DIRECT: A Differential Dynamic Programming Based Framework for Trajectory Generation
Nanyang Technological University(南洋理工大学)
本文介绍了一种基于微分动态规划(DDP)的微分平坦系统多项式轨迹生成框架。特别是,而不是使用一个线性方程与增加的大小来表示多个多项式段在文献中,我们采取了一个新的视角,从状态空间表示,使线性方程减少到一个有限的水平控制系统与一个固定的状态维数和连续多项式所需的连续性条件自动满足。因此,有约束的轨迹生成问题(无论有无时间优化)可以转换为离散时间有限时域最优控制问题与不等式约束,这可以接近最近开发的邻居点DDP(IPDDP)算法。此外,对于无约束的轨迹生成与预分配的时间,我们证明了这个问题确实是一个线性二次跟踪(LQT)问题(DDP算法与精确的一次迭代)。所有这些算法都具有线性复杂度,相对于段的数量。与最先进的方法和物理实验的数值比较,以验证和验证我们的理论研究结果的有效性。实现代码将是开源的,
2021-09-10 cs.RO math.OC
Real-time Mixed-Integer Quadratic Programming for Driving Behavior-Inspired Speed Bump Optimal Trajectory Planning
School of Engineering and Technology(工程科技学院);Vinh University(文大学)
本文提出一种基于MIQP和MPC的自动驾驶轨迹规划方法,通过模拟人类驾驶行为的减速带约束,在保证实时性的同时优化减速带通过和乘客舒适度,并在城市模拟中验证了有效性。
2025-10-10 cs.RO
Differential Dynamic Programming for Multi-Phase Rigid Contact Dynamics
CNRS, LAAS(法国国家科学研究中心,拉拉斯研究所);INRIA, France(法国国家信息与自动化研究所,法国)
本文提出使用微分动态规划算法来优化多相刚体接触动力学的全身轨迹,通过利用角动量提高运动效率,减少力和冲击,并在无外力情况下实现姿态控制。
2019-04-10 cs.AI cs.RO cs.SY
Robust Trajectory Tracking of Autonomous Surface Vehicle via Lie Algebraic Online MPC
University of Michigan(密歇根大学);University of California, Berkley(加州大学伯克利分校)
本文提出一种结合李群和在线学习的MPC控制器,用于提升自主水面车辆在未知扰动下的轨迹跟踪鲁棒性和精度。
2026-09-24 cs.RO
EMATO: Energy-Model-Aware Trajectory Optimization for Autonomous Driving
University of Delaware(特拉华大学);CAR Lab(CAR实验室)
针对自动驾驶轨迹规划不感知能量模型、缺乏能效证明的问题,提出EMATO在线非线性规划方法,结合交通轨迹与坡度预测优化Frenet多项式轨迹,经多类实验在轿车和卡车模型上验证了能效提升效果。
2024-12-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Optimal-Horizon Model-Predictive Control with Differential Dynamic Programming
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
我们提出了一种算法,基于微分动态规划框架,处理轨迹优化问题,其中的地平线是在线确定的,而不是固定的先验。该算法对线性、二次、时不变问题都具有精确的一步收敛性,对实时非线性模型预测控制也有足够快的收敛速度。我们显示推导的非线性算法在离散时间的情况下,并将此算法应用于各种非线性问题。最后,我们展示了最优时域模型预测控制方案与标准MPC控制器相比在平面机器人避障问题上的功效。
2021-11-17 cs.RO cs.SY eess.SY
Fast Trajectory Planning for Multiple Quadrotors using Relative Safe Flight Corridor
Seoul National University(首尔国立大学)
提出了一种在障碍物密集环境下多旋翼飞行器的轨迹规划方法。提出了一种相对安全飞行走廊(RSFC)模型来描述智能体之间的安全区域,并利用相对Bernstein多项式的凸包性质生成线性约束以避免碰撞.我们的方法采用了基于图的多智能体寻路算法来生成一个初始轨迹,这是用来构建一个安全的飞行走廊(SFC)和RSFC。我们表示的轨迹作为一个分段伯恩斯坦多项式和制定的轨迹规划问题转化为一个二次规划问题,使用线性约束SFC和RSFC。所提出的方法可以在一秒钟内计算出16个智能体的无碰撞轨迹,在一分钟内计算出64个智能体的无碰撞轨迹,并通过仿真和室内飞行试验进行了验证。
2019-09-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Signatures Meet Dynamic Programming: Generalizing Bellman Equations for Trajectory Following
University of Washington(华盛顿大学);NVIDIA(英伟达);University of Sydney(悉尼大学)
本研究建立最优控制价值函数与路径签名的关联,提出签名控制框架推广Bellman方程至轨迹空间,兼具自适应步长等优势,还设计了适用于未知扰动的路径跟踪模型预测控制方法,仿真验证有效。
2024-06-19 cs.LG cs.RO cs.SY
OCEAN: An Openspace Collision-free Trajectory Planner for Autonomous Parking Based on ADMM
Mach Drive, LLC(马赫驱动有限责任公司);Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学)
本研究提出基于ADMM的自主泊车开放空间无碰撞轨迹规划器OCEAN,通过热启动、凸对偶重构与并行求解提升效率鲁棒性,经仿真与实场测试验证性能优于现有基准。
2024-03-08 cs.RO
Improved Exploration for Safety-Embedded Differential Dynamic Programming Using Tolerant Barrier States
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
本研究提出容忍型离散障碍状态(T-DBaS)技术并结合差分动态规划(DDP)构建T-DBaS-DDP方法,放宽安全约束假设、提升探索能力,经仿真与硬件实验验证其性能优于现有方法。
2024-03-11 cs.RO cs.SY eess.SY
Efficient Online Trajectory Planning for Integrator Chain Dynamics using Polynomial Elimination
提供平滑的参考轨迹可以有效地提高跟踪控制应用的性能和精度,同时减少过冲和不必要的振动。轨迹规划计算通常可以通过使用诸如反馈线性化、微分平坦或控制器规范形式之类的方法将系统动态转换成解耦的积分器链来显著简化。我们提出了一个有效的方法来规划时间最优轨道的积分链受导数界约束。因此,代数预计算算法以一组多项式系统的形式制定时间最优性的必要条件,然后使用格罗布纳基进行符号多项式消除。一个快速的在线算法,然后通过计算分解的多项式系统的根规划的轨迹。这些根描述了输入信号的切换时刻,并且整个轨迹简单地遵循多重积分。该方法提出了一种系统的方法来计算时间最优轨迹精确地通过代数计算,而无需数值逼近迭代。它适用于不同的连续阶数,非对称导数界和非静止的初始和最终状态的各种轨迹类型。
2020-12-13 cs.RO cs.SY eess.SY
Slope Considered Online Nonlinear Trajectory Planning with Differential Energy Model for Autonomous Driving
University of Delaware(特拉华大学)
针对自动驾驶模型无关方法难以实现节能轨迹规划的问题,提出集成可微分能量模型的在线非线性规划轨迹优化框架,结合交通与坡度预测提升燃油效率,带来显著经济效益,填补相关研究空白。
2024-12-12 cs.RO
Convex Geometric Trajectory Tracking using Lie Algebraic MPC for Autonomous Marine Vehicles
University of Michigan(密歇根大学)
本文针对非线性水动力与扰动下海洋航行器轨迹跟踪问题,提出李群上的凸误差状态 MPC,以二次规划实现高效实时控制并显著降低计算时间。
2023-12-09 cs.RO
Collision-Free Trajectory Optimization in Cluttered Environments Using Sums-of-Squares Programming
The Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学);The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)(香港科技大学(广州));Hong Kong Baptist University(香港浸会大学);Great Bay University(湾区大学)
针对杂乱3D环境中的机器人导航,提出一种基于平方和规划与半定规划的轨迹优化方法,通过引入自由区域缩放因子构建无碰撞约束并推导梯度解析解,高效生成无碰撞轨迹。
2024-08-26 cs.RO
Multi-Objective Trajectory Planning with Dual-Encoder
Zhejiang Lab(之江实验室);Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学杭州高等研究院)
针对机械臂时间-加加速度最优轨迹规划延迟大的问题,提出一种两阶段方法,结合双编码器transformer模型生成初始轨迹并用序列二次规划细化,大幅缩短规划时间并降低目标函数值。
2024-03-26 cs.LG cs.RO
Hippo: High-performance Interior-Point and Projection-based Solver for Generic Constrained Trajectory Optimization
Tandon School of Engineering, New York University(纽约大学Tandon工程学院);Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence (MIRMI), Technical University of Munich (TUM)(慕尼黑机器人与智能机器研究所(MIRMI),慕尼黑技术大学)
Hippo是一种高效的求解器,通过内点法和投影方法处理约束轨迹优化问题,适用于复杂机器人任务。
2026-03-01 cs.RO
Pontryagin Differentiable Programming: An End-to-End Learning and Control Framework
Purdue University(普渡大学);Northwestern University(西北大学);Princeton University(普林斯顿大学)
本文提出了一种Pontryagin微分规划(PDP)方法,它建立了一个统一的框架来解决广泛的学习和控制任务。PDP区别于现有方法的两个新技术:首先,我们通过庞特里亚金的最大值原理进行区分,这允许获得轨迹相对于最优控制系统内的可调参数的解析导数,从而实现动态、策略或/和控制目标函数的端到端学习;第二,我们提出了一个辅助控制系统在向后通过的PDP框架,和这个辅助控制系统的输出是解析导数的原始系统的轨迹有关的参数,其可以使用标准控制工具迭代求解。我们研究了PDP的三种学习模式:逆强化学习、系统辨识和控制/规划。我们证明了PDP在不同的高维系统,包括多连杆机械臂,6自由度机动四旋翼,6自由度火箭动力着陆的每种学习模式的能力。
2021-01-12 cs.LG cs.RO cs.SY
A Framework for Collision-Tolerant Optimal Trajectory Planning of Autonomous Vehicles
碰撞容限轨迹规划是考虑碰撞,如果规划得当,可以为能够处理碰撞的机器人提供更有效的路径规划。一个混合整数规划(MIP)的优化配方演示了计算的实用性,包括计划的碰撞优化轨迹。提出了一种毁伤量化函数,并通过仿真研究了毁伤函数约束对弹道的影响。使用一个简单的例子,在此模式下实现的性能增加相比,无碰撞的最佳轨迹。
2016-11-23 cs.RO
Nonlinear Model Predictive Control via Sequential Convex Programming for Drone-to-Drone Docking
Indian Institute of Technology Hyderabad(印度理工学院海得拉巴分校)
本研究提出基于序列凸规划的非线性模型预测控制框架,用于无人机间对接,在高保真仿真中验证其可应对扰动与估计不确定性,实现可靠安全的对接。
2026-08-12 cs.RO
Amplify: A Lightweight Library for Reproducible Nonlinear Programming Problems in Robotics
本文提出Amplify,一个轻量级非线性规划库,通过将轨迹优化算法表示为优化模型中的约束,实现机器人相关优化问题的可复现性,并与其他库进行了基准比较。
2026-09-24 cs.RO
DDPEN: Trajectory Optimisation With Sub Goal Generation Model
Sberbank Robotics Laboratory(俄罗斯联邦储蓄银行机器人实验室);Skolkovo Institute of Science and Technology(斯科尔科沃科学技术研究院)
微分动态规划(DDP)是一种应用广泛且功能强大的轨迹优化技术,但由于其内部结构的原因,它并不能避免局部极小。在本文中,我们提出了微分动态规划与逃逸网络(DDPEN)-一种新的方法,以避免DDP局部极小值,利用一个额外的长期使用的优化标准指向的方向,机器人应该移动,以逃避局部极小值。为了产生上述方向,我们建议利用一个深度模型,该模型以成本图的形式将环境地图与所需的目标位置一起作为输入。该模型产生可能的未来方向,将导致目标,避免局部极小值,这是可能在实时的条件下运行。该模型在合成数据集上进行训练,并在Gazebo模拟器上对整个系统进行评估。在这项工作中,我们表明,我们所提出的方法可以避免局部极小值的轨迹优化算法,并成功地执行了278米长的各种凸和非凸障碍物的轨迹。
2023-01-18 cs.LG cs.RO
Accelerating Second-Order Differential Dynamic Programming for Rigid-Body Systems
University of Notre Dame(圣母大学)
本文提出了一种将二阶动力学灵敏度信息引入微分动态规划(DDP)轨迹优化算法的方法。DDP的方法开发的所有必要的衍生物计算具有相同的复杂性,在迭代线性二次调节器(iLQR)。与iLQR中使用的线性化模型相比,DDP更准确地表示局部动态,但由于动态的二阶导数是张量的且计算昂贵,因此不经常使用。这项工作展示了如何避免计算导数张量的需要,而是利用导数信息的反向模式累积来直接计算关键向量张量乘积。我们还展示了如何动态的结构可以用来进一步加速这些计算在刚体系统。多连杆机械手轨迹优化的基准测试表明,DDP的好处往往可以包括在不牺牲评估时间,可以在更少的迭代比iLQR。
2022-06-29 cs.RO
Trajectory Optimization of Chance-Constrained Nonlinear Stochastic Systems for Motion Planning Under Uncertainty
California Institute of Technology(加州理工学院);Jet Propulsion Laboratory(喷气推进实验室)
我们介绍gPC-SCP:基于广义多项式混沌序列凸规划计算连续时间机会约束随机非线性最优控制(SNOC)问题的次优解。该方法使机器人系统的运动规划的不确定性。gPC-SCP方法包括两个步骤。第一步是利用gPC展开和机会约束的分布鲁棒凸子集,推导出具有凸约束的\emph{deterministic}非线性最优控制(DNOC)的代理问题。第二步是使用序列凸规划来求解DNOC问题,以用于轨迹生成和控制。我们证明了在无约束的情况下,DNOC的最优值渐近收敛到SNOC的最优值,并且约束DNOC的任何可行解都是机会约束SNOC的可行解。我们还提出了预测-校正扩展(gPC-SCP $^\mathrm{PC}$)的实时运动轨迹生成随机不确定性的存在。在gPC-SCP $^\mathrm{PC}$方法中,我们首先使用gPC方法预测不确定性,然后优化运动计划以适应不确定性。我们经验性地证明了gPC-SCP和gPC-SCP $^\mathrm{PC}$方法对于以下两个测试用例的有效性:1)在致动和物理参数的不确定性下的碰撞检查和2)3DOF和6DOF机器人系统的随机障碍物模型的碰撞检查。在三自由度机器人航天器试验平台上验证了gPC-SCP方法的有效性。
2022-03-26 cs.AI cs.RO cs.SY
Receding Fixed-Horizon Optimization for Near-Time-Optimal Trajectory Planning and Control
College of Artificial Intelligence, Nankai University, Tianjin 300350, PR China(人工智能学院,南开大学,天津)
针对自动驾驶车辆时间最优轨迹规划的两大挑战,提出分层凸优化框架,分解问题为短固定时域规划循环,实验显示其成功率更高、计算时间更短,可实现可靠实时近时间最优轨迹规划。
2026-08-31 cs.RO math.OC
Synergizing Decision Making and Trajectory Planning Using Two-Stage Optimization for Autonomous Vehicles
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)(香港科技大学(广州));The Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学)
针对自动驾驶决策与轨迹规划协同问题,提出两阶段优化方法分解混合整数规划难题,通过分阶段决策与轨迹生成,在多车道场景及CARLA仿真中实现安全高效的动态驾驶适应。
2024-11-28 cs.RO math.OC
Constrained Differential Dynamic Programming: A primal-dual augmented Lagrangian approach
LAAS-CNRS(法国国家科学研究中心LAAS实验室);Inria(法国国家信息与自动化研究所);École normale supérieure(巴黎高等师范学院);CNRS(法国国家科学研究中心);PSL Research University(巴黎文理研究大学);ENPC(巴黎路桥学院)
轨迹优化是解决复杂机器人系统最优控制问题的有效途径。它依赖于两个关键部分:第一,转录成一个稀疏的非线性程序,第二,相应的求解器迭代计算其解决方案。一方面,微分动态规划(DDP)提供了一种有效的方法,将最优控制问题转化为有限维问题,同时最佳地利用时间引起的稀疏性。另一方面,增广拉格朗日方法使得有可能制定高效的算法与先进的约束满足策略。在本文中,我们建议将这两种方法结合成一个有效的最优控制算法接受等式和不等式约束。基于增广拉格朗日文献,我们首先推导出一个通用的原始-对偶增广拉格朗日策略的等式和不等式约束的非线性问题。然后,我们将其应用到动态规划的原则,以解决值贪婪的DDP,我们结合了一个专门的全球化战略,从而在牛顿算法解决约束轨迹优化问题的向后传递固有的优化问题。相反,以前的尝试制定一个增广拉格朗日版本的DDP,我们的方法表现出足够的收敛性能,没有任何切换策略。我们从经验上证明了它的兴趣与机器人文学的几个案例研究。
2022-10-28 cs.RO
Global Convergence of an SQP Method for Contact-Implicit Trajectory Optimization
meta
本文针对约束丰富的动态系统的接触隐式轨迹优化,证明了带自适应时间步长细化的线搜索SQP方法的全局收敛性,该方法可有限终止于力参数化平稳点。
2026-08-14 cs.RO math.OC
Efficient Trajectory Planning and Control for USV with Vessel Dynamics and Differential Flatness
Zhejiang University(浙江大学);Huzhou Institute of Zhejiang University(浙江大学湖州研究院)
无人水面舰艇广泛应用于海洋勘探和环境保护领域。为了保证无人艇能够顺利完成任务,轨迹规划和运动跟踪是两项最关键的技术。本文提出了一种基于最优化理论的无人艇轨迹生成与跟踪方法。具体地说,USV的动力学模型描述与微分平坦,使轨迹可以产生动态RRT* 的线性不变系统的表达形式下的最佳边界值的目标。为了减少样本数,提高效率,我们调整轨迹通过局部优化。在优化过程中考虑了动力学约束,使生成的轨迹符合欠驱动船体的运动学特性,便于跟踪。最后,在序列二次规划问题下加入模型预测控制进行运动跟踪。实验结果表明,规划的轨迹更符合无人艇的运动学特性,跟踪精度保持较高水平。
2022-09-07 cs.RO
Sub-Goal Trees -- a Framework for Goal-Based Reinforcement Learning
Technion(以色列理工学院);Osaro Inc.(奥萨罗公司)
在机器人和其他领域,许多人工智能问题都是基于目标的,本质上是寻求通向各种目标状态的轨迹。强化学习(RL)建立在Bellman的最优性方程上,自然地为单个目标进行优化,但可以通过用目标增强状态来实现多目标。相反,我们提出了一个新的RL框架,来自所有对最短路径(APSP)问题的动态规划方程,自然解决了多目标查询。我们表明,这种方法具有计算效益的标准和近似动态规划。有趣的是,我们的公式规定了一种用于计算轨迹的新协议:而不是预测下一个状态,因为它的前身,在标准RL中,目标条件的轨迹是通过首先预测开始和目标之间的中间状态,将轨迹划分为两个。然后,递归地预测每个子段上的中间点,直到获得完整的轨迹。我们称这种轨迹结构为子目标树。在此基础上,我们还扩展了策略梯度方法,递归预测子目标,从而产生新的基于目标的算法。最后,我们将我们的方法应用于神经运动规划,与标准RL相比,我们在障碍物之间导航7-DoF机器人手臂时表现出显着的改进。
2020-12-21 cs.AI cs.LG cs.RO
Trajectory planning with a dynamic obstacle clustering strategy using Mixed-Integer Linear Programming
在本文中,我们提出了一种技术,分配障碍物的集群用于碰撞避免通过混合编程。这种策略能够减少用于避免碰撞的二进制变量的数量,从而降低计算成本,这一直是实时应用混合规划公式的模型预测控制方法的障碍。此外,障碍物的集群和集群的大小的分配决定在同一优化问题,执行轨迹规划,从而产生最佳的集群选择。仿真结果说明了该建议的应用。
2020-09-16 cs.SY eess.SY
On Linear Time-Invariant Systems Analysis via A Single Trajectory: A Linear Programming Approach
在这篇文章中,提出了一种新的方法,可以提取一些分析结果的线性时不变系统(LTI)只考虑一个单一的轨迹系统。所提出的技术的优越性依赖于这样的事实,即它提供了一种自动和正式的方式来获得关于受控系统的有价值的信息,这是通过在有限的时间段内仅访问单个轨迹(即,假设系统动态是未知的)。首先,我们通过构造线性时不变系统的李雅普诺夫函数,刻画了仅给定一个轨迹数据集的线性时不变系统的稳定域。李雅普诺夫函数是通过制定和解决线性规划(LP)问题。然后,我们将同样的方法扩展到LTI系统的各种基本分析结果,例如导出输出能量的界限,导出输出峰值的界限,导出$\mathbf{L}_2$和RMS增益。为了说明所提出的数据驱动的范例的有效性,提供了学习的LTI系统度量和真实的LTI系统度量之间的比较分析。
2021-09-21 cs.SY eess.SY
Minimum-Time Trajectory Optimization With Data-Based Models: A Linear Programming Approach
针对动态系统时间最优规划与控制问题,提出融合非参数化数据模型与指数加权连续优化的线性规划方法,并通过航天器相对运动规划验证有效性。
2023-12-10 cs.SY eess.SY math.OC
Stochastic Differential Dynamic Programming for Trajectory Optimization under Partial Observability
Japan Aerospace Exploration Agency(日本宇宙航空研究开发机构)
提出一种随机微分动态规划算法,用于在部分可观测条件下联合优化标称控制序列和反馈增益,显式考虑协方差传播对标称轨迹的依赖,生成导航感知且鲁棒的轨迹。
2026-06-09 cs.SY eess.SY math.OC
Simple Trajectory Smoothing for UAV Reference Path Planning Based on Decoupling, Spatial Modeling and Linear Programming
Findklein GmbH(Findklein 有限公司)
本文提出了一种基于Dubins飞机动力学的UAV轨迹平滑方法,结合解耦、空间建模和线性规划,通过优化滚角控制实现飞行路径角和速度控制,扩展至特技飞行和三维地形拖车路径规划。
2026-05-08 cs.SY eess.SY
Solar-Sail Deep Space Trajectory Optimization Using Successive Convex Programming
本文提出基于序列凸规划的行星际太阳帆任务时间最优轨迹优化方法,通过变量替换和序列线性化等凸化技术转化非凸问题,并引入增广目标函数确保收敛,数值结果验证了算法的有效性与准确性。
2019-06-24 cs.CE cs.SY eess.SY
Mars Entry Trajectory Planning with Range Discretization and Successive Convexification
提出了一种基于距离离散化的序列凸规划方法来求解火星再入轨道规划问题。为了提高数值积分的精度,选择了入轨射程作为自变量,而不是时间或能量。通过引入扩张因子对性能指标的入口动态和积分区间进行归一化处理,将困难的自由末时规划问题转化为固定末时范围的优化问题.为了使控制与状态解耦,便于对倾斜角及其变化率的约束进行凸化,引入倾斜角变化率作为新的控制输入。通过不等式松弛,将非线性倾斜角变化率约束进一步松弛为线性约束。此外,非凸的最小时间性能指标是convexifilized作为一个状态变量的飞行时间。然后将火星轨道规划问题线性化,转化为凸规划问题。通过区间离散化和逐次凸化,将改进后的火星轨道规划问题转化为一系列凸优化子问题,并利用凸规划算法求解。采用虚拟控制和自适应信赖域技术,提高了算法的精度、鲁棒性和计算效率。数值模拟与比较研究,以证明所提出的算法的收敛性能和效率。
2022-01-24 cs.SY eess.SY
Scalable Online Flight Trajectory Optimization via Sequential Quadratic Programming for Urban Air Mobility in Ultra Low-Altitude Airspace
Nanyang Technological University(南洋理工大学)
提出一种可扩展的序列二次规划框架,通过在线生成分离超平面约束并联合求解几何环境、运行限制与飞行器动力学,实现城市空中交通的实时无碰撞轨迹优化,在五个真实城市中心验证了100%成功率和清空率。
2026-06-23 cs.ET cs.SY eess.SY
Trajectory Planning Under Vehicle Dimension Constraints Using Sequential Linear Programming
IMT School for Advanced Studies Lucca(卢卡高等研究院);KTH Royal Institute of Technology(皇家理工学院)
本文提出一种考虑车辆尺寸约束的轨迹规划方法,通过序列线性规划算法解决凸优化问题,提升在受限环境中的性能。
2017-07-21 cs.SY eess.SY
Multi-UAV trajectory planning problem using the difference of convex function programming
针对多无人机集群轨迹规划中的非凸优化及避碰约束难题,本文利用凸函数差规划引入松弛变量与惩罚项将其转化为DC形式,并提出惩罚DC算法依次求解凸子问题,有效实现了拥挤空间内大量无人机的轨迹规划。
2023-08-02 cs.SY eess.SY math.OC
Composite Nonlinear Trajectory Tracking Control of Co-Driving Vehicles Using Self-Triggered Adaptive Dynamic Programming
在人机共享转向框架下提出基于自触发ADP的CNF控制方法,通过2-DOF模型与动态权限分配策略,实现优化瞬态性能、节省计算资源并降低对系统动力学依赖的轨迹跟踪控制,经仿真验证有效。
2025-03-05 cs.SY eess.SY
Robust Differential Dynamic Programming
微分动态规划是一种常用于轨迹生成的最优控制技术。在文献中已经开发了该算法的许多变体,包括用于随机动态或状态和输入约束的算法。在这方面的贡献,我们开发了一个强大的版本的微分动态规划,使用广义植物和乘数松弛的不确定性。为此,我们研究了一个版本的贝尔曼原则,并使用凸松弛占动态程序中的不确定性。所得到的算法可以被看作是一个强大的轨迹生成工具的非线性系统。
2022-05-25 cs.SY eess.SY math.OC
Sequential Convex Programming for Multimode Spacecraft Trajectory Optimization
本文提出了一种顺序凸规划方法,用于多模式航天器轨迹优化,通过稀疏自动微分提高效率,解决多推进模式选择和约束问题。
2025-12-02 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.SY
Differential Dynamic Programming for time-delayed systems
Institute for Robotics and Intelligent Machines, Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院机器人及智能机器研究所);Daniel Guggenheim School of Aerospace Engineering, Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院丹尼尔·古根海姆航空工程学院)
本文提出一种扩展的DDP方法,用于处理具有多个时间延迟的状态系统,通过在两塔连续搅拌釜和倒立摆系统中演示,展示其在时间延迟系统轨迹优化中的应用。
2017-01-07 cs.SY eess.SY
Adaptive Dynamic Programming for Model-free Tracking of Trajectories with Time-varying Parameters
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)(卡尔斯鲁厄理工学院)
为了自主学习控制未知系统最优w.r.t.自适应动态规划(ADP)是一种目标函数,非常适合于根据与系统交互的经验来调整控制器。近年来,许多研究人员将重点放在跟踪的情况下,其目的是遵循一个期望的轨迹。到目前为止,ADP跟踪控制器假设参考轨迹遵循时不变的外系统动力学的假设,并不适用于许多应用。为了克服这一限制,我们提出了一个新的Q函数,它明确地采用了参考轨迹的参数化近似。这允许学习通过ADP跟踪一般类别的轨迹。一旦我们的Q函数被学习,相关的控制器就可以处理时变参考轨迹,而不需要进一步的训练,并且独立于外系统动态。在提出了我们的一般无模型离政策跟踪方法后,我们提供了线性二次跟踪的重要特例的分析。最后,我们总结了我们的论文与一个例子,表明我们的新方法成功地学习最优跟踪控制器,并优于现有的方法在跟踪误差和成本。
2020-02-17 cs.LG cs.RO cs.SY
Online Modeling and Sequential Convex Programming for Lunar Landing Trajectory Optimization
The University of Tennessee(田纳西大学)
研究月球动力下降和着陆的制导框架,结合序列凸规划与实时在线模型识别。将非凸能量最优着陆问题转化为凸二阶锥规划序列,用在线识别层估计扰动并注入修正项,开发算法并探索理论基础,数值模拟验证算法效果。
2026-07-07 cs.SY eess.SY math.OC
Computationally Efficient Trajectory Optimization for Linear Control Systems with Input and State Constraints
Technische Universität München(慕尼黑工业大学)
提出一种基于连续时间平坦性输出参数化与约束多项式非正性参数化的轨迹生成方法,将线性二次问题转化为二次规划或线性规划,实现高优化时域约束系统的高效计算。
2012-11-25 cs.SY eess.SY math.OC
Learning to Solve Mixed-Integer Nonlinear Programming with Neural Networks and Sequential Quadratic Programming Refinement
University of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学)
提出一个结合神经网络预测与SQP细化层的学习优化框架,用于求解模型预测控制和轨迹优化中的参数化混合整数非线性规划,提高鲁棒性并保持计算预算。
2026-10-06 cs.SY eess.SY math.OC
Control Barrier Function-Based Quadratic Programming for SafeOperation of Tethered UAVs
针对系留无人机(TUAV)需在系绳长度约束下安全跟踪轨迹的问题,提出控制障碍函数二次规划框架(CBF-QP),结合反步控制与障碍函数约束系绳长度,仿真验证其满足约束且轨迹跟踪误差收敛、控制输入有界。
2025-02-12 cs.SY eess.SY
Joint Chance Constrained Optimal Control via Linear Programming
本文提出有限时域联合机会约束最优控制的线性规划形式,可处理不变性、可达性和到达—规避规范,并在有限空间中给出精确且更高效的求解,在连续空间中支持基函数近似。
2024-05-18 cs.SY eess.SY math.OC
Approximate Optimal Trajectory Tracking for Continuous Time Nonlinear Systems
University of Florida(佛罗里达大学);Indian Institute of Technology, Delhi(德里印度理工学院);University of Transport and Communications(交通与通信大学)
针对连续时间非线性系统的最优跟踪问题,提出一种基于近似动态规划的控制方法,保证跟踪误差最终有界且控制器收敛到近似最优策略。
2013-10-02 cs.SY eess.SY math.OC
Fast Homotopy for Spacecraft Rendezvous Trajectory Optimization with Discrete Logic
本文提出了一种求解包含离散逻辑约束的非凸最优控制问题的高效优化算法。这些约束的传统求解方法需要二进制变量和混合整数规划,这是非常缓慢和计算昂贵。本文的目标是一个快速的解决方案,是能够实时实施机载航天器。为此,开发了一种新的算法,将序列凸规划和数值延拓融合到一个迭代求解过程中。在算法内部,离散逻辑约束由光滑函数近似,并且同伦参数控制这种近似的精度。当算法收敛时,同伦参数被更新,使得光滑近似执行精确的离散逻辑。这种方法的有效性的数值证明了一个现实的交会方案的启发阿波罗换位和对接机动。在15秒的累积求解时间内,该算法能够可靠地找到困难的燃料最优轨迹,遵守以下离散逻辑约束:推力器最小脉冲位,范围触发的方法锥,和范围触发的羽流冲击。优化后的轨道使用的燃料明显少于NASA报告的设计目标。
2021-07-14 cs.SY eess.SY math.OC
A Finite Element Method Approach for Trajectory Generation via Time-Optimal Control and Model Predictive Control Tracking
本文提出一种结合 Galerkin 加权残差法与序列凸规划求解时间最优控制的新框架,避免打靶法初始化难题,并采用模型预测控制跟踪开环最优轨迹以抑制扰动,通过 Dubins 汽车动力学验证其有效性。
2023-11-17 cs.SY eess.SY
A Practical and Online Trajectory Planner for Autonomous Ships' Berthing, Incorporating Speed Control
本研究基于低速MMG模型将自主船舶靠泊轨迹规划建模为最优控制问题,采用直接多重打靶转化为非线性规划,结合速度控制与避碰约束并用SQP算法求解,仿真验证了其在多种场景下的安全性与实时可行性。
2024-02-14 cs.SY eess.SY math.OC
Real-Time Quadrotor Trajectory Optimization with Time-Triggered Corridor Constraints
飞行四旋翼的关键之一是在一组无碰撞走廊内优化它们的轨迹。这些走廊对轨迹施加非凸约束,使得实时轨迹优化具有挑战性。我们介绍了一种新的数值方法,近似的非凸走廊约束的时间触发凸走廊约束。该方法结合了对分搜索和重复不可行性检测。我们进一步开发了一个定制的C++实现所提出的方法,基于一阶圆锥曲线最优化方法,检测不可行性和利用问题结构。通过对随机生成的问题实例进行数值模拟,并通过环向障碍物的室内飞行实验,验证了该方法的有效性。与混合整数规划相比,该方法的计算速度约为传统方法的50- 200倍。
2022-08-15 cs.SY eess.SY math.OC