Parameter tuning in real-world experiments is constrained by the limited evaluation budget available on hardware. The path-following controller studied in this paper reflects a typical situation in nonlinear geometric controller, where multiple gains influence the dynamics through coupled nonlinear terms. Such interdependence makes manual tuning inefficient and unlikely to yield satisfactory performance within a practical number of trials. To address this challenge, we propose a Bayesian optimization (BO) framework that treats the closed-loop system as a black box and selects controller gains using a Gaussian-process surrogate. BO offers model-free exploration, quantified uncertainty, and data-efficient search, making it well suited for tuning tasks where each evaluation is costly. The framework is implemented on Honda's AI-Formula three-wheeled robot and assessed through repeated full-lap experiments on a fixed test track. The results show that BO improves controller performance within 32 trials, including 15 warm-start initial evaluations, indicating that it can efficiently locate high-performing regions of the parameter space under real-world conditions. These findings demonstrate that BO provides a practical, reliable, and data-efficient tuning approach for nonlinear path-following controllers on real robotic platforms.


翻译:在真实世界实验中,参数整定受限于硬件上有限的评估预算。本文研究的路径跟踪控制器反映了非线性几何控制器中的典型情况,其中多个增益通过耦合的非线性项影响系统动力学。这种相互依赖关系使得手动整定效率低下,且难以在有限次试验内获得满意性能。为解决这一挑战,我们提出了一种贝叶斯优化(BO)框架,将闭环系统视为黑箱,并使用高斯过程代理模型选择控制器增益。BO具备无模型探索、量化不确定性和数据高效搜索的特点,非常适合评估成本高昂的整定任务。该框架在本田AI-Formula三轮机器人上实现,通过在固定测试赛道上的重复全圈实验进行评估。结果表明,BO在32次试验(包括15次预热初始评估)内提升了控制器性能,证明其能在真实条件下高效定位参数空间的高性能区域。这些发现表明,BO为真实机器人平台上的非线性路径跟踪控制器提供了一种实用、可靠且数据高效的整定方法。

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