Collision Avoidance and Liveness of Multi-agent Systems with CBF-based Controllers
在本文中，我们考虑使用控制障碍函数（CBF）避免碰撞的多智能体导航。在非通信代理的情况下，我们考虑安全保证水平和活性之间的权衡-在短时间内到达目的地而不需要大的弯路或交通堵塞的能力。我们比较了几个CBF为基础的驾驶政策对基准建立的集中式控制器，需要通信。正在比较的策略之一（CCS 2）是新的，并且跨越了仅可用本地控制的策略与更复杂的预测-校正冲突避免（PCCA）策略之间的空间，该PCCA策略基于观察到的行为调整每个人的控制动作的本地副本。本文为集中式、PCCA和CCS2策略建立了可行性。蒙特卡洛模拟表明，分散的，只有主机的控制策略相比，在计算中使用所有的控制输入，PCCA政策表现同样好，集中式相比，缺乏活性，即使它是分散的。
2020-12-18 cs.SY eess.SY
A Reachability Method for Verifying Dynamical Systems with Deep Neural Network Controllers
Stanford University（斯坦福大学）
本文提出了一种结合可达性方法和开源神经网络验证工具的方法，用于在多个时间步上为深度神经网络控制器提供保证，通过限制系统动态和神经网络输出来过估计可达状态集，从而确保系统不会进入该集之外的状态。
2019-06-04 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
Reachability analysis for piecewise affine systems with neural network-based controllers
针对分段仿射（PWA）系统的NN基控制器无法保留原控制器稳定性保证的问题，提出基于混合整数线性规划计算可达集过近似的方法，可验证系统收敛性并满足约束，还能修改控制器确保渐近稳定性。
2024-11-06 cs.SY eess.SY
Constructive barrier feedback for collision avoidance in leader-follower formation control
本文提出一种用于智能体避障的构造性障碍反馈，将其与标称跟踪控制器结合形成分布式控制策略，解决了领航者-跟随者编队控制中的避障问题，避免了传统方法的可行性问题且计算效率更高。
2023-10-22 cs.SY eess.SY
A Hybrid Controller for Obstacle Avoidance in an n-dimensional Euclidean Space
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本文提出了一种混合反馈控制器，用于在n维欧几里得空间中实现参考位置的全局渐近稳定性和障碍物（对应于有界球形区域）的避障，通过切换稳定（向目标运动）和避障（边界跟随）两种模式，利用滞回区域进行几何构造，确保鲁棒切换（无颤振），并展示了在三维场景中的仿真结果。
2019-03-11 cs.SY eess.SY math.DS
Funnel-based Reachability Control of Unknown Nonlinear Systems using Gaussian Processes
针对一类未知动力系统，设计了一个可达控制器。我们首先使用高斯过程和学习模型的（概率）保证来学习未知系统。然后，我们使用基于漏斗的控制器综合方法，使用这个近似的动力系统设计的控制器的可达性规格。最后通过数值算例说明了该方法的优点。
2022-09-28 cs.SY eess.SY
Lyapunov based dynamic controller designs for reach-and-avoid problems
本文针对非线性系统的安全避障与目标集镇定问题，提出基于李雅普诺夫理论和混合系统框架的动态控制器设计方法，结合虚拟动力学生成安全路径并确保状态跟踪，通过单轮车算例验证有效性。
2024-11-29 cs.SY eess.SY math.DS
Design of Sliding Mode PID Controller with Improved reaching laws for Nonlinear Systems
本文针对非线性系统提出了一种先进的滑模控制设计方法，并采用改进的粒子群算法（MPSO）对基于PID（Proportional-Integral-Derivative）型滑模面的滑模控制进行了研究。为了直接处理大的非线性，本文设计了基于PID型滑模面的滑模控制器，其中积分项保证了快速有限收敛时间。各种修改结构的控制器参数可以估计使用修改的粒子群算法，这是一种离线优化技术。实现了各种趋近律，从而提出了改进的指数幂率趋近律，这也改善了有限的收敛时间。为了实现所提出的算法，非线性的数学模型必须被解密，而无需线性化，并用于仿真目的。他们的性能进行了研究，使用模拟来证明所提出的行为。采用边界法和二阶滑模方法克服了抖振问题。提出并实现了基于PI型滑模面的二阶滑模控制器和基于PD面的SMC补偿。利用李雅普诺夫稳定性准则对算法进行了分析。该方法的鲁棒性提供了使用仿真结果，包括干扰和10%的系统参数的变化。最后实现了基于硬件的过程控制（锥形罐系统）。
2022-07-20 cs.SY eess.SY
Counterexample Guided Synthesis of Switched Controllers for Reach-While-Stay Properties
本文提出基于反例引导归纳合成的框架，用于合成连续时间切换控制器以保证闭环系统的达到并保持性质，通过合成特定类别的切换控制李雅普诺夫函数并引入终止放松和启发式方法进行迭代求解。
2015-09-23 cs.SY eess.SY
Controller-Agnostic Runtime Safety Certificates for Tool-Using AI Agents via Data-Driven Robust Reachability
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）；George Washington University（乔治华盛顿大学）
该研究针对使用工具的AI智能体，提出一种与控制器无关的运行时安全证书，通过数据驱动的鲁棒可达性方法，在多类控制器和数据集上实现了零不安全结果，且对未充分覆盖的危险仍保持正确性。
2026-10-26 cs.SY eess.SY
Online Controller Synthesis for Robot Collision Avoidance: A Case Study
本文针对机器人避障中深度学习感知的分布偏移问题，提出结合周期性监测修复、不确定性重评估与概率模型检验的在线控制器合成框架，并通过双组件配置保证系统可用性，实验证明其性能显著优于基线方法。
2025-05-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Controller Synthesis with Inductive Proofs for Piecewise Linear Systems: an SMT-based Algorithm
Coordinated Science Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校协同科学实验室）；Department of Computer Science, Rice University（莱斯大学计算机科学系）
本文提出一种基于SMT的控制器合成算法，用于解决分段线性离散时间系统的可达-避免问题，通过生成反馈控制律和归纳证明无界时间安全性和进展性质。
2015-09-15 cs.SY eess.SY
Controller Synthesis for Safety and Reachability via Approximate Bisimulation
Laboratoire Jean Kuntzmann Universit\'e de Grenoble B.P. 53, 38041 Grenoble, France
本文利用近似双模拟抽象方法，针对安全性和可达性规范设计控制器，通过抽象控制器综合与具体化过程保证正确性，并给出与最优控制器的距离估计。
2011-06-16 cs.LO 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
Polynomial-Time Reachability for LTI Systems with Two-Level Lattice Neural Network Controllers
University of California, Irvine（加州大学欧文分校）
本文研究了线性定常系统（LTI）在整流线性单元（ReLU）两级格型（TLL）神经网络（NN）控制器控制下的可达集的计算复杂性。特别是，我们表明，对于这样的系统和控制器，它是可以计算的确切的一步可达集在多项式时间的大小的TLL NN控制器（神经元的数量）。此外，我们表明，一个紧密的限界框的可达集是可计算的，通过两个多项式时间的方法：一个多项式复杂性的大小TLL和其他多项式复杂性的Lipschitz常数的控制器和其他问题的参数。最后，我们提出了一个务实的算法，自适应地结合了（半）精确可达性和近似可达性，我们称之为L-TLLBox的好处。我们评估L-TLLBox与最先进的NN控制器可达性工具的经验比较。在我们的实验中，L-TLLBox在相同的网络/系统上完成可达性分析的速度比这个工具快5000倍，同时产生的可达性盒的面积是它的0.08到1.42倍。
2022-12-20 cs.LG cs.SY eess.SY
Prescribed-time Control for Perturbed Euler-Lagrange Systems with Obstacle Avoidance
本文针对Euler-Lagrange系统，设计了一类时变控制器，使其在任意有限时刻收敛，且与初始条件无关，无抖振。所提出的控制器是基于一个映射技术，设计分为两个步骤：首先，一个传统的（避障）渐近稳定的控制器指定的标称系统，然后，通过一个简单的替代，规定的时间（避障）控制器是可实现的扰动系统。证明了所提出的方案对于未扰动系统是一致规定时间稳定的，对于扰动系统是规定时间吸引的，因为它能在不观测扰动的情况下抑制匹配扰动，且扰动上界未知.作为一个例子，两连杆机器人操作器被认为是数值模拟。
2021-08-18 cs.SY eess.SY math.OC
Enhancing Control System Resilience for Airborne Wind Energy Systems Through Upset Condition Avoidance
机载风能（AWE）系统是系留飞行装置，其在常规风力涡轮机无法到达的较高海拔处收获风力资源。为了成为其他可再生能源技术的可行替代方案，AWE系统需要在暴露于变化的风力条件下长时间可靠地飞行，而无需人工干预。在目前的工作中，提出了一种方法，它增强了现有的基线控制器的预测和预防方法，以提高对这些外部干扰的控制器的弹性。在框架的第一部分中，系统地产生了扰动条件，其中给定的控制器不再能够实现其目标。在第二部分中，所生成的知识被用于合成一个模型，该模型预先预测出的颠覆。最终，这允许触发保持AWE系统操作的回避机动，然而，导致较低的功率产生。该方法适用于系绳断裂预测和预防的具体情况。仿真结果表明，所提出的方法确实导致了一个可预测的经济效益系统没有建议的基线控制器增强。
2020-10-02 cs.SY eess.SY
Multi-agent systems with CBF-based controllers -- collision avoidance and liveness from instability
保证系统稳定性通常是主要的控制设计目标。在本文中，我们提出了一个系统，不稳定性提供了一个至关重要的好处。我们考虑使用控制障碍函数（CBF）的多智能体碰撞避免和研究安全性和活性之间的权衡-没有大的弯路或交通堵塞到达目的地的能力。我们比较了两个标准的分散政策，只有本地（主机）控制可用，共同优化的政策（PCCA和CCS），每个人的（虚拟）控制动作可用。协同优化策略计算每个人的控制权，即使他们缺乏关于其他人意图的信息。为了进行比较，我们使用集中式的完整信息策略作为基准。本文的一个贡献是证明了集中式，PCCA和CCS策略的可行性。Monte Carlo模拟表明，分散的，只有主机的控制策略和CCS缺乏活跃性，而PCCA策略执行以及集中。接下来，我们解释了观察到的结果，考虑两个代理商谈判通过一个路口的顺序。我们发现，所产生的均衡的结构和稳定性与观察到的倾向，以僵局-不稳定的均衡政策避免僵局，而那些稳定的不。
2022-07-11 cs.SY eess.SY
Spline Trajectory Tracking and Obstacle Avoidance for Mobile Agents via Convex Optimization
提出一种基于输出反馈控制的运动规划技术，通过将多边形环境分解为重叠单元并利用CLFs和CBFs构建LMIs，求解SDP问题为每个凸单元综合出控制器，实现智能体多项式轨迹跟踪与避障，仿真验证了其对初始条件变化的鲁棒性和安全性。
2024-03-25 cs.SY eess.SY
Spatiotemporal Tubes based Controller Synthesis against Omega-Regular Specifications for Unknown Systems
本文提出一种基于时空管道（STT）的免离散化控制器综合方法，通过将非确定性 Büchi 自动机分解为可达-避障子任务并集成为混合策略，实现未知非线性系统对ω-正则规范的满足，并在机器人导航与机械臂控制中验证有效性。
2025-03-11 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
Obstacle avoidance-driven controller for safety-critical aerial robots
Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；Institute of Mechanics and Ocean Engineering（力学与海洋工程研究所）
本论文的目的是将控制障碍函数（CBF）与模型预测控制（MPC）相结合，提出一种新的模型预测控制障碍函数（MPCBF）。可以表明，由于MPC的时间范围增加，MPCBF的性能超过CBF的性能。此外，MPCBF应用于四旋翼，一个系统强烈需要快速和预测控制。使用MPCBF，四旋翼能够避开障碍物，CBF由于障碍物的相对速度而未能避开障碍物。这项工作的结果进行了实验验证。
2020-11-19 cs.RO cs.SY eess.SY
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
Computing Forward Reachable Sets for Nonlinear Adaptive Multirotor Controllers
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）
在多旋翼系统中，考虑未知干扰的同时保证安全性是鲁棒轨迹规划的关键。前向可达集（FRS），受有界干扰的可行状态的集合，可以用来识别鲁棒和无碰撞的轨迹，通过检查与障碍物的交叉。然而，在许多情况下，FRS不是实时计算的，并且太保守而不能在实际应用中使用。在本文中，我们解决这些问题，通过引入非线性扰动观测器（NDOB）和自适应控制器的多转子系统。利用Hamilton-Jacobi可达性分析方法，在增广状态空间中表达了具有自适应控制器的闭环多旋翼系统的FRS。然后，我们推导出一个封闭形式的表达式，过近似的FRS作为一个椭圆体，允许实时计算。通过自适应控制器补偿干扰，我们的过近似FRS可以小于其他椭球过近似。数值算例验证了我们提出的FRS的计算效率和较小的规模。
2023-03-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Reach-avoid Verification using Lyapunov Densities
可达性分析将施工安全和具体进度保证结合起来，能够将许多重要的工程问题形式化。本文利用李雅普诺夫密度研究了由常微分方程建模的系统的可达性验证问题。首先，考虑弱到达-避免验证。给定初始集合、安全集合和目标集合，弱到达-避免验证是验证到达-避免属性（即，系统将最终进入目标集合，同时在第一目标命中时间之前停留在安全集合内）对于初始集合中的几乎所有状态都成立。我们提出了两个新的充分条件，利用李雅普诺夫密度的弱到达-避免验证。这两个充分条件被证明是比现有的更弱，提供了更多的可能性验证弱到达-避免性质成功。然后，我们将这些条件推广到初始集合中所有状态的到达-避免性质的验证。最后，一个例子表明所提出的条件的理论发展。
2023-02-06 cs.SY eess.SY
Low-cost adaptive obstacle avoidance trajectory control for express delivery drone
本文针对快递无人机避障轨迹控制问题，提出一种低成本、可适配不同轴距的非线性自适应学习控制器，结合非线性变增益与极值搜索算法以抑制超调和缩短调节时间，并通过仿真验证其在典型无碰撞轨迹下的有效性。
2024-03-29 cs.SY eess.SY
Guarantees for Real Robotic Systems: Unifying Formal Controller Synthesis and Reachset-Conformant Identification
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
针对安全关键场景中形式化属性难以转移到真实机器人的问题，提出将可达集一致性模型辨识与控制器综合相结合的方法，确保模型安全属性可转移到真实机器人，并通过真实机器人跟踪控制实验验证了其可转移性。
2023-09-12 cs.RO cs.SY eess.SY
A Radio Based Intelligent Railway Grade Crossing System to Avoid Collision
Khulna University（库尔纳大学）
提出一种基于传感器和无线电通信的多轨道智能铁路道口控制系统，通过接收列车方向与身份信息自动控制道口闸门开闭，以提升安全性。
2011-09-01 cs.SY eess.SY
Resilient Controller Design with Exponential Reaching Law for Enhanced Load Frequency Stability in Multi-Area Interconnected Microgrids
本文提出了一种基于指数趋近律的鲁棒控制器设计，用于提高多区域互联微电网的负载频率稳定性，通过仿真验证其在动态性能和准确性方面的优越性。
2025-11-21 cs.SY eess.SY
Reach-SDP: Reachability Analysis of Closed-Loop Systems with Neural Network Controllers via Semidefinite Programming
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
在闭环控制系统中使用神经网络来提高性能和降低在线实现的计算成本已引起越来越多的兴趣。然而，由于神经网络的非线性和组合结构，为这些系统提供安全性和稳定性保证具有挑战性。本文提出了一种新的前向可达性分析方法，用于线性时变神经网络反馈互联系统的安全验证。我们的技术方法依赖于抽象的非线性激活函数的二次约束，这导致外逼近的前向可达集的闭环系统。我们表明，我们可以计算这些近似可达集使用半定规划。我们在四旋翼示例中说明了我们的方法，在该示例中，我们首先通过深度神经网络近似非线性模型预测控制器，然后应用我们的分析工具来证明闭环系统的有限时间可达性和约束满足。
2020-04-16 cs.LG cs.SY eess.SY
Verification in the Loop: Correct-by-Construction Control Learning with Reach-avoid Guarantees
在安全关键自主系统的当前控制设计中，通常在控制器被设计之后应用形式验证技术以评估所需属性（例如，安全）满意。然而，由于系统复杂性的增加和设计具有形式保证的控制器的根本困难，这种设计-然后-验证的开环过程常常导致许多迭代并且不能提供必要的保证。在本文中，我们提出了一个正确的由建设控制学习框架，集成验证到控制设计过程中的闭环方式，即，边设计边验证。具体来说，我们利用验证结果（计算的系统状态的可达集）来构建控制学习的反馈度量，该度量衡量当前控制参数的设计是否能够满足安全和目标达成所需的到达-避免属性。我们制定了一个优化问题的基础上调整控制器参数的指标，并开发了一个近似的梯度下降算法与差分方法来解决优化问题，学习控制器。形式上保证学习控制器满足所需的到达-避免属性。通过将可验证性视为第一类目标，并在控制学习过程中有效地利用验证结果，我们的方法可以显着提高找到具有正式属性保证的控制设计的机会。这是证明通过一组实验的线性和非线性系统，使用基于模型或基于神经网络的控制器。
2021-06-06 cs.FL 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
Robust Verification of Controllers under State Uncertainty via Hamilton-Jacobi Reachability Analysis
Stanford University（斯坦福大学）；NASA Jet Propulsion Laboratory（美国宇航局喷气推进实验室）
本文提出RoVer-CoRe框架，利用汉密尔顿-雅可比可达性分析对感知系统进行鲁棒验证，通过整合控制器、观测函数和状态估计模块，实现对非线性、非凸、学习驱动等复杂系统的安全性和性能验证。
2026-04-15 cs.LG cs.RO cs.SY
Neural Network-assisted Interval Reachability for Systems with Control Barrier Function-Based Safe Controllers
Boston University（波士顿大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文提出用预训练神经网络近似基于CBF的优化控制器，并结合混合单调理论与神经网络验证算法构造嵌入系统，通过单条轨迹高效过近似系统可达集，用于性能与稳定性验证。
2025-04-11 cs.LG cs.SY eess.SY
Real-Time Sensor-Based Feedback Control for Obstacle Avoidance in Unknown Environments
本文提出一种基于距离函数及其梯度的局部Lipschitz连续安全速度锥控制器，实现未知环境中的实时避障与安全导航，并保证目标几乎全局渐近稳定，适用于有限距离传感器车辆。
2024-03-13 cs.SY eess.SY
RNN Controller for Lane-Keeping Systems with Robustness and Safety Verification
本文提出一种带鲁棒性与安全性验证的RNN车道保持控制器，通过二次约束、线性分式变换、线性矩阵不等式和半定规划处理不确定性并验证系统安全。
2023-09-16 cs.SY eess.SY
Backup Control Barrier Function Synthesis using Sum-of-Squares Reachability
University of Michigan（密歇根大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工大学）
该研究针对输入受限非线性系统，提出基于有限时间域平方和反向可达性的备份控制障碍函数综合方法，生成更优备份配对以扩大安全集，提升bCBF框架的安全认证能力。
2026-08-31 cs.SY eess.SY
Stability Analysis of a Feedback-linearization-based Controller with Saturation: A Tilt Vehicle with the Penguin-inspired Gait Plan
控制信号中的饱和会对基于反馈线性化的控制器的稳定性证明提出挑战，甚至导致系统不稳定[1]。因此，建立了几种方法来避免达到饱和界限[2，3]。同时，为了帮助设计四倾转旋翼机的控制器，[1]对倾转飞行器进行了建模，并实现了基于反馈线性化的控制器。在这篇文章中，我们提供了一个步态规划，这种倾斜的机器人和控制它利用反馈线性化。由于控制信号中存在饱和现象，我们基于李雅普诺夫理论研究了系统的稳定性。
2021-11-29 cs.SY eess.SY
Reachability-based Control Synthesis under Signal Temporal Logic Specifications
在本文中，我们研究的控制器设计问题的线性扰动系统下的信号时序逻辑（STL）规格施加空间和时间的限制系统的行为。我们首先实现基于zonotope的技术划分的状态空间到有限的细胞，然后提出了一个评估机制，重新安排的STL规范的时间约束，最后分解的全球STL公式到有限的本地STL公式。以这种方式，每个单元具有局部控制设计问题，该局部控制设计问题被进一步公式化为局部优化问题。针对每一个局部优化问题，我们利用区域空间的性质和可达性分析设计了由前馈和反馈部分组成的局部控制器。通过求解所有的局部优化问题，所有的局部控制器组合，以保证全局STL规格。最后，给出了一个数值例子来说明推导的结果。
2021-10-15 cs.SY eess.SY
DaDRA: A Python Library for Data-Driven Reachability Analysis
可达性分析用于确定系统在不确定性下可能达到的所有可能状态。它是获得各种安全关键系统的安全验证和控制器综合保证的关键组成部分。虽然传统的可达性分析方法提供了可达集的正式保证，但它们涉及复杂的算法，需要完整的系统信息，这对于在现实世界中使用是不切实际的。我们提出了Daisy，一个Python库，允许数据驱动的可达性分析与任意强大的概率保证。我们展示了Daetron在各种系统上的实际功能，包括：一个分析上难以处理的混沌系统，非线性动力学系统的基准，以及一个现实的系统在复杂的干扰信号下起作用，并在多个维度上用复杂的控制器控制。
2021-11-02 cs.SY eess.SY
Infusing Reachability-Based Safety into Planning and Control for Multi-agent Interactions
Stanford University（斯坦福大学）
在机器人自主堆栈中，规划器和控制器通常是分开设计的，并且用于不同的目的。因此，在确保机器人安全方面，往往存在责任分散的问题。我们建议，计划者和控制者应该共享相同的安全解释，但以不同但互补的方式应用这些知识。为了实现这一目标，我们使用汉密尔顿-雅可比（HJ）可达性理论在规划层面提供的前瞻性，以避免进入可能不可避免的碰撞区域的机器人规划。但是，仅凭这一点并不能保证安全。结合这HJ可达性注入计划，我们提出了一个最小干预的多智能体安全保护控制器也来自HJ可达性理论。安全控制器保持机器人的安全性，而不会过度影响规划器的性能。我们在多智能体高速公路场景中展示了我们提出的方法的好处，其中机器人汽车将获得奖励，以尽可能快地在交通中导航，并且我们表明，与其他安全控制器相比，我们的方法提供了强有力的安全保证，同时实现了最高的性能。
2020-07-31 cs.RO cs.SY eess.SY
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
A Barrier-Modulated Architecture for Safe Affine Formation Control in Second-Order Multi-Agent Systems
提出一种结合高阶控制屏障函数与自适应动态规划的屏障调制架构，实现二阶多智能体系统的安全仿射编队控制，通过分析型与数据驱动两种安全控制器保证绝对避碰和一致最终有界编队跟踪误差。
2026-06-06 cs.SY eess.SY
Safe Platooning of Unmanned Aerial Vehicles via Reachability
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出基于HJ可达性的安全控制器，通过混合系统模型和允许的机动集分析，确保无人机编队在单高度范围内的安全，同时在多高度范围内应对多重安全故障。
2016-03-21 cs.SY eess.SY
Correct-by-Construction for Hybrid Systems by Synthesizing Reset Controller
本文提出一种基于凸规划的方法，为多项式混合系统综合重置控制器，将安全性与活性约束归约为可达-避障及微分不变式生成问题，保证系统轨迹的安全与目标可达。
2023-09-12 cs.SY eess.SY
Emergent Autonomous Drifting for Collision Avoidance in Real-World Winter Driving Scenarios
Toyota Research Institute（丰田研究院）
研究现实世界冬季驾驶中漂移对安全的作用，提出基于碰撞死亡数据的能漂移的非线性模型预测控制（MPC）系统，经实验与比较，该系统能在多种速度下降低中位车道误差，在危险场景中表现更优。
2026-07-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Verified Compositions of Neural Network Controllers for Temporal Logic Control Objectives
Washington University in St. Louis（圣路易斯华盛顿大学）
本文提出了一种新的方法来设计验证组合的神经网络（NN）控制器的自治系统的线性时序逻辑（LTL）公式捕获的任务。特别是，LTL公式要求系统以时间/逻辑顺序到达和避免某些区域。我们假设系统配备了一组有限的训练神经网络控制器。每个控制器都经过训练，可以将系统驱动到特定的感兴趣区域，同时避开其他区域。我们的目标是检查是否存在训练的NN控制器的时间组成-如果是这样，计算它-这将产生复合系统行为，满足用户指定的LTL任务的任何初始系统状态属于一个给定的集合。为了解决这个问题，我们提出了一种新的方法，依赖于一个新的自动机理论和最近提出的可达性分析工具的NN控制系统的集成。我们注意到，所提出的方法可以适用于其他控制器，不一定由NN建模，通过适当选择的可达性分析工具。我们专注于神经网络控制器，由于其缺乏鲁棒性。所提出的方法被证明对飞行器的导航任务。
2022-09-13 cs.RO 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
A Game-Theoretic Predictive Control Framework with Statistical Collision Avoidance Constraints for Autonomous Vehicle Overtaking
本文提出GT-PRO策略，通过双层Stackelberg博弈和随机MPC解耦控制CAV纵横向动力学，结合真实数据统计特征化人类不确定性以实现避碰约束，实现更安全高效的自主超车。
2025-09-16 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
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
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
