undefined

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 enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Lappeenrannan–Lahden teknillinen yliopisto LUT

Mikkola Aki

Tang Yixuan

Orzechowski Grzegorz Orcid -palvelun logo

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Volyymi

112

Sivut

8363-8391

Julkaisu­foorumi

64083

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