The practical deployment of nonlinear model predictive control (NMPC) is often limited by online computation: solving a nonlinear program at high control rates can be expensive on embedded hardware, especially when models are complex or horizons are long. Learning-based NMPC approximations shift this computation offline but typically demand large expert datasets and costly training. We propose Sequential-AMPC, a sequential neural policy that generates MPC candidate control sequences by sharing parameters across the prediction horizon. For deployment, we wrap the policy in a safety-augmented online evaluation and fallback mechanism, yielding Safe Sequential-AMPC. Compared to a naive feedforward policy baseline across several benchmarks, Sequential-AMPC requires substantially fewer expert MPC rollouts and yields candidate sequences with higher feasibility rates and improved closed-loop safety. On high-dimensional systems, it also exhibits better learning dynamics and performance in fewer epochs while maintaining stable validation improvement where the feedforward baseline can stagnate.


翻译:非线性模型预测控制(NMPC)的实际部署常受限于在线计算:在嵌入式硬件上以高控制频率求解非线性程序可能成本高昂,尤其是当模型复杂或预测时域较长时。基于学习的NMPC近似方法虽将计算转移至离线阶段,但通常需要大量专家数据集及昂贵的训练成本。我们提出序列式AMPC(Sequential-AMPC)——一种通过跨预测时域共享参数生成MPC候选控制序列的顺序神经策略。为便于部署,我们为该策略设计了安全增强型在线评估与后备机制,形成安全序列式AMPC(Safe Sequential-AMPC)。与多个基准测试中的朴素前馈策略基线相比,Sequential-AMPC所需的专家MPC展开次数大幅减少,生成的候选序列具有更高的可行性率与改进的闭环安全性。在高维系统上,该方法还能在更少训练周期内展现出更优的学习动态与性能,同时保持稳定的验证改进效果,而前馈基线则可能停滞不前。

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