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Approximation of Separable Control Lyapunov Functions with Neural Networks

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Sperl, Mario ; Mysliwitz, Jonas ; Grüne, Lars:
Approximation of Separable Control Lyapunov Functions with Neural Networks.
Bayreuth , 2023 . - 12 S.
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007284

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Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
Curse-of-dimensionality-free nonlinear optimal feedback control with deep neural networks. A compositionality-based approach via Hamilton-Jacobi-Bellman PDEs
463912816

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

In this paper, we investigate the ability of deep neural networks to provide curse-of-dimensionality-free approximations of control Lyapunov functions. To achieve this, we first prove an error bound for the approximation of separable functions with neural networks. Subsequently, we discuss conditions on the existence of separable control Lyapunov functions, drawing upon tools from nonlinear control theory. This enables us to bridge the gap between neural networks and the approximation of control Lyapunov functions as we identify conditions that allow neural networks to effectively mitigate the curse of dimensionality when approximating control Lyapunov functions. Moreover, we present a suitable network architecture and a corresponding training algorithm. The training process is illustrated using two 10-dimensional control systems.

Weitere Angaben

Publikationsform: Preprint, Postprint
Keywords: control Lyapunov functions; neural networks; curse of dimensionality
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut > Lehrstuhl Mathematik V (Angewandte Mathematik) > Lehrstuhl Mathematik V (Angewandte Mathematik) - Univ.-Prof. Dr. Lars Grüne
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut > Lehrstuhl Angewandte Mathematik (Angewandte Mathematik)
Profilfelder > Advanced Fields > Nichtlineare Dynamik
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut > Lehrstuhl Mathematik V (Angewandte Mathematik)
Profilfelder
Profilfelder > Advanced Fields
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
Eingestellt am: 11 Nov 2023 22:01
Letzte Änderung: 13 Nov 2023 07:51
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/87696