Provable Reach-avoid Controllers Synthesis Based on Inner-approximating Controlled Reach-avoid Sets
针对未知环境中确定性系统的安全到达问题，提出基于支持向量机学习安全集、计算受控可达规避集内逼近并在线综合控制器的三步可证明方法，且在 Dubin 汽车系统上完成验证。
2023-04-23 cs.SY eess.SY
Guaranteed Reach-Avoid for Black-Box Systems through Narrow Gaps via Neural Network Reachability
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Georgia Tech Europe（佐治亚理工学院欧洲校区）
本文提出NeuralPARC方法，通过扩展PARC并利用ReLU神经网络建模黑盒系统轨迹，在考虑建模误差下计算可达集，保证系统在狭窄障碍间隙中安全到达目标，仿真与实际实验验证了其优于PARC的有效性。
2025-03-03 cs.RO cs.SY eess.SY
Goal-Reaching Trajectory Design Near Danger with Piecewise Affine Reach-avoid Computation
School of Mechanical Engineering at the Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院机械工程学院）
针对窄间隙近危险场景下传统可达性分析过于保守、难以到达目标的问题，本文提出PARC方法，通过紧密近似规划模型可达集并处理时变跟踪误差，实现可证明安全的高性能避障到达。
2024-05-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Reach-Avoid Problems via Sum-of-Squares Optimization and Dynamic Programming
Stanford University（斯坦福大学）
本文结合平方和优化与动态规划，提出一种保守解法，保证系统在可达与回避之间的切换，适用于多项式动力学和一般问题设置，并在计算效率上优于传统方法。
2018-07-30 cs.RO cs.SY eess.SY
Reach-Avoid-Stabilize Using Admissible Control Sets
Mechanical and Aerospace Engineering at UC San Diego（机械与航空航天工程系，UC圣地亚哥大学）
本文提出利用可接受控制集的方法，解决可达-回避-稳定问题，确保系统在连续目标和障碍物回避下安全稳定到达感兴趣点。
2025-05-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Multi-agent Reach-avoid MDP via Potential Games and Low-rank Policy Structure
Mitsubishi Electric Research Laboratories（三菱电机研究实验室）
本文通过局部反馈策略和低秩结构优化多智能体可达-回避MDP，降低通信和计算复杂度，保证收敛到纳什均衡。
2026-04-09 cs.GT cs.MA cs.RO
Converse Barrier Certificates for Set-Based Stochastic Reach-Avoid Verification
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所）；College of Computing and Data Science, Nanyang Technological University（南洋理工大学计算与数据科学学院）
本文针对紧致初始集合，将随机离散时间系统单个初始状态的反向障碍证书表征扩展至集合设定，解决了初始集合的随机可达规避验证问题。
2026-09-01 cs.SY eess.SY
Finite-time Safety and Reach-avoid Verification of Stochastic Discrete-time Systems
针对随机离散时间系统，本文提出新型类障碍充分条件以刻画有限时间安全性与到达规避概率的上下界，并通过两个示例验证其有效性。
2025-10-21 cs.SY eess.SY
Runtime Safety and Reach-avoid Prediction of Stochastic Systems via Observation-aware Barrier Functions
针对带在线观测的离散时间随机系统的运行时安全性与可达-避障概率预测问题，提出整合实时观测的框架，通过观测感知型障碍函数动态更新概率边界，兼具理论保证与实际有效性。
2025-11-12 cs.SY eess.SY
Sufficient and Necessary Smooth Barrier-like Conditions for Continuous-Time Stochastic Reach-Avoid Verification
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所）
本文针对连续时间随机系统，提出并证明了无限时域可达-避让验证的充分且必要的类屏障条件，并将多项式情形转化为可靠且完备的SOS规划求解。
2026-09-22 cs.SY eess.SY
Spatiotemporal Tubes for Temporal Reach-Avoid-Stay Tasks in Unknown Systems
Robert Bosch Centre for Cyber-Physical Systems IISc（罗伯特·博世中心 for 跨物理系统 IISc）
针对未知动力学MIMO系统的时间可达-避-留任务，提出基于采样的时空管（STT）方法，将STT要求转化为鲁棒优化程序并利用场景优化求解，生成保证安全性与可达性的解析控制器，经三个案例验证有效。
2025-09-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Probabilistic Reach-Avoid Reachability in Nondeterministic Systems with Time-VaryingTargets and Obstacles
研究了不确定系统的概率可达性问题。在已有研究的基础上，考虑目标集和障碍物的时变，推广了概率可达集的定义。提出了一种计算概率可达集的数值方法。首先通过后向递归和网格插值在状态空间中构造一个标量函数，然后将概率可达集表示为该标量函数的一个非零水平集.此外，基于构造的标量函数，可以设计最优控制策略。最后通过算例验证了该方法的有效性和准确性。
2021-08-07 cs.SY eess.SY
Time-Varying Reach-Avoid Control Certificates for Stochastic Systems
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出了一种针对离散时间连续空间随机系统的可达-避免证书框架，结合时间变化和不变证书，利用SOS优化进行控制器合成，实现目标集可达性和危险区域回避的概率最大化。
2026-03-26 cs.SY eess.SY math.FA
Multi-Agent Reach-Avoid Games: Two Attackers Versus One Defender and Mixed Integer Programming
本文提出结合HJ可达性与混合整数规划的方法，先求解2攻击者对1防御者的到达-规避博弈最优获胜集合，再通过防御者分配最大化捕获攻击者数量，推广了多智能体博弈求解。
2023-09-22 cs.SY eess.SY
Underapproximation of Reach-Avoid Sets for Discrete-Time Stochastic Systems via Lagrangian Methods
University of New Mexico（新墨西哥大学）
本文通过统一两种拉格朗日方法，提出计算离散时间非线性系统有限时间 horizon 随机可达-避集的下界估计方法，该方法具有更高的计算效率和可扩展性。
2017-04-11 cs.SY eess.SY math.OC
Learning Control Policies for Stochastic Systems with Reach-avoid Guarantees
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所（ISTA））；Massachusetts Institute of Technology (MIT)（麻省理工学院（MIT））
研究了离散非线性随机动力系统的学习控制问题。这项工作提出了第一种方法，提供正式的达到避免保证，结合和推广的稳定性和安全性保证，在无限的时间范围内的一个可容忍的概率阈值$p\in[0,1]$。我们的方法利用了机器学习文献的进步，它将正式证书表示为神经网络。特别是，我们学习了一个证书的形式达到避免上鞅（RASM），一个新的概念，我们在这项工作中介绍。我们的RASM提供可达性和避免保证施加约束，可以被看作是一个随机扩展的确定性系统的水平集的李雅普诺夫函数。我们的方法解决了几个重要的问题-它可以用于从头开始学习控制策略，验证固定控制策略的达到避免规范，或者如果不满足达到避免规范，则微调预训练的策略。我们验证了我们的方法在$3$随机非线性强化学习任务。
2022-11-29 cs.AI cs.LG cs.SY
Reach-Avoid-Stay-Collision-Avoidance Negotiation Framework for Multi-Agent Systems via Spatiotemporal Tubes
针对未知动力学与有界扰动下的多智能体规定时间 RAS 任务，提出基于时空管的分布式协商避碰框架，并用机器人和无人机导航仿真验证其有效性。
2025-03-13 cs.SY eess.SY
Winning a Won Game: Strict Reach-Avoid-Stay Control Barrier Functions for High-Dimensional Black-Box Systems
Princeton University（普林斯顿大学）；Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学）
针对高维黑盒系统，提出结合驻留与可达-避免价值的严格可达-避免-驻留Q控制屏障函数安全过滤器，在无需模型下保证安全到达并驻留，经四足跳跃和F1TENTH实验验证。
2026-09-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Smooth Spatiotemporal Tube Synthesis for Prescribed-Time Reach-Avoid-Stay Control
Robert Bosch Centre for Cyber-Physical Systems IISc（罗伯特·博世网络化物理系统中心IISc）
本研究提出一种自适应框架，通过构建光滑时空管消除对规避函数的需求，实现连续避障并引导系统在预设时间内到达目标，同时推导出闭式控制律确保轨迹满足RAS任务，显著降低了控制努力。
2025-10-13 cs.RO cs.SY eess.SY
Reach-Avoid Model Predictive Control with Guaranteed Recursive Feasibility via Input Constrained Backstepping
Aalto University, Finland（阿尔托大学）
本文提出了一种新的采样数据模型预测控制框架，用于连续控制-仿射非线性系统，通过输入输出约束传播实现严格达-避和递归可行性保证。
2026-04-03 cs.SY eess.SY math.OC
Control Synthesis for Multiple Reach-Avoid Tasks via Hamilton-Jacobi Reachability Analysis
研究存在干扰的时变非线性系统下的多重 reach-avoid 任务控制综合问题，通过求解 Hamilton-Jacobi 变分不等式定义级联值函数，证明其超水平集为任务可行集，并基于值函数非负性综合控制律，同时可扩展至线性时序逻辑任务。
2025-09-13 cs.SY eess.SY
Comparative Analysis of Barrier-like Function Methods for Reach-Avoid Verification in Stochastic Discrete-Time Systems
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；East China Normal University（华东师范大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Singapore Management University（新加坡管理大学）
本文比较了随机离散时间系统中多种屏障状函数方法，分析了它们的理论性质和计算可行性，并通过实验评估了实际性能。
2025-12-05 cs.SY eess.SY
Model Predictive Control with Reach-avoid Analysis
本文提出一种基于可达-规避分析的模型预测控制方法，通过连续可达-规避集替代离散状态，避免混合整数优化，实现高效的最优控制器综合。
2023-06-21 cs.SY eess.SY math.OC
Fast, Smooth, and Safe: Implicit Control Barrier Functions through Reach-Avoid Differential Dynamic Programming
Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出一种在滚动时域框架下通过 HJ 到达-规避微分动态规划在线构建隐式控制障碍函数的方案，实现具有无限时间安全保证的平滑安全滤波，避免了传统手工 CBF 的保守性。
2023-07-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Solving Reach- and Stabilize-Avoid Problems Using Discounted Reachability
Mechanical and Aerospace Engineering at UC San Diego（加州大学圣迭戈分校机械与航空航天工程系）
本文针对一般非线性连续时间系统中的无限时间可达-避（RA）和稳定-避（SA）零和博弈问题，提出了一种新的Lipschitz连续RA价值函数，该函数的零子水平集精确刻画了RA集，并通过构造Bellman备份算子的合同性以及证明RA价值函数是Hamilton-Jacobi变分不等式的唯一粘性解，从而解决了RA问题。同时，通过结合最近提出的鲁棒控制Lyapunov-价值函数，开发了两步框架来解决SA问题，确保目标可达性和长期稳定性。最后，通过3D Dubins车系统数值验证了所提方法的有效性。
2026-05-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Approximately Optimal Controllers for Quantitative Two-Phase Reach-Avoid Problems on Nonlinear Systems
本文研究非线性控制系统的定量两阶段到达-避免问题。这类最优控制问题要求被控对象的状态连续访问两个（而不是一个）目标集，同时最小化指定的成本函数。正如我们所示，天真的方法，细分为两个明显的经典达到避免任务的问题，通常不会导致一个最优解。与此相反，我们证明了最优控制器是通过连续求解两个特殊的定量达到避免问题。此外，我们提出了一个全自动化的方法，基于符号最优控制实际综合所考虑的问题类近似最优控制器的采样数据非线性植物。包裹递送和飞机路由任务的实验结果证实了我们的方法的实用性。
2020-06-06 cs.SY eess.SY math.OC
Reach-avoid Analysis for Sampled-data Systems with Measurement Uncertainties
针对带状态测量不确定性的采样数据系统的可达-避障问题，提出基于指数控制引导屏障函数的充分条件，确保连续时间反馈控制器的采样实现能安全引导系统到达目标集，并用数值示例验证了有效性。
2023-10-08 cs.SY eess.SY
Refined Barrier Conditions for Finite-Time Safety and Reach-Avoid Guarantees in Stochastic Systems
KLSS, ISCAS（中国科学院自动化研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；College of Computing and Data Science, Nanyang Technological University（南洋理工大学计算与数据科学学院）；Software Engineering Institute, East China Normal University（华东师范大学软件学院）
本文提出更灵活的屏障条件，用于在离散时间系统中提供有限时间安全概率上限和连续时间系统中可达-避免概率下限，扩展了可验证系统的范围并促进了高级优化技术的应用。
2026-05-11 cs.SY eess.SY
Approximation-Free Control Barrier Functions for Prescribed-Time Reach-Avoid of Unknown Systems
Indian Institute of Science (IISc)（印度科学研究所（IISc））
本文提出无需在线模型学习或不确定性估计的控制屏障函数方法，通过虚拟系统生成安全参考，实现未知系统在动态障碍物环境中的预定时间到达-避免控制。
2026-05-07 cs.RO cs.SY eess.SY
Sufficient and Necessary Barrier-like Conditions for Safety and Reach-avoid Verification of Stochastic Discrete-time Systems
Key Laboratory of System Software (Chinese Academy of Sciences) and State Key Laboratory of Computer Science, Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所，系统软件重点实验室，计算机科学与技术国家重点实验室）
本文提出随机离散时间系统安全性和可达-回避验证的必要和充分屏障条件，通过放松贝尔曼方程建立必要性和充分性，解决无限时间 horizon 的安全性和可达-回避验证问题。
2026-01-05 cs.SY eess.SY
Backstepping Reach-avoid Controller Synthesis for Multi-input Multi-output Systems with Mixed Relative Degrees
针对多输入多输出系统，本文结合反馈线性化与反步法提出可达-避障形式化证书构造框架及控制器综合方法，确保输出在安全约束下最终到达目标集，并通过仿真验证有效性。
2025-05-06 cs.SY eess.SY
Reach-avoid Controllers Synthesis for Safety Critical Systems
本文基于控制引导-障碍函数的概念，给出了由常微分方程建模的确定性系统和由随机微分方程建模的随机系统的避达控制器的综合充分条件。我们首先考虑确定性系统。给定一个开放的安全集，一个目标集和一个标称控制器，我们试图合成一个到达-避免控制器，它以最小的方式修改标称控制器，执行到达-避免目标，即，系统最终将进入目标集，同时在第一个目标命中时间之前停留在安全集内。提出了三种控制导引障碍函数，构造了三个相应的可综合避达控制器的条件，这些条件逐渐变弱，从而便于最优控制器的设计。第一个和第二个被称为指数和渐近控制制导障碍函数，它保证从安全集开始的每个轨迹将分别以指数速率和渐近方式进入目标集。然而，这两个控制导引障碍函数都有一个共同的条件，即在系统进入目标集之前，强制其每个正子水平集不变性，这个条件是严格的，从而限制了容许控制器的空间。因此，进一步发展了一种松弛控制导引-障碍函数，使得在系统进入目标集之前，只有安全集集是不变性的，从而扩展了容许控制输入的空间。然后，我们将确定性系统的方法扩展到随机系统，在概率环境下合成到达-避免控制器。最后，几个数值例子证明了所提出的方法的性能。
2023-02-28 cs.SY eess.SY
Upper bounds for the reach-avoid probability via robust optimization
Automatic Control Laboratory, Department of Information Technology；Electrical Engineering, ETH Z\"urich, Z\"urich 8092, Switzerland
本文通过可解的凸优化问题构建达-避概率的上界，利用高斯径向基函数的线性组合和结构假设，提出递归半正定规划方法，为大状态-输入空间维度问题提供更优的控制策略。
2015-06-10 cs.SY eess.SY math.OC
Temporal Reach-Avoid-Stay Control for Differential Drive Systems via Spatiotemporal Tubes
本文提出一种计算轻量且鲁棒的控制框架，用于具有动态不确定性和外部干扰的差分驱动移动机器人，确保满足时序到达-避开-停留（T-RAS）规范。通过时空管定义动态安全走廊，引导机器人从起始区域到目标区域，避开障碍物。
2026-04-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Physics-informed Reinforcement Learning for Stochastic Reach-Avoid Analysis
本文提出物理信息强化学习（PIRL）框架，结合PINNs与RL优势，开发调度式PIRL算法，缓解传统PINN失效模式，通过两案例研究验证其用于随机可达-规避分析的有效性。
2026-08-19 cs.SY eess.SY
Maximizing Reach-Avoid Probabilities for Linear Stochastic Systems via Control Architectures
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；MIT（麻省理工学院）
本文提出一种结合马尔可夫决策过程和模型预测控制器的控制架构，用于最大化线性随机系统的可达-避免概率，通过在线更新参考信号实现高效鲁棒控制。
2026-01-22 cs.SY eess.SY math.OC
Reach-avoid games for players with damped double integrator dynamics
Tsinghua University（清华大学）
本文提出了一种基于阻尼双积分动力学的达-避游戏模型，通过微分博弈和几何分析推导出最优策略，并引入了攻击者主导区域的概念以指导策略选择。
2026-02-19 cs.SY eess.SY
Funnel-based Control for Reach-Avoid-Stay Specifications
本文针对控制仿射非线性系统提出一种基于漏斗控制的方法，通过引入规避函数和自适应漏斗框架构建闭式控制器，确保系统轨迹满足到达-避免-停留规范，并通过仿真验证了其有效性。
2023-08-30 cs.SY eess.SY math.OC
Reach-Avoid Analysis for Polynomial Stochastic Differential Equations
本文提出一种基于半定规划和平方和分解的方法，求解多项式随机微分方程系统的到达-避免问题，将非凸问题转化为凸优化，并提供概率保证与实例验证。
2023-12-21 cs.SY eess.SY math.OC
Optimal Role Assignment for Multiplayer Reach-Avoid Differential Games in 3D Space
本文研究三维空间多玩家可达-规避微分博弈，给出1对1场景最优解，通过基于线性规划的最优角色分配算法推广至n≥m场景，解析刻画获胜区域与博弈值并提供状态反馈最优策略。
2024-02-05 cs.SY eess.SY math.OC
Sufficient and Necessary Continuous Barrier-like Conditions for Discrete-Time Stochastic Reach-Avoid Verification
ios.ac.cn（中国科学院自动化研究所）
本文针对离散时间随机系统无限时域可达-避让验证，提出基于连续障碍函数的充要条件，并利用SOS和SDP方法实现多项式障碍函数的综合，同时保证方法的可靠性与完备性。
2026-09-22 cs.SY eess.SY
Correct-by-construction reach-avoid control of partially observable linear stochastic systems
University of Kentucky（肯塔基大学）
针对部分可观测线性随机系统，提出基于高斯信念MDP抽象的构造正确性控制器综合方法，可细化为分段线性反馈控制器，确保以所需概率满足到达-避免目标，并能处理高维状态空间及复杂输入约束。
2023-09-12 cs.AI cs.RO cs.SE
Spatiotemporal Tubes for Probabilistic Temporal Reach-Avoid-Stay Task in Uncertain Dynamic Environment
Robert Bosch Centre for Cyber-Physical Systems IISc（罗伯特·博世智能物理系统中心IISc）
本文提出一种基于时空管的控制器，用于在不确定动态环境中实现概率时间到达-躲避-停留任务，提供正式的概率安全保证和高效实时执行。
2025-12-25 cs.RO cs.SY eess.SY
Control Barrier Functions for Prescribed-time Reach-Avoid-Stay Tasks using Spatiotemporal Tubes
Robert Bosch Centre for Cyber-Physical Systems（罗伯特·博世网络物理系统中心）；IISc（印度科学学院）；Mechanical Engineering Department IIT（印度理工学院机械工程系）
本文提出基于时空管道框架构造控制屏障函数，以解决指定时间到达-避障-停留任务中时空约束与安全保证的难题，并通过全向机器人和无人机案例验证其有效性。
2025-03-11 cs.RO cs.SY eess.SY
A Quantitative Approach to Reach-Avoid Reachability Analysis for Discrete-Time Nonlinear Control Systems
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）；American University of Beirut（贝鲁特美国大学）
本文提出一种计算Hamilton-Jacobi值函数声学上下界的方法，以保证可达-避免集的正确性，并通过案例验证其有效性。
2026-11-04 cs.FL cs.SC cs.SY
Controlled Reach-avoid Set Computation for Discrete-time Polynomial Systems via Convex Optimization
针对离散时间多项式系统的受控可达规避集计算难题，提出概率视角的凸优化框架，并借助ε-greedy式分布迭代获得更大集合。
2025-06-07 cs.SY eess.SY
Computation of forward stochastic reach sets: Application to stochastic, dynamic obstacle avoidance
University of New Mexico（新墨西哥大学）
本文提出一种高效计算非线性系统随机可达集及其概率测度的方法，用于解决移动机器人中的随机动态障碍回避问题，通过混合整数线性规划处理机会约束，实现概率碰撞避免。
2016-10-11 cs.SY eess.SY
Reach-Avoid Certificates for Contact-based Stochastic Hybrid Systems
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Tufts University（塔夫茨大学）
本研究针对基于接触的随机混合系统，提出无限时间范围的可达-避障接触证书方法，构建线性规划搜索证书，通过安全滤波器实现控制，在运球问题中大幅降低碰撞次数。
2026-10-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Solvability of Approximate Reach-Avoid Games
本文针对近似可达-规避博弈，通过归纳证明离散Hamilton-Jacobi-Bellman方程组各阶段性质，建立了博弈可解性定理及其适用条件，为信息物理系统控制器在线综合提供理论支撑。
2025-02-06 cs.LO cs.SY eess.SY
Infinite-Horizon Reach-Avoid Zero-Sum Games via Deep Reinforcement Learning
University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）
针对无限时域可达-规避零和博弈问题，提出带收缩贝尔曼备份的价值函数方法，结合保守Q学习缓解维数灾难，可可靠近似可达-规避集与最优控制策略，还可适配计算生存核与后向可达集。
2024-09-18 cs.AI cs.LG cs.SY
Steering with Contingencies: Combinatorial Stabilization and Reach-Avoid Filters
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出组合稳定性与可达-回避滤波器，用于在条件变化时安全转向并备选切换，通过优化滤波器实现有限时间内的稳定性和安全性。
2026-04-03 cs.SY eess.SY
Model Predictive Path Integral Methods with Reach-Avoid Tasks and Control Barrier Functions
Toyota Motor North America R & D（丰田北美研发中心）
本文扩展了CBFkit工具箱，结合基于可达-避障代价的规划器与MPPI控制器，利用控制屏障函数在不确定环境下提供正式安全保证，支持多种机器人应用。
2024-07-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Sampling-based Approximations with Quantitative Performance for the Probabilistic Reach-Avoid Problem over General Markov Processes
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；University of Oxford（牛津大学）
本文提出基于拟合值迭代算法的近似计算方案，用于解决一般马尔可夫过程的概率可达-避免问题，并提供可计算的误差界以保障安全应用。
2015-09-09 cs.LG cs.SY eess.SY
Neural Cooperative Reach-While-Avoid Certificates for Interconnected Systems
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Amherst College（阿默斯特学院）
本文提出神经协作可达-回避证书用于互联系统，结合动态局部向量控制李雅普诺夫和障碍函数，通过状态依赖邻域结构捕捉协作动态，并开发可扩展的训练和验证框架以确保安全性和稳定性。
2026-01-28 cs.SY eess.SY
