Gaussian process regression is often applied for learning unknown systems and specifying the uncertainty of the learned model. When using Gaussian process regression to learn unknown systems, a commonly considered approach consists of learning the residual dynamics after applying some standard discretization, which might however not be appropriate for the system at hand. Variational integrators are a less common yet promising approach to discretization, as they retain physical properties of the underlying system, such as energy conservation or satisfaction of explicit constraints. In this work, we propose the combination of a variational integrator for the nominal dynamics of a mechanical system and learning residual dynamics with Gaussian process regression. We extend our approach to systems with known kinematic constraints and provide formal bounds on the prediction uncertainty. The simulative evaluation of the proposed method shows desirable energy conservation properties in accordance with the theoretical results and demonstrates the capability of treating constrained dynamical systems.


翻译:Gausian 进程回归通常用于学习未知系统,并具体说明所学模型的不确定性。当使用Gaussian 进程回归来学习未知系统时,通常考虑的方法是,在应用某种标准离散后学习残余动态,但可能不适用于手头系统。变式集成器对于离散是一种不太常见但有希望的方法,因为它们保留了基础系统的物理特性,如节能或满足明确的制约因素。在这项工作中,我们提议将机械系统名义动态的变异集成器和学习残余动态与高斯进程回归相结合。我们将我们的方法推广到已知运动受限的系统,并为预测不确定性提供正式的界限。对拟议方法的模拟评价表明根据理论结果进行能源节约的适当特性,并展示处理受限动态系统的能力。

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