高阶控制屏障函数用于输出反馈安全性的函数观测器
Functional Observers for Output-Feedback Safety with High-Order Control Barrier Functions
- California Institute of Technology（加州理工学院）
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中文总结 AI 辅助
本文针对全状态不可用的线性系统，利用高阶控制屏障函数和标量函数观测器，提出多项式协同设计框架，实现输出反馈安全滤波。
中文摘要 AI 辅助
本文研究了当全状态不可用时，使用高阶控制屏障函数（HOCBFs）对线性系统进行输出反馈安全滤波的问题。由于HOCBF条件仅依赖于特定的状态泛函，因此无需重构全状态；相反，其实现仅需要这些量的函数可观性或可检测性。我们表明，HOCBF增益决定了所需的泛函及其可观性属性，从而将安全性与估计设计耦合起来。我们利用标量函数观测器利用这一结构，并开发了一个多项式协同设计框架，该框架刻画了HOCBF可观性和可检测性、观测器存在性与阶数以及收敛速率限制。经过认证的单边估计误差界随后实现了安全的输出反馈实现。
英文摘要
This paper studies output-feedback safety filtering for linear systems using high-order control barrier functions (HOCBFs) when the full state is unavailable. Since the HOCBF conditions depend only on specific state functionals, full-state reconstruction is unnecessary; instead, their implementation requires only functional observability or detectability of these quantities. We show that the HOCBF gains determine the required functionals and hence their observability properties, coupling safety and estimation design. We exploit this structure using scalar functional observers and develop a polynomial co-design framework that characterizes HOCBF observability and detectability, observer existence and order, and convergence-rate limitations. A certified one-sided estimation-error bound then enables safe output-feedback implementation.
