A Composite Control Framework of Safety Satisfaction and Uncertainties Compensation for Constrained Time-Varying Nonlinear MIMO Systems

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作者
Haijing Wang,Jinzhu Peng,Fangfang Zhang,Yaonan Wang
出处
期刊:IEEE transactions on systems, man, and cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:53 (12): 7864-7875 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tsmc.2023.3301881
摘要

In this article, we propose a composite control framework for time-varying nonlinear multiple-input–multiple-output (MIMO) systems with safety constraints and unknown dynamics. The control framework combines control barrier functions (CBFs) and high-order CBFs (HoCBFs) with an extended state observer (ESO) to handle arbitrary relative-degree constraints in the presence of system uncertainties and output measurements only. Then, the ESO-CBF/HoCBF-based safety control schemes are obtained by solving quadratic programs (QPs) to ensure the safety of closed-loop control systems. Consequently, the safety satisfaction and uncertainties compensation objectives can be achieved simultaneously. Finally, simulations and experiments are conducted to verify the effectiveness of the proposed safety control schemes.

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