Machine Learning for Sparse Nonlinear Modeling and Control

非线性系统 计算机科学 控制(管理) 机器学习 非线性模型 人工智能 物理 量子力学
作者
Steven L. Brunton,Nicholas Zolman,J. Nathan Kutz,Urban Fasel
出处
期刊:Annual review of control, robotics, and autonomous systems [Annual Reviews]
标识
DOI:10.1146/annurev-control-030123-015238
摘要

Machine learning is rapidly advancing nearly every field of science and engineering, and control theory is no exception. In particular, it has shown incredible promise for handling several of the main challenges facing modern dynamics and control, including complexity, unmodeled dynamics, strong nonlinearity, and hidden variables. However, machine learning models are often expensive to train and deploy, fail to generalize beyond the training data, and suffer from a lack of explainability, interpretability, and guarantees, all of which limit their use in real-world and safety-critical control applications. Sparse nonlinear modeling and control techniques are a powerful class of machine learning that promote parsimony through sparse optimization, providing data-efficient models that are more interpretable and generalizable and have proven effective for control. In this review, we explore the use of sparse optimization in the context of machine learning to develop compact models and controllers that are easy to train, require significantly less data, and make low-latency predictions. In particular, we focus on applications in model predictive control and reinforcement learning, two of the foundational algorithms in control theory.

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