Stability certification and identification of the stabilizable operating region of a dynamical system are two important concerns to ensure its operational safety/security and robustness. With the advent of machine-learning tools, these issues are especially important for systems with machine-learned components in the feedback loop. Here, in presence of unknown discrete variation (DV) of its parameters within a bounded range, a system controlled by a static feedback controller in which the closed-loop (CL) equilibria are subject to variation-induced drift is equivalently represented using a class of time-invariant systems, each with the same control policy. To develop a general theory for stability and stabilizability of such a class of neural-network (NN) controlled nonlinear systems, a Lyapunov-based convex stability certificate is proposed and is further used to devise an estimate of a local Lipschitz upper bound for the NN and a corresponding operating domain in the state space containing an initialization set, starting from where the CL local asymptotic stability of each system in the class is guaranteed, while the trajectory of the original system remains confined to the domain if the DV of the parameters satisfies a certain quasi-stationarity condition. To compute such a robustly stabilizing NN controller, a stability-guaranteed training (SGT) algorithm is also proposed. The effectiveness of the proposed framework is demonstrated using illustrative examples.


翻译:动态系统稳定运行区域的稳定认证和确定,是确保动态系统稳定运行区域的两个重要关切,是确保其运行安全/安保和稳健性的两个重要关切问题。随着机器学习工具的出现,这些问题对于在反馈环中具有机器学习组件的系统特别重要。这里,在限制范围内,其参数存在未知的离散变异(DV)的情况下,一个由静态反馈控制器控制的系统,封闭环(CL)平衡系统受变异导致的漂移的影响,使用一系列时间变化变化导致的漂移,各系统都具有相同的控制政策。要为这种一类神经网络(NNN)控制的非线性系统的稳定性和可稳定性制定总体理论,就提议了一个基于Lyapunov的 convex稳定性证书,并进一步用于估算一个当地Lipschitz连接NNN(DV)的上限,以及州空间中包含初始化集的对应操作域,从CL(C)本地系统稳定不稳定性稳定系统得到保障,而原始系统的轨迹仍局限于一个稳定的轨道,如果拟议的稳定性稳定状态标准也得到证实。

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