Fully Automated and Correct-by-Construction Synthesis for Complex Control Problems

• Applicant: Professor Dr. Gunther Reißig
• Subject Area: Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics
• Term: from 2016 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 286055632

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Ziel des Projekts war es, Theorie und Berechnungsverfahren des abstraktionsbasierten Reglerentwurfs weiterzuentwickeln, um seiner routinemäßigen praktischen Anwendbarkeit näher zu kommen. Dazu sind im Projekt Verfahren entwickelt worden, die komplexere Regelungsprobleme lösen können als bisherige abstraktionsbasierte Verfahren, vollständig sind in dem Sinne, daß sie stets einen Regler liefern, der die Regelungsziele erfüllt, wenn ein solcher Regler existiert, und formal korrekt sind. Insbesondere wurden Speicher- und Rechenzeitbedarf für die Synthese um einen Faktor von bis zu 400 bzw. bis zu 10 verringert. Für Reach-Avoid-Probleme wurde ein vollständiges Verfahren angegeben und die folgende Aussage bewiesen: Ist die Regelungsaufgabe für alle Anfangszustände aus einer kompakten Menge N lösbar, so wird mit der vorgeschlagenen Methode auch ein Regler gefunden, der die Aufgabe für alle Anfangszustände aus N tatsächlich löst! Außerdem wurde ein auf Langlebigkeit, Wart- und Erweiterbarkeit ausgerichtetes Synthesewerkzeug entwickelt, das nun für weitere Forschungen zur Verfügung steht.

Publications

• Approximate value iteration for a class of deterministic optimal control problems with infinite state and input alphabets,” in Proc. IEEE Conf. Decision and Control (CDC), Las Vegas, U.S.A., 12-14 Dec. 2016, 2016, pp. 1063–1068
  G. Reissig
  (See online at https://doi.org/10.1109/CDC.2016.7798408)
• “Arbitrarily precise abstractions for optimal controller synthesis,” in Proc. 56th IEEE Conf. Decision and Control (CDC), Melbourne, Australia, 12-15 Dec. 2017, 2017, pp. 1761–1768
  M. Rungger and G. Reissig
  (See online at https://doi.org/10.1109/CDC.2017.8263904)
• “Feedback refinement relations for the synthesis of symbolic controllers,” IEEE Trans. Automat. Control, vol. 62, no. 4, pp. 1781–1796, Apr. 2017 (2019 George S. Axelby Outstanding Paper Award)
  G. Reissig, A. Weber, and M. Rungger
  (See online at https://doi.org/10.1109/TAC.2016.2593947)
• “Optimized state space grids for abstractions,” IEEE Trans. Automat. Control, vol. 62, no. 11, pp. 5816–5821, Nov. 2017
  A. Weber, M. Rungger, and G. Reissig
  (See online at https://doi.org/10.1109/TAC.2016.2642794)
• “Hyper-rectangular over-approximations of reachable sets for linear uncertain systems,” in Proc. 57th IEEE Conf. Decision and Control (CDC), Miami, FL, USA, 17-19 Dec. 2018, 2018, pp. 6275–6282
  M. Serry and G. Reissig
  (See online at https://doi.org/10.1109/CDC.2018.8619276)
• “Memory efficient symbolic solution of quantitative reach-avoid problems,” in Proc. American Control Conference (ACC), Philadelphia, U.S.A., 10-12 Jul. 2019, 2019, pp. 1671–1677
  E. Macoveiciuc and G. Reissig
  (See online at https://doi.org/10.23919/ACC.2019.8814850)
• “Symbolic optimal control,” IEEE Trans. Automat. Control, vol. 64, no. 6, pp. 2224–2239, Jun. 2019
  G. Reissig and M. Rungger
  (See online at https://doi.org/10.1109/TAC.2018.2863178)
• “Guaranteed memory reduction in synthesis of correct-by-design invariance controllers,” in Proc. 21st IFAC World Congress, Berlin, Germany, Jul. 12-17, 2020, ser. IFAC-PapersOnLine, vol. 53, no. 2, 2020, pp. 5561–5566
  E. Macoveiciuc and G. Reissig
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2020.12.1567)
• “Overapproximating reachable tubes of linear time-varying systems,” IEEE Trans. Automat. Control, vol. 67, no. 2, Feb. 2022
  M. Serry and G. Reissig
  (See online at https://doi.org/10.1109/TAC.2021.3057504)