为 C++ 绑定的系统覆盖动态

Question

我正在尝试加载一个系统然后覆盖它的动态，这样类就像模拟器一样使用新的动态。这对于在 python 中声明的系统来说很简单，但似乎不适用于 C++ 绑定的系统——例如，下面的示例：

from pydrake.all import DirectCollocation, Simulator, VectorSystem
from pydrake.examples.pendulum import PendulumPlant

import numpy as np


class CustomVectorSystem(VectorSystem):
    def __init__(self):
        VectorSystem.__init__(self, 1, 0)
        self.DeclareContinuousState(2)

    def DoCalcVectorTimeDerivatives(self, context, u, x, x_dot):
        x_dot[0] += u


class OverwrittenVectorSystem(CustomVectorSystem):
    def __init__(self):
        CustomVectorSystem.__init__(self)

    def DoCalcVectorTimeDerivatives(self, context, u, x, x_dot):
        x_dot = np.zeros_like(x_dot)


class OverwrittenPendulumPlant(PendulumPlant):
    def __init__(self):
        PendulumPlant.__init__(self)

    def DoCalcTimeDerivatives(self, context, derivatives):
        derivatives = np.zeros_like(derivatives)


def run_sim_step(sys, t=0.1):
    context = sys.CreateDefaultContext()
    simulator = Simulator(sys)
    context = simulator.get_mutable_context()
    context.SetContinuousState([0, 1])
    context.FixInputPort(index=0, data=[1.0])
    simulator.AdvanceTo(t)
    return context.get_continuous_state_vector().get_value()


vector_sys = CustomVectorSystem()
overwritten_vector_sys = OverwrittenVectorSystem()

print(
    "CustomVectorSystem results are {}, and {} for overwrite".format(
        run_sim_step(vector_sys), run_sim_step(overwritten_vector_sys)
    )
)

pendulum = PendulumPlant()
overwritten_pendulum = OverwrittenPendulumPlant()

print(
    "PendulumPlant results are {}, and {} for overwrite".format(
        run_sim_step(pendulum), run_sim_step(overwritten_pendulum)
    )
)

returns 以下：

CustomVectorSystem results are [1.4075 1.    ], and [0. 1.] for overwrite
PendulumPlant results are [0.11427129 1.24633296], and [0.11427129 1.24633296] for overwrite

对于离散系统也是如此。在这种情况下，有没有办法获得一种新方法来覆盖动力学？

Answer 1

这是我所期望的行为——允许重载的 C++ 系统在 pybind11 层中有一些特殊的 "trampoline" 逻辑。但这也不是我预期的工作流程。您实际上是在尝试使用 PendulumPlant 还是其他一些基数 class？从 VectorSystem 超载真的那么糟糕吗？

请注意，即使在 C++ 中，PendulumPlant is marked final，我们也不希望用户从中派生。（我不认为这对您的代码有任何影响；我只是提到它作为我们设计思想的进一步证据）。

为 C++ 绑定的系统覆盖动态

Overriding dynamics for systems which are C++ bindings

drake