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
  Reissig, Gunther
  
• “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
  Rungger, Matthias & Reissig, Gunther
  
• “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)
  Reissig, Gunther; Weber, Alexander & Rungger, Matthias
  
• “Optimized state space grids for abstractions,” IEEE Trans. Automat. Control, vol. 62, no. 11, pp. 5816–5821, Nov. 2017
  Weber, Alexander; Rungger, Matthias & Reissig, Gunther
  
• “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
  Serry, Mohamed & Reissig, Gunther
  
• “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
  Macoveiciuc, Elisei & Reissig, Gunther
  
• “Symbolic optimal control,” IEEE Trans. Automat. Control, vol. 64, no. 6, pp. 2224–2239, Jun. 2019
  Reissig, Gunther & Rungger, Matthias
  
• “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
  Macoveiciuc, Elisei & Reissig, Gunther
  
• “Overapproximating reachable tubes of linear time-varying systems,” IEEE Trans. Automat. Control, vol. 67, no. 2, Feb. 2022
  Serry, Mohamed & Reissig, Gunther