Approximating the Koopman operator from data is numerically challenging when many lifting functions are considered. Even low-dimensional systems can yield unstable or ill-conditioned results in a high-dimensional lifted space. In this paper, Extended Dynamic Mode Decomposition (DMD) and DMD with control, two methods for approximating the Koopman operator, are reformulated as convex optimization problems with linear matrix inequality constraints. Asymptotic stability constraints and system norm regularizers are then incorporated as methods to improve the numerical conditioning of the Koopman operator. Specifically, the H-infinity norm is used to penalize the input-output gain of the Koopman system. Weighting functions are then applied to penalize the system gain at specific frequencies. These constraints and regularizers introduce bilinear matrix inequality constraints to the regression problem, which are handled by solving a sequence of convex optimization problems. Experimental results using data from an aircraft fatigue structural test rig and a soft robot arm highlight the advantages of the proposed regression methods.


翻译:在考虑许多提升功能时,从数据中接近Koopman操作员在数字上具有挑战性。即使是低维系统也会在高维提升空间中产生不稳定或条件差的结果。在本论文中,扩展动态模式分解(DMD)和DMD(DMD)具有控制性,两种接近Koopman操作员的方法被重新拟订为线性矩阵不平等制约的二次优化问题。随后,将Asymex稳定性限制和系统规范规范规范规范作为改进Koopman操作员的数字调节的方法纳入其中。具体地说,H-infinity规范被用来惩罚Koopman系统的输入输出收益。然后运用加权功能来惩罚系统在特定频率上的增益。这些制约和正规化者对回归问题引入双线矩阵不平等限制,通过解决矩形优化问题序列来处理。实验结果使用飞机疲劳结构测试器和软机器人臂的数据,突出拟议回归方法的优点。

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