Control Barrier Function Quadratic Programs (CBF-QPs) provide formal safety guarantees for general control-affine systems and accommodate actuation constraints, but do not inherently guarantee liveness, i.e., sustained progress toward and convergence to a goal. They may admit undesirable equilibria or dysfunctional circulation that impede goal convergence. In contrast, Modulation of Dynamical Systems (Mod-DS) promotes liveness through geometric reshaping of nominal vector fields, but is primarily suited to fully actuated systems and does not directly accommodate general actuation constraints. We establish theoretical connections between these paradigms, showing that normal Mod-DS is a special case of CBF-QP and that reference Mod-DS is linked to CBF-QP through a shared formulation. These connections motivate the Modulated CBF-QP (MCBF-QP) framework, which incorporates geometric guidance from Mod-DS into CBF-QPs to enhance liveness while retaining formal safety and control-affine generality. We develop reference MCBF-QP, which reduces undesirable equilibria and dysfunctional circulation for star-shaped obstacles, and on-manifold MCBF-QP, which eliminates undesirable equilibria and reduces dysfunctional circulation for arbitrarily shaped concave obstacles. Although no Lyapunov function is explicitly constructed, we prove that the tangent guidance constraint introduced into the CBF-QP formulation implicitly enforces the decrease condition of a hybrid Lyapunov function, yielding asymptotic goal convergence and thus liveness under the stated assumptions. Extensive simulation and hardware experiments demonstrate safe and live obstacle avoidance with the proposed MCBF-QP framework in static and dynamic environments.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

论文 | 基础模型驱动具身智能体安全综述
专知会员服务
9+阅读 · 8月22日
航天器非脆弱控制理论及应用研究进展
专知会员服务
10+阅读 · 2025年7月8日
【APC】先进过程控制系统(APC: Advanced Process Control)
产业智能官
69+阅读 · 2020年7月12日
【泡泡图灵智库】Detect-SLAM:目标检测和SLAM相互收益
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【智能制造】新一代智能制造:人工智能与智能制造
产业智能官
17+阅读 · 2018年8月11日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2012年12月31日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
7+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
7+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
6+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
10+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
论文 | 基础模型驱动具身智能体安全综述
专知会员服务
9+阅读 · 8月22日
航天器非脆弱控制理论及应用研究进展
专知会员服务
10+阅读 · 2025年7月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员