Monte Carlo tree search control scheme for multibody dynamics applications
Julkaisuvuosi
2024
Tekijät
Tang Yixuan; Orzechowski Grzegorz; Prokop Aleš; Mikkola Aki
Tiivistelmä
There is considerable interest in applying reinforcement learning (RL) to improve machine control across multiple industries, and the automotive industry is one of the prime examples. Monte Carlo Tree Search (MCTS) has emerged and proven powerful in decision-making games, even without understanding the rules. In this study, multibody system dynamics (MSD) control is first modeled as a Markov Decision Process and solved with Monte Carlo Tree Search. Based on randomized search space exploration, the MCTS framework builds a selective search tree by repeatedly applying a Monte Carlo rollout at each child node. However, without a library of available choices, deciding among the many possibilities for agent parameters can be intimidating. In addition, the MCTS poses a significant challenge for searching due to the large branching factor. This challenge is typically overcome by appropriate parameter design, search guiding, action reduction, parallelization, and early termination. To address these shortcomings, the overarching goal of this study is to provide needed insight into inverted pendulum controls via vanilla and modified MCTS agents, respectively. A series of reward functions are well-designed according to the control goal, which maps a specific distribution shape of reward bonus and guides the MCTS-based control to maintain the upright position. Numerical examples show that the reward-modified MCTS algorithms significantly improve the control performance and robustness of the default choice of a constant reward that constitutes the vanilla MCTS. The exponentially decaying reward functions perform better than the constant value or polynomial reward functions. Moreover, the exploitation vs. exploration trade-off and discount parameters are carefully tested. The study’s results can guide the research of RL-based MSD users.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti
Kustantaja
Volyymi
112
Sivut
8363-8391
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
2
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Osittain avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Ei
Muut tiedot
Tieteenalat
Kone- ja valmistustekniikka
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1007/s11071-024-09509-8
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä