Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cs > arXiv:2505.00671v1

帮助 | 高级搜索

计算机科学 > 机器人技术

arXiv:2505.00671v1 (cs)
[提交于 2025年5月1日 ]

标题: 多约束安全强化学习通过控制屏障函数的Log-Sum-Exp近似闭式解实现

标题: Multi-Constraint Safe Reinforcement Learning via Closed-form Solution for Log-Sum-Exp Approximation of Control Barrier Functions

Authors:Chenggang Wang, Xinyi Wang, Yutong Dong, Lei Song, Xinping Guan
摘要: 训练任务策略的安全性及其后续使用强化学习(RL)方法的应用已成为安全RL领域的一个焦点。该领域中的一个核心挑战仍然是在学习和部署过程中建立理论安全保证。 鉴于基于控制屏障函数(CBF)的安全策略在一系列仿射控制机器人系统中的成功实施,基于CBF的RL展示了在现实场景中实际应用的巨大潜力。然而,将这两种方法结合起来提出了几个挑战。 首先,将安全优化嵌入到RL训练管道中要求优化输出相对于输入参数可微,这通常被称为可微优化,解决起来并不简单。 其次,可微优化框架面临显著的效率问题,尤其是在处理多约束问题时。 为了解决这些挑战,本文提出了一种基于CBF的RL架构,有效地缓解了上述问题。 所提出的方案通过单一复合CBF构建多个约束的连续AND逻辑近似。通过利用这一近似,推导出了RL中策略网络的二次规划的闭式解,从而避免了在端到端安全RL管道中需要可微优化。 由于闭式解的存在,这种策略显著降低了计算复杂度,同时保持了安全保证。 仿真结果显示,与依赖可微优化的现有方法相比,所提出的方法显著减少了训练计算成本,并在整个训练过程中确保了可证明的安全性。
摘要: The safety of training task policies and their subsequent application using reinforcement learning (RL) methods has become a focal point in the field of safe RL. A central challenge in this area remains the establishment of theoretical guarantees for safety during both the learning and deployment processes. Given the successful implementation of Control Barrier Function (CBF)-based safety strategies in a range of control-affine robotic systems, CBF-based safe RL demonstrates significant promise for practical applications in real-world scenarios. However, integrating these two approaches presents several challenges. First, embedding safety optimization within the RL training pipeline requires that the optimization outputs be differentiable with respect to the input parameters, a condition commonly referred to as differentiable optimization, which is non-trivial to solve. Second, the differentiable optimization framework confronts significant efficiency issues, especially when dealing with multi-constraint problems. To address these challenges, this paper presents a CBF-based safe RL architecture that effectively mitigates the issues outlined above. The proposed approach constructs a continuous AND logic approximation for the multiple constraints using a single composite CBF. By leveraging this approximation, a close-form solution of the quadratic programming is derived for the policy network in RL, thereby circumventing the need for differentiable optimization within the end-to-end safe RL pipeline. This strategy significantly reduces computational complexity because of the closed-form solution while maintaining safety guarantees. Simulation results demonstrate that, in comparison to existing approaches relying on differentiable optimization, the proposed method significantly reduces training computational costs while ensuring provable safety throughout the training process.
主题: 机器人技术 (cs.RO) ; 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2505.00671 [cs.RO]
  (或者 arXiv:2505.00671v1 [cs.RO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.00671
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Xinyi Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 5 月 1 日 17:22:11 UTC (5,316 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
cs.RO
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-05
切换浏览方式为:
cs
cs.SY
eess
eess.SY

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号