Compositional abstractions of networks of stochastic hybrid systems under randomly switched topologies
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文研究了在随机切换拓扑下，如何通过组合方法构建随机混合系统网络的抽象，利用马尔可夫链建模拓扑切换，并通过实例验证了抽象系统在控制器设计中的有效性。
2018-06-13 cs.SY eess.SY
Compositional abstraction and safety synthesis using overlapping symbolic models
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Laboratoire des signaux et systèmes (L2S), CNRS, CentraleSupélec, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay（信号与系统实验室，法国国家科学研究中心，中央苏佩莱克高等学院，巴黎第十一大学，巴黎萨克雷大学）；Univ. Grenoble Alpes/CNRS, GIPSA-Lab（格勒诺布尔阿尔卑斯大学/法国国家科学研究中心，GIPSA实验室）
本文提出了一种组合方法，用于离散时间非线性系统的抽象和安全合成。通过组合一组重叠的符号子系统来定义符号抽象，这些子系统可以共享一些共同的状态变量。利用这种重叠的符号子系统开发了组合安全合成技术，并比较了不同系统分解方式下抽象和控制器的保守性和计算复杂性。数值实验表明，所提出的符号控制合成方法在减少计算复杂性方面优于集中方法，并在减少保守性方面优于使用非重叠子系统的组合方法。
2017-07-19 cs.SY eess.SY
Compositional Construction of Finite State Abstractions for Stochastic Control Systems
MPI-SWS, Kaiserslautern, Germany（德国凯泽斯劳滕马克斯·普朗克计算机科学研究所）
本文研究了随机控制系统的组合有限状态抽象方法，提出基于扰动仿真的方法以提高控制器合成效率。
2017-09-27 cs.SY eess.SY
Compositional Abstractions of Interconnected Discrete-Time Stochastic Control Systems
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Max Planck Institute for Software Systems（马克斯·普朗克软件系统研究所）
本文提出一种组合方法，用于构建互联离散时间随机控制系统的抽象。通过新的随机模拟函数概念，量化原始系统与抽象系统的概率距离，从而进行分析与综合。
2017-09-29 cs.SY eess.SY
Compositional Abstraction of Large-Scale Stochastic Systems: A Relaxed Dissipativity Approach
在本文中，我们提出了一个组合的方法来构建有限的抽象（a.k.a.有限马尔可夫决策过程（MDP））的离散时间随机控制子系统，不一定是稳定的网络。所提出的方法利用互连拓扑结构和有限步随机存储函数的概念，描述了联合耗散型属性的子系统和它们的抽象，并建立了一个有限步随机模拟函数作为网络和它的抽象之间的关系。为此，我们首先开发了一种新类型的组合性条件，这是保守性比现有的。特别是，通过有限步随机模拟函数使用松弛，可以构造有限抽象，使得不一定需要每个子系统的稳定性。然后，我们提出了一种方法来构造有限的MDPs连同其相应的有限步存储功能的一般离散时间随机控制系统满足增量无源性。我们还构造了有限的MDP的一类特殊的非线性随机控制系统。为了证明所提出的结果的有效性，我们将我们的结果应用于三个不同的案例研究。
2020-02-11 cs.SY eess.SY
From dissipativity theory to compositional synthesis of symbolic models
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Laboratoire des Signaux et Systémes (L2S) - CNRS（信号与系统实验室（L2S）- 法国国家科学研究中心）
本文提出了一种构造互联离散时间控制系统有限抽象（符号模型）的组合框架，基于子系统的联合耗散性性质，通过存储函数构建模拟函数，并利用增量被动性属性构造有限抽象及其存储函数。
2017-10-16 cs.SY eess.SY
Compositional (In)Finite Abstractions for Large-Scale Interconnected Stochastic Systems
Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文提出了一种组合方法，用于构建大规模互联离散时间随机系统的无限（降阶模型）和有限抽象（即有限马尔可夫决策过程）。通过随机模拟函数的概念，该方法能够在控制器设计过程中将抽象系统作为原系统的替代，保证误差界。论文首先推导了小增益类型条件，用于量化随机控制子系统的互联与无限抽象的概论距离。接着构建了无限抽象及其对应的随机模拟函数，用于特定类型的离散时间非线性随机控制系统。随后，利用小增益类型条件进行有限抽象的组合构造，提出了一种构造有限马尔可夫决策过程的方法，用于具体模型或其降阶版本，满足增量输入到状态稳定性属性。最后通过全互联网络和温度调节应用验证了方法的有效性。
2020-02-14 cs.SY eess.SY
Compositional Construction of Approximate Abstractions of Interconnected Control Systems
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文研究了互联控制系统的近似抽象的组合构造，提出小增益条件和线性系统控制不变子空间来构建抽象，并用线性时序逻辑规范合成控制器。
2016-06-25 cs.SY eess.SY math.OC
Compositional Construction of Finite MDPs for Continuous-Time Stochastic Systems: A Dissipativity Approach
本文提出了一种基于耗散性方法的连续时间连续空间随机控制系统有限抽象的合成方案。建议的框架享有的互连拓扑结构，并采用随机存储功能的概念，描述联合耗散型属性的子系统和它们的抽象。通过利用这些随机存储函数，可以建立连续时间连续空间随机系统和它们的有限对应系统之间的关系，同时量化它们的输出轨迹之间的概率距离。因此，可以采用有限系统作为一个适当的替代的连续时间的控制器设计过程中，有保证的误差界。在这方面，我们首先利用耗散型组合条件的连续时间连续空间随机系统的互连和离散时间（有限或无限）的抽象之间的距离的组合量化。然后，我们考虑一类特定的随机仿射系统，并构建其有限的抽象与相应的随机存储功能。所提出的结果的有效性证明了将它们应用到一个包含100个房间的圆形网络的温度调节和组成构建一个离散时间的抽象从其原始的连续时间动态。构造的离散时间抽象，然后利用作为替代成分合成政策保持每个房间的温度在一个舒适区。
2020-05-05 cs.SY eess.SY
Compositional Construction of Infinite Abstractions for Networks of Stochastic Control Systems
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑大学）
本文提出了一种组合方法，用于构建互联离散时间随机控制系统的无限抽象，通过引入新的随机存储函数概念，利用子系统的互联矩阵和联合耗散性性质，量化随机控制系统与抽象系统的概率距离，并通过计算方案构造抽象系统及其对应的随机存储函数，同时展示了如何将抽象系统的策略细化为原始系统的策略并保证满足概率。
2019-05-09 cs.SY eess.SY
Compositional abstraction for networks of control systems: A dissipativity approach
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出了一种基于互联矩阵和子系统及其抽象的耗散性性质的组合方案，用于构建控制系统网络的抽象。通过使用抽象本身作为控制器设计过程中的替代系统，展示了非线性控制系统的抽象构造方法，并通过线性控制系统的网络示例验证了耗散性方法的有效性。
2016-12-29 cs.SY eess.SY math.OC
Compositional abstraction refinement for control synthesis
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本文提出基于组合抽象细化的控制综合方法，通过过估计可达集指导非线性系统控制规范的满足，利用子系统分解和假设-保证义务，迭代细化状态划分以满足规范，并证明局部控制器组合可强制原系统满足要求。
2017-12-16 cs.SY eess.SY
Data-driven Construction of Finite Abstractions for Interconnected Systems: A Compositional Approach
针对缺乏精确系统动力学知识的问题，提出一种数据驱动组合式方法，为含部分未知动力学与互联映射的离散时间互联控制系统构建有限状态抽象，支撑其形式化验证与控制器综合。
2025-02-21 cs.MA cs.SY eess.SY
Compositional Approximately Bisimilar Abstractions of Interconnected Systems
本文阐述并研究了近似（交替）互模拟关系的概念，描述了互联系统及其抽象之间的等价关系。这些等价关系保证了符号模型保持了原始模型的动态特性。我们开发了一种基于抽象的控制器合成的合成方法，依靠近似合成和增量输入到状态稳定性的概念。特别是，给定一个大规模的系统组成的互联组件，我们提供的条件下，近似（交替）的模拟关系的概念被保存时，从子系统的大规模互联系统。通过在交通拥堵控制中的应用，对理论结果的工程相关性进行了评价。
2022-11-18 cs.SY eess.SY math.DS
Compositional Abstraction-based Synthesis for Networks of Stochastic Switched Systems
在本文中，我们提供了一个组合的方法来构建有限的抽象（a.k.a.有限马尔可夫决策过程（MDP））的互联离散时间随机切换系统。所提出的框架是基于一个概念的随机模拟功能，使用它可以采用一个抽象的系统作为替代原来的控制器设计过程中的输出轨迹上的保证误差界。为此，我们首先提供随机切换子系统的互连和它们的有限抽象通过随机模拟功能之间的概率接近保证。然后，我们利用足够的小增益类型的条件来显示这项工作的组合性结果。之后，我们证明了在标准假设下，确保切换系统的增量输入到状态稳定性（即，存在共同的增量李雅普诺夫函数，或多个增量李雅普诺夫函数与驻留时间），人们可以构造有限的MDP的一般设置的非线性随机切换系统。我们还提出了一种方法来构造有限的MDP的一类特殊的非线性随机切换系统。为了证明我们所提出的结果的有效性，我们首先将我们的方法应用到一个由200个单元组成的圆形级联环中的道路交通网络，并构造一个有限的MDP的网络组成。我们采用构造的有限抽象作为替代品，合成的政策，保持交通密度低于20辆车每细胞。然后，我们将我们提出的技术完全互连的网络的500个非线性子系统（共1000维），并构建其有限的MDP保证误差界。我们将我们提出的结果与文献中的结果进行了比较。
2019-12-24 cs.SY eess.SY
Compositional Construction of Abstractions for Infinite Networks of Discrete-Time Switched Systems
在本文中，我们开发了一个合成计划的建设连续逼近互连的无穷多个离散时间切换系统。近似（也称为抽象）本身是一个连续空间系统，它可以在控制器设计过程中用作原始（也称为具体）系统的替代。在设计了抽象系统的控制器后，将其细化为具体系统的控制器。我们使用所谓的模拟函数的概念来量化原始系统及其近似之间的失配。具体地说，具体网络中的每个子系统和抽象网络中相应的子系统通过局部仿真函数的概念相关联。我们表明，如果本地仿真功能满足一定的小增益型条件的网络包含无限多的子系统，然后聚合的个别仿真功能提供了一个整体的仿真功能量化的整体抽象网络和具体的之间的误差。此外，我们表明，我们的方法的结果在一个无标度的合成方法的任何有限，但任意大的网络从截断的无限网络。我们提供了一个系统的方法来构建本地的抽象和模拟功能的线性切换系统的网络。所需的条件表示的线性矩阵不等式，可以有效地计算。我们说明了我们的方法的有效性，通过AC孤岛微电网的应用程序。
2021-01-21 cs.SY eess.SY
Compositional Construction of Abstractions for Infinite Networks of Switched Systems
我们为无限多个离散时间切换系统的互连构造了组合连续逼近。近似（称为抽象）本身是一个连续空间系统，它可以在控制器设计过程中用作原始（称为具体）系统的替代。在对抽象系统进行控制器综合后，将控制器细化为具体系统的更详细的控制器。为了量化近似的输出轨迹和原始系统的输出轨迹之间的不匹配，我们使用所谓的模拟函数的概念。具体地，具体网络中的每个子系统和抽象网络中的对应子系统通过局部仿真函数相关联。我们表明，如果本地仿真功能满足一定的小增益型条件开发的无限多个子系统的网络，然后聚合的个别仿真功能提供了一个整体的抽象和具体的网络之间的整体仿真功能。对于线性切换系统的网络，我们系统地构造局部抽象和局部仿真函数，其中所需的条件表示在线性矩阵不等式，可以有效地计算。我们说明了我们的方法的有效性，通过应用程序的开关（即时变）拓扑结构的电网频率控制。
2021-09-28 cs.SY eess.SY
Finite Abstractions of Network of Impulsive Systems Using Dissipativity Approach
本文提出一种基于耗散性条件的组合框架，利用交替模拟函数和增量无源特性，为非线性互联脉冲系统构建有限抽象，实现了复杂系统由子系统抽象组合表示。
2024-12-10 cs.SY eess.SY
Lazy Abstraction-Based Controller Synthesis
University of Toronto（多伦多大学）；MPI-SWS（马克斯·普朗克软件系统研究所）
本文提出了一种基于懒惰抽象的控制器综合方法，用于连续时间非线性动态系统，以满足可达-避免和安全规范。通过按需构建抽象，该方法在标准基准上比多层抽象方法快了四倍以上。
2019-08-09 cs.SY eess.SY
Symmetry-based Abstraction Algorithm for Accelerating Symbolic Control Synthesis
提出一种基于对称性的符号控制合成算法，通过在网格抽象上叠加一层利用动力学对称性构建的精简抽象来指导动作探索顺序，避免冗余计算，加速等变连续时间动力系统的避障到达控制器合成。
2025-03-02 cs.SY eess.SY
Verification of Initial-State Opacity for Switched Systems: A Compositional Approach
信息流的安全性已经成为网络物理系统（CPS）的主要关注点。在这项工作中，我们专注于分析的信息流的安全属性，称为不透明性。不透明性的特点是在存在恶意外部入侵者的情况下，系统秘密的合理否认性。我们提出了一种方法来检查的概念不透明度，称为近似初始状态不透明度，离散时间切换系统的网络。我们的框架依赖于组合结构的有限抽象的网络切换系统和他们所谓的近似初始状态不透明度保持模拟功能（InitSOPSFs）。这些函数表征了具体网络及其有限抽象在满足近似初始状态不透明度方面的接近程度。我们表明，这样的InitSOPSFS可以通过假设一些小增益类型的条件和组成所谓的本地InitSOPSFS分别为每个子系统构建的组成。此外，假设切换系统具有一定的稳定性，我们还提供了一种技术来构建其有限抽象与相应的本地InitSOPSF。最后，我们通过一个例子来说明我们的结果的有效性。
2020-06-30 cs.SY eess.SY
NNSynth: Neural Network Guided Abstraction-Based Controller Synthesis for Stochastic Systems
在本文中，我们介绍了NNSynth，一个新的框架，使用机器学习技术来指导设计基于抽象的控制器的正确性保证。NNSynth利用神经网络（NN）来指导控制器空间的搜索。经过训练的神经网络被“投影”并用于构建系统的“局部”抽象。基于抽象的控制器，然后从这样的“本地”抽象合成。如果没有找到满足规范的控制器，则将找到的最佳控制器“提升”到神经网络进行额外的训练。我们的实验表明，这种神经网络引导的合成导致更多的$50\times$甚至$100\times$在高维系统的加速相比，国家的最先进的。
2022-04-07 cs.SY eess.SY
Data-Driven Abstraction and Synthesis for Stochastic Systems with Unknown Dynamics
本文提出一种数据驱动方法，仅利用带噪声观测数据和Lipschitz常数上界构建区间MDP抽象，从而以预定义置信度综合满足概率时序性质的控制策略。
2025-09-02 cs.SY eess.SY
Flexible Computational Pipelines for Robust Abstraction-Based Control Synthesis
UC Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出了一种灵活且可扩展的框架，用于构建鲁棒的控制综合算法，并将其应用于传统的基于抽象的控制综合流程。该框架基于关系接口理论，提供了一种系统的方法，可以无缝结合不同技术或创建自定义过程来利用应用的内在结构特性。
2019-05-23 cs.SY eess.SY
Compositional Verification of Initial-State Opacity for Switched Systems
在这项工作中，我们提出了一个组合框架的离散时间切换系统的网络的近似初始状态不透明性的验证。所提出的方法是基于近似的初始状态不透明度保持模拟函数（InitSOPSFs）的概念，它描述了如何密切的具体网络和它们的有限抽象的近似初始状态不透明度的满意度。我们表明，这样的InitSOPSFS可以通过假设一些小增益类型的条件和组成所谓的本地InitSOPSFS分别为每个子系统构建的组成。此外，切换系统满足一定的稳定性，我们提供了一种方法来构建其有限的抽象与相应的本地InitSOPSF。最后通过一个例子说明了我们的结果的有效性。
2021-09-24 cs.SY eess.SY
Abstractions for Symbolic Controller Synthesis are Composable
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文通过将连续控制系统模型转换为有限自动机，利用离散工具合成复杂规范的控制器。通过连接小模块实现抽象关系的生成，提出组合操作并证明组合抽象模块满足反馈细化关系，从而降低高维系统的计算成本并模块化抽象流程。
2018-07-26 cs.SY eess.SY
Compositional synthesis of almost maximally permissible safety controllers
在这项工作中，我们提出了一种组合安全控制器的合成方法的离散时间线性控制系统的类。在这里，我们利用一个国家的最先进的结果，计算鲁棒控制不变集。针对复杂互联系统控制器综合的复杂性，提出了一种分散控制器综合方法。而不是把互联系统作为一个整体，我们首先分别为每个子系统设计本地安全控制器，以执行本地安全属性，多面体状态和输入约束以及有界干扰集。然后，通过组成局部控制器，保证互联系统满足总体安全性指标。最后，我们提供了一个车辆排队示例，通过计算子系统的不太复杂的局部安全控制器然后组合它们来解决总体安全控制器合成问题，来说明所提出方法的有效性。
2021-09-24 cs.SY eess.SY
Compositional Synthesis of Signal Temporal Logic Tasks via Assume-Guarantee Contracts
针对连续时间非线性互联系统的STL任务，本文提出基于假设-保证契约的组合控制框架，并设计去中心化闭式反馈控制器，通过数值示例验证有效性。
2022-03-18 cs.SY eess.SY
Compositional Synthesis via a Convex Parameterization of Assume-Guarantee Contracts
我们开发了一个假设保证框架，用于控制大规模线性（时变）系统从有限时间到达和避免或无限时间不变的规格。契约描述了各个子系统的状态和控制的容许集合。如果相互的假设和保证以我们形式化的方式匹配，则一组合同可以正确组合。我们提出了一个丰富的参数化的合同，这样的参数组成正确的是凸的。此外，我们设计了一个潜在的函数的参数，描述的距离合同从一个正确的组成。因此，验证和综合的聚合系统被打破，以解决小凸规划的各个子系统，其中的正确性最终实现了组合的方式。说明性的例子证明了我们的方法的可扩展性。
2020-02-16 cs.SY eess.SY
Symbolic Abstractions with Guarantees: A Data-Driven Divide-and-Conquer Strategy
本文提出一种数据驱动的分治策略，为未知数学模型的互联控制网络构建符号抽象，利用交替互模拟函数和组合条件，在室温网络上验证了其在形式化验证和控制器合成中的有效性。
2023-09-14 cs.SY eess.SY
Abstraction-Based Output-Feedback Control with State-Based Specifications
针对线性时间时序逻辑中基于状态谓词的规范，研究了非线性动力系统基于抽象的输出反馈控制器设计问题。在这种情况下，我们的贡献是双重的：（I）我们概括的反馈细化关系抽象为基础的输出反馈控制系统的任意谓词和观察地图，及（II）我们引入了一个新的算法的抽象输出反馈控制器的合成w.r.t.基于不可观测状态的谓词的LTL规范。我们的抽象为基础的输出反馈控制器综合算法包括两个步骤。首先，我们使用现有的技术计算一个有限的原始系统的状态抽象。这个过程通常会导致一个抽象的系统，不确定的谓词和观察图，不一定相互关联。其次，我们介绍了一种算法来计算这样的抽象系统的输出反馈控制器。我们的算法的灵感来自部分观测下的反应合成，并利用有界合成。
2021-04-22 cs.SY eess.SY
Compositional shield synthesis for safe reinforcement learning in partial observability
针对部分可观测环境下整体式屏蔽合成计算成本高的问题，提出分部分建模安全要求的组合式屏蔽合成方法，使RL智能体在更大规模环境中保持安全并提升奖励收敛与训练效率。
2025-09-15 cs.SY eess.SY
Robustly Complete Finite-State Abstractions for Control Synthesis of Stochastic Systems
基于抽象的非线性系统控制综合的关键步骤是获得原系统的有限状态抽象。抽象的复杂性通常是决定算法效率的主要因素。对于由非线性随机差分方程建模的离散时间非线性随机系统的控制综合，最近的文献已经证明了抽象在保持ω-正则线性时间性质的鲁棒概率满足方面的可靠性。然而，不必要的过渡存在的抽象，这是很难量化的，在随机设置的基于抽象的控制综合的完整性仍然是一个开放的理论问题。在本文中，我们解决这个基本问题的概率测度的度量化空间的拓扑视图，并提出建设性的有限状态抽象的概率线性时间规范的控制合成。这样的抽象既合理又近似完整。也就是说，给定一个具体的离散时间随机系统和该系统的任意小的L1-扰动，存在一族有限状态控制的马尔可夫链，它们既抽象了具体系统，又被微扰动系统抽象。换句话说，给定一个任意小的规定精度，一个抽象总是存在的，以决定是否存在一个控制策略的具体系统，以满足概率规格。
2023-03-08 cs.SY eess.SY math.PR
Abstractions and sensor design in partial-information, reactive controller synthesis
University of Delaware（特拉华大学）；Max Planck Institute for Software Systems（马克斯·普朗克软件研究所）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文提出了一种抽象方法，用于处理部分观察系统的反应控制器合成，通过识别必要的传感模态来解决感知限制问题，并通过插值技术改进模型和传感器设计。
2014-05-18 cs.SY eess.SY
Nonuniform abstractions, refinement and controller synthesis with novel BDD encodings
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出了一种基于非均匀状态空间划分的抽象细化算法，用于合成满足线性时序逻辑片段规范的控制器，通过新BDD编码提升效率，并展示基准结果验证有效性。
2018-04-12 cs.SY eess.SY
Compositional Controller Synthesis for Interconnected Stochastic Systems with Markovian Switching
在这项工作中，我们提出了一个组合方案的安全控制器的合成互联离散时间随机系统的马尔可夫开关信号。我们提出的方法是基于一个概念，所谓的控制存储证书计算的各个子系统，通过利用它，可以合成状态反馈控制器的互联系统，以执行安全规范在有限的时间范围内。为此，我们采用平方和（SOS）优化方法来搜索多个存储证书的每个开关子系统，同时合成其相应的安全控制器。然后，我们利用耗散性理论的组合构造屏障证书的互联系统的基础上存储证书的各个子系统。所提出的耗散型组合条件可以利用互连拓扑的结构，并独立于子系统的数量或增益来实现。我们最终采用构造的屏障证书和量化的概率上界，互联系统在有限的时间范围内达到某些不安全的区域。我们将我们的研究结果应用于200个房间的室温网络，同时接受多个存储证书。我们合成的安全控制器，以保持每个房间的温度在一个舒适区的有界的时间范围。
2022-08-06 cs.SY eess.SY
Compositional Synthesis of Decentralized Robust Set-Invariance Controllers for Large-scale Linear Systems
在具有硬约束的大规模系统中，确保约束满足在许多安全关键系统中是至关重要的。面临的挑战是设计控制器，有效地合成离线，易于实现在线，并提供正式的正确性保证。在本文中，我们提供了一种方法来计算正确的结构控制器的网络耦合线性系统与附加有界干扰，使i）的控制器的设计是完全组合-我们使用基于优化的方法，迭代计算子系统级的假设保证合同的形式鲁棒控制不变集;以及ii）控制器是分散的，因此在线实现仅需要本地状态信息。我们提出了说明性的例子，包括一个案例研究与1000个维度的系统。
2019-09-17 cs.SY eess.SY
Data-Driven Abstraction-Based Control Synthesis
本文研究动态未知的连续空间系统的控制器形式化综合，以满足线性时序逻辑公式的要求。基于形式抽象的综合方案依赖于系统的精确数学模型来构建有限抽象模型，然后将其用于设计控制器。基于抽象的计划是不适用的动态系统是未知的。我们提出了一个数据驱动的方法，计算使用有限数量的轨迹系统的增长界限。结合在一起的采样轨迹的增长，然后用于构建的抽象和合成控制器。我们的方法将增长边界的计算作为一个鲁棒的凸优化程序（RCP）。由于未知的动态出现在优化，我们制定了一个场景凸规划（SCP）对应的RCP使用有限数量的采样轨迹。我们建立了一个样本复杂度的结果，给出了一个下界的采样轨迹的数量，以保证增长界计算的SCP与给定的信心的正确性。我们还提供了一个样本的复杂性结果的满意度的规格上的系统在闭环控制器的设计为一个给定的信心。我们的研究结果是建立在估计系统的Lipschitz常数上的界，并提供有限和无限时域规格的满意保证。我们表明，我们的数据驱动的方法可以很容易地用作一个无模型的抽象细化方案，通过修改制定的增长界限，并提供类似的样本复杂性的结果。我们的方法的性能显示在三个案例研究。
2022-06-16 cs.SY eess.SY
Abstraction-based Synthesis for Stochastic Systems with Omega-Regular Objectives
本文研究了离散时间连续状态随机系统的控制器综合问题。我们提出了一个综合算法，用于最小化或最大化具有有限个模式的离散时间随机系统满足Ω正则性质的概率。我们的方法使用有限状态抽象的基本动力学的形式的有界参数马尔可夫决策过程（BMDP）所产生的有限分区的系统的域。这种抽象允许每个动作的状态之间的一系列转换概率。我们的方法分析产品之间的抽象和确定性拉宾自动机编码的规格。合成被分解为一个定性问题，其中创建了产品的最大永久获胜组件，以及一个定量问题，这需要最大限度地提高达到该组件的概率。我们提出了一个度量控制器的质量相对于抽象的状态，并设计了一个域分区细化技术，以达到质量目标。接下来，我们提出了一种方法计算控制器的随机系统的连续输入集。该系统被假定为仿射输入和干扰，我们推导出一种技术，用于解决定性和定量的问题，这种系统的抽象称为受控区间值马尔可夫链。这种抽象的最大的永久组件被发现通过划分的输入空间，以产生一个BMDP占所有可能的状态之间的定性转换。最大化到达该组件的概率被转换为优化问题。质量的合成控制器和细化方案描述了这个框架。
2020-09-21 cs.SY eess.SY
Robust Abstractions for Control Synthesis: Robustness Equals Realizability for Linear-Time Properties
University of Waterloo（滑铁卢大学）
本文提出用于合成可证明正确且鲁棒控制器的鲁棒抽象方法，证明其在保持线性时间属性鲁棒满足方面的正确性，并为非线性离散时间控制系统提供具体鲁棒抽象方法，展示了在无稳定性假设下构造鲁棒抽象的计算过程。
2018-03-04 cs.SY eess.SY
Compositional Synthesis of Control Barrier Certificates for Networks of Stochastic Systems against $ω$-Regular Specifications
本文研究了一种构造关联离散随机系统控制屏障证书的组合方案。主要目标是综合开关控制策略对$ω$ -定期的属性，可以通过接受语言的确定性Streett自动机（DSA），以及提供概率保证满足这些规格。建议的框架利用互连拓扑结构和所谓的子系统的\emph{control sub-barrier certificates}的概念，这是用来构成构造控制屏障证书的互连系统施加一些耗散型组合性条件。我们提出了一个系统的方法来分解高层次的$ω$ -定期规格到更简单的任务，利用自动机对应的规格。此外，我们制定了一个交替方向的乘法器（ADMM）优化问题，以获得合适的控制子屏障证书的子系统，同时满足组合条件。对于多项式动态系统，我们提供了一个平方和（SOS）优化问题的计算控制子屏障证书和局部控制策略的子系统。最后，我们证明了我们提出的方法的有效性，将它们应用到一个物理案例研究。
2022-07-05 cs.SY eess.SY
Decentralized and Compositional Interconnection Topology Synthesis for Linear Networked Systems
本文针对线性网络化系统，提出首个分布式组合式最优互连拓扑综合方法，通过求解子系统级线性矩阵不等式实现系统镇定/耗散化，可高效扩展，适用于多类场景并通过案例验证了有效性。
2023-05-04 cs.SY eess.SY
Data-Driven Yet Formal Policy Synthesis for Stochastic Nonlinear Dynamical Systems
本文针对动力学未知的非线性随机系统，提出一种基于数据驱动的区间MDP抽象方法，可在概率近似正确保证下实现可靠的控制策略综合。
2025-08-25 cs.SY eess.SY
Compositional Synthesis for Linear Systems via Convex Optimization of Assume-Guarantee Contracts
对于状态、控制和扰动具有多面体约束的大规模线性系统，我们采用分而治之的方法来设计控制器。这样的系统是由具有耦合动力学的小的子系统组成的。我们把耦合作为额外的干扰，并使用假设保证（AG）合同来表征这些干扰集。对于每个子系统，我们设计和实现一个强大的控制器本地，受到自己的约束和合同。本文的主要贡献是通过一种新的参数化和相应的潜在功能，其特征在于距离的正确组成的控制器和合同，其中所有的合同举行的合同的方法来获得的合同。我们证明了势函数在合同参数下是凸的。这使得子系统能够以分布式方式利用来自其局部合成优化问题的对偶的梯度信息来协商合同，从而促进可扩展到大型系统的成分控制合成。我们提出的数值例子，包括一个系统的可扩展性研究与成千上万的维度，并应用我们的方法的分布式模型预测控制（MPC）问题的电力系统的案例研究。
2022-08-02 cs.SY eess.SY
An Iterative Abstraction Algorithm for Reactive Correct-by-Construction Controller Synthesis
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出一种新的抽象算法，通过生成下界和上界有限转移系统来改进控制器综合方法，并通过数值示例展示其效率。
2015-09-14 cs.SY eess.SY
Robust Stutter Bisimulation for Abstraction and Controller Synthesis with Disturbance: Proofs
本文提出了一种方法来综合控制器的信息物理系统，使受控系统满足规格作为线性时序逻辑公式。重点是系统的干扰，未来的状态无法准确预测，由于环境中的不确定性。解决这个问题的方法是首先构造原系统的有限状态抽象，然后为抽象系统合成控制器。对于这种方法，鲁棒口吃互模拟关系的介绍，它保持存在的控制器的任何给定的线性时序逻辑公式。如果在某些控制器的控制下可以保证达到或避免相同的目标集，则状态通过鲁棒口吃互模拟关系相关，从而确保干扰对在相关状态中开始的路径具有类似的影响。本文提出了一种构造鲁棒口吃互模拟商的算法来解决这一抽象问题，并通过显式构造证明了存在一个对原系统执行线性时序逻辑公式的控制器当且仅当该商系统存在一个相应的控制器.最后，以机器人导航为例，说明了算法的结果和控制器的构造。
2022-05-27 cs.SY eess.SY
Privacy Preserving Controller Synthesis via Belief Abstraction
University of Notre Dame（圣母大学）
本文基于系统状态信念提出隐私保护新概念，通过混合单调信念空间抽象，提出两种控制器合成方法以保障隐私。
2018-03-05 cs.CR cs.SY eess.SY
MDP Abstractions from Data: Large-Scale Stochastic Networks
本文提出一种组合式数据驱动技术，利用随机存储函数和耗散性条件，为未知大规模随机网络构建有限MDP，并量化网络与其MDP轨迹间的概率距离。
2023-09-14 cs.SY eess.SY
Efficiency through Uncertainty: Scalable Formal Synthesis for Stochastic Hybrid Systems
本文提出一种针对离散时间随机混合系统的高效抽象方法，通过构建IMDP并计算精确抽象误差嵌入合成步骤，显著降低了误差、提升了速度与可扩展性，支持验证超过10个连续变量的模型。
2019-01-06 cs.SY eess.SY
Compositional Synthesis of Symbolic Models for Networks of Switched Systems
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑大学）
本文提出了一种组合方法，用于构建切换系统网络的符号模型。通过定义增强存储函数的概念，建立了切换子系统与其符号模型之间的关系，并展示了在满足某种耗散性条件时，交替模拟函数如何作为符号模型网络与切换子系统之间的关系。此外，本文还提供了一种在某些假设下构建离散时间切换子系统符号模型的方法，并通过两个例子验证了结果的有效性。
2019-05-30 cs.SY eess.SY
Control Barrier Functions for Abstraction-Free Control Synthesis under Temporal Logic Constraints
时序逻辑已被广泛用于表示复杂的任务规格的信息物理系统（CPS）。在时序逻辑约束下综合CPS控制器的单向式方法之一是首先将CPS抽象为离散转换系统，然后应用形式化方法。然而，这种方法在计算上要求很高，并且由于维数灾难，其可扩展性受到影响。在本文中，我们提出了一个控制障碍函数（CBF）的方法，抽象自由控制综合下的线性时序逻辑（LTL）的约束。我们首先构造确定性拉宾自动机的规格和计算接受运行。然后，我们计算一个序列的LTL公式，其中每一个必须满足在特定的时间间隔，并证明，满足该序列的公式是足以满足LTL规格。最后，我们通过构造一个合适的CBF来计算满足每个公式的控制策略。我们提出了一个二次规划来计算控制器，并显示使用所提出的方法合成的控制器保证系统满足LTL规格，提供的二次规划是可行的，在每个时间步。数值算例研究表明，所提出的方法。
2020-07-28 cs.SY eess.SY
From Dissipativity Theory to Compositional Construction of Finite Markov Decision Processes
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）
本文提出一种组合方法，用于构建互联离散时间随机控制系统的有限马尔可夫决策过程，通过利用互联拓扑和描述子系统及其抽象联合耗散性性质的随机存储函数，实现误差量化和决策过程构造。
2017-12-21 cs.SY eess.SY
Sparsity-Sensitive Finite Abstraction
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）
本文提出一种改进算法，通过利用稀疏连接结构显著减少计算时间，用于连续空间模型到有限状态和输入动态模型的抽象，适用于更大规模系统。
2017-04-12 cs.SY eess.SY
Scalable control synthesis for stochastic systems via structural IMDP abstractions
本文提出基于正交解耦区间马尔可夫决策过程（odIMDPs）的抽象框架，通过利用转移概率的乘积形式实现组合式抽象，显著降低随机系统控制综合的内存复杂度和结果保守性，并在多个基准上验证了其优越性。
2025-03-07 cs.SY eess.SY
