that cannot capture nonlinear actuation effects inherent in many robotic systems. This paper presents a learning and control methodology that is a first step towards overcoming this limitation. Using the Koopman canonical transform, control-affine dynamics can be expressed by a lifted bilinear model. The learned model is used for nonlinear model predictive control (NMPC) design where the bilinear structure can be exploited to improve computational efficiency. The benefits for control-affine dynamics compared to existing Koopman-based methods are highlighted through an example of a simulated planar quadrotor. Prediction error is greatly reduced and closed loop performance similar to NMPC with full model knowledge is achieved.


翻译:Koopman 的学习方法可能是动态机器人系统的实用和强大的工具。然而,建造Koopman 演示的通用方法试图学习无法捕捉许多机器人系统固有的非线性振动效应的脱线线模型。本文介绍了一种学习和控制方法,这是克服这一限制的第一步。使用Koopman 光学变形,可以用一个脱线双线模型表达控制室动态。所学模型用于非线性模型预测控制(NMPC)的设计,可以利用双线性结构来提高计算效率。对照现有的Koopman 方法,控制-affine 动态的好处通过模拟平面矩形模型的例子来突出。预测错误大为减少,并实现了与NMPC相似的封闭循环性功能,并具备完整的模型知识。

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