Many real-world systems often involve physical components or operating environments with highly nonlinear and uncertain dynamics. A number of different control algorithms can be used to design optimal controllers for such systems, assuming a reasonably high-fidelity model of the actual system. However, the assumptions made on the stochastic dynamics of the model when designing the optimal controller may no longer be valid when the system is deployed in the real-world. The problem addressed by this paper is the following: Suppose we obtain an optimal trajectory by solving a control problem in the training environment, how do we ensure that the real-world system trajectory tracks this optimal trajectory with minimal amount of error in a deployment environment. In other words, we want to learn how we can adapt an optimal trained policy to distribution shifts in the environment. Distribution shifts are problematic in safety-critical systems, where a trained policy may lead to unsafe outcomes during deployment. We show that this problem can be cast as a nonlinear optimization problem that could be solved using heuristic method such as particle swarm optimization (PSO). However, if we instead consider a convex relaxation of this problem, we can learn policies that track the optimal trajectory with much better error performance, and faster computation times. We demonstrate the efficacy of our approach on tracking an optimal path using a Dubin's car model, and collision avoidance using both a linear and nonlinear model for adaptive cruise control.


翻译:许多实际系统通常包含高度非线性和不确定性动态的物理组件或运行环境。在假设实际系统具有较高保真度模型的前提下,可以使用多种不同的控制算法来设计这些系统的最优控制器。然而,当系统部署到真实环境中时,设计最优控制器时对模型随机动态所做的假设可能不再成立。本文解决的问题如下:假设通过在训练环境中求解控制问题获得了一条最优轨迹,我们如何确保实际系统轨迹在部署环境中以最小误差跟踪该最优轨迹?换言之,我们希望学习如何将经过训练的最优策略适应于环境中的分布偏移。分布偏移在安全关键系统中尤为棘手,因为经过训练的策略可能在部署期间导致不安全的结果。我们证明该问题可以表述为一个非线性优化问题,并通过粒子群优化(PSO)等启发式方法求解。然而,如果我们转而考虑该问题的凸松弛,则可以学习到以更优误差性能和更快计算速度跟踪最优轨迹的策略。我们通过使用杜宾车模型跟踪最优路径,以及使用线性和非线性模型进行自适应巡航控制的碰撞避免,证明了我们方法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
15+阅读 · 2021年9月23日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
【伯克利-Ke Li】学习优化,74页ppt,Learning to Optimize
专知会员服务
41+阅读 · 2020年7月23日
2019必读的十大深度强化学习论文
专知会员服务
59+阅读 · 2020年1月16日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月24日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月19日
Arxiv
23+阅读 · 2021年12月19日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员