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Optimization-based subdivision algorithm for reachable sets

Titelangaben

Riedl, Wolfgang ; Baier, Robert ; Gerdts, Matthias:
Optimization-based subdivision algorithm for reachable sets.
Mathematisches Institut, Universität Bayreuth; Institut für Mathematik und Rechneranwendung, Universität der Bundeswehr in Neubiberg/München
Bayreuth , 2020 . - 38 S.
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00005054

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
European Union's Seventh Framework Programme
338508

Projektfinanzierung: Andere

Abstract

Reachable sets for nonlinear control systems can be computed via the use of solvers for optimal control problems. The paper presents a new improved variant which applies adaptive concepts similar to the framework of known subdivision techniques by Dellnitz/Hohmann. Using set properties of the nearest point projection, the convergence and rigorousness of the algorithm can be proved without the assumption of diffeomorphism on a nonlinear mapping. The adaptive method is demonstrated by two nonlinear academic examples and for a more complex robot model with box constraints for four states, two controls and five boundary conditions. In these examples adaptive and non-adaptive techniques as well as various discretization methods and optimization solvers are compared. The method also offers interesting features, like zooming into details of the reachable set, self-determination of the needed bounding box, easy parallelization and the use of different grid geometries. With the calculation of a 3d funnel in one of the examples, it is shown that the algorithm can also be used to approximate higher dimensional reachable sets and the resulting box collection may serve as a starting point for more sophisticated visualizations or algorithms.

Weitere Angaben

Publikationsform: Preprint, Postprint
Zusätzliche Informationen: Contents:
1. Introduction and preliminaries
2. Grid construction via subdivision
3. Implementation
4. Numerical examples
5. Advantages of the algorithm
5.1 Transformed grids
5.2 Zooming
5.3 Determination of a bounding box
5.4 Parallelization
5.5 Solution funnel in 3d
6. Conclusions
Keywords: reachable sets; subdivision; optimal control; direct discretization; nonlinear
systems; nonlinear optimization
Fachklassifikationen: Mathematics Subject Classification Code: 93B03 49M37 (49M25 49J53 93C10)
Institutionen der Universität: Fakultäten
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Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut > Lehrstuhl Wissenschaftliches Rechnen > Lehrstuhl Wissenschaftliches Rechnen - Univ.-Prof. Dr. Mario Bebendorf
Profilfelder
Profilfelder > Advanced Fields
Profilfelder > Advanced Fields > Nichtlineare Dynamik
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
Eingestellt am: 15 Sep 2020 06:45
Letzte Änderung: 15 Sep 2020 06:45
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/57238

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