Research area

1. Control Objectives | 제어 목표

Performance | 제어 성능

• 제어 시스템은 외부의 방해(외란, 노이즈 등)를 받더라도 원하는 움직임이나 동작 상태를 유지할 수 있어야 합니다. 우리 연구실은 L_p,  p∈[1,∞] 노름을 이용하여 이러한 방해가 시스템의 출력에 얼마나 영향을 주는지 분석합니다. 이를 바탕으로 외란의 영향을 줄이고, 추종 오차 e(t)를 작게 유지하면서 목표 궤적이나 원하는 상태에 도달하도록 하는 제어 기법을 연구합니다.

• Control systems need to maintain their desired motion or operating conditions even when external disturbances occur. We use L_p,  p∈[1,∞] norms to quantify how these disturbances affect system outputs. Building on this analysis, we develop control methods that attenuate disturbances and keep the tracking error e(t) small as the system follows a target trajectory or approaches a desired state.

Safety & Constraints | 안전 및 제약 조건

• 로봇의 충돌을 방지하거나 장치의 동작 한계를 지키기 위해서는, 시스템이 운용 중에 안전한 범위를 벗어나지 않아야 합니다. 우리 연구실은 이러한 범위를 안전 집합 C ={x∈R^n |  B(x)≤0}으로 표현하고, 이 집합의 전방 불변성을 바탕으로, 시스템이 그 안에 계속 머물도록 하는 제어 기법을 연구합니다. 장벽함수와 제어-장벽 함수(CBFs)를 활용하여 상태·입력 제약을 제어 조건으로 표현하고, 안전성과 성능을 함께 고려한 제어기 설계 방법을 개발합니다.

• Preventing robot collisions and respecting equipment limits require a system to remain within a safe operating region. We describe this region through the forward invariance of a safe set C ={x∈R^n ┤|  B(x)≤0} and study conditions that keep the system inside it throughout operation. Barrier functions and control barrier functions (CBFs) translate state and input constraints into control conditions, supporting controller designs that jointly address safety and performance.

Stability & Robustness | 안정성 및 강인성

• 제어 시스템은 모델과 정확히 일치하지 않으며, 예상하지 못한 외란으로 인해 동작이 달라질 수 있습니다. 우리 연구실은 Lyapunov 함수 V(x) 와 Input-to-state 안정성(ISS)을 활용하여, 이러한 변화 속에서도 시스템이 안정적으로 동작할 수 있는지 분석합니다. 특히 외란의 크기와 상태 변화의 관계를 살펴보고, 모델 오차가 존재하더라도 안정성과 요구 성능을 유지하는 강인 제어 기법을 연구합니다.

• Real systems rarely match their mathematical models exactly, and unexpected disturbances can alter their behavior. We use Lyapunov functions V(x) and input-to-state stability (ISS) to understand whether systems remain stable under these changes. In particular, we examine how disturbance magnitude affects system states and develop robust control methods that preserve stability and required performance despite model errors.

2. System Analysis | 시스템 해석

Nonlinear Systems | 비선형 시스템

• 로봇이나 비행체와 같은 시스템에서는 현재 상태와 제어 입력에 따라 움직임이 복잡하게 달라집니다. 우리 연구실은 이러한 특성을 비선형 동역학 x'=f(x,u,d)으로 표현하고, 시스템이 어떤 조건에서 안정적으로 동작하며 원하는 성능을 낼 수 있는지 연구합니다. Lyapunov 함수와 Barrier 함수를 활용하여, 비선형성이 강하거나 동작이 매끄럽게 이어지지 않는 경우에도 적용할 수 있는 해석 및 제어 방법을 개발합니다.

• In systems such as robots and aircraft, motion can depend on the current state and control input in complex ways. We represent this behavior through nonlinear dynamics
  x'=f(x,u,d) and study the conditions under which the system remains stable and achieves desired performance. Using Lyapunov and barrier functions, we develop analysis and control methods that also address strong nonlinearities and nonsmooth behavior.

Various Dynamical Systems | 다양한 동적 시스템

• 제어 시스템은 정보 전달의 지연, 제어 입력의 갱신 방식, 동작 모드의 전환 등 다양한 특성에 따라 서로 다른 거동을 보입니다. 우리 연구실은 시간 지연, 이벤트 기반, 하이브리드 및 샘플드 데이터 시스템을 비롯한 다양한 동적 시스템에서 이러한 특성이 안정성·성능·안전에 미치는 영향을 연구합니다. 또한 개발한 제어 이론과 기법을 각 시스템에 적용하고 검증하며, 시스템의 특성에 맞게 확장하는 방법을 연구합니다.

• Control systems exhibit different behaviors depending on factors such as information delays, control update mechanisms, and transitions between operating modes. We study how these characteristics affect stability, performance, and safety across a broad range of dynamical systems, including time-delay, event-triggered, hybrid, and sampled-data systems. We also apply and validate the control theories and methods we develop, and investigate how they can be adapted and extended to accommodate different system characteristics.

Uncertain & Disturbed Systems | 불확실성과 외란이 있는 시스템

• 시스템의 파라미터는 운용 환경에 따라 달라질 수 있으며, 외부의 힘이나 장치의 고장도 예상한 동작에 영향을 줍니다. 우리 연구실은 불확실한 파라미터 θ와 외란 w(t) 등을 고려하여 시스템이 어떤 상태까지 도달할 수 있는지 분석합니다. 도달 가능 집합과 강인 불변 집합을 활용하여 상태 변화의 범위를 파악하고, 이러한 변화 속에서도 안정성·안전성·성능을 확보하는 제어 기법을 연구합니다.

• System parameters can vary with operating conditions, while external forces and equipment faults can affect expected behavior. We account for uncertain parameters θ and disturbances w(t) to analyze which states a system may reach. Using reachable sets and robust invariant sets, we characterize the range of possible behavior and develop control methods that maintain stability, safety, and performance under these variations.

3. Applications | 응용 분야

Robotic Systems | 로봇 시스템

• 로봇 매니퓰레이터의 관절 위치 q, 속도 q' 및 구동 입력에 대한 제약을 고려하여 정밀하고 안전한 운동 제어를 연구합니다. 궤적 추종과 안전 집합의 불변성을 함께 고려한 제어 기법을 개발하고, 실험을 통해 외란 대응 성능과 안전한 상호작용을 검증합니다.

• We study precise and safe motion control for robot manipulators under constraints on joint positions q, velocities q ̇, and actuation inputs. We develop control methods that jointly address trajectory tracking and safe-set invariance, and experimentally evaluate disturbance rejection and safe interaction.

Autonomous Driving Systems | 자율주행 시스템

• 차량 상태 x, 조향 및 가감속 입력 u, 주행 환경의 제약을 고려하여 자율주행 시스템의 강인하고 안전한 제어를 연구합니다. 외란과 모델 불확실성에 대한 차량의 안정성 및 궤적 추종 성능을 분석하고, 자율주행 과정에서 안전 주행 영역과 입력 한계를 만족하는 제어 기법을 개발합니다.

• We study robust and safe control for autonomous driving systems, considering vehicle states x, steering and acceleration/braking inputs u, and driving constraints. We analyze vehicle stability and trajectory-tracking performance under disturbances and model uncertainty, and develop control methods that keep the vehicle within safe driving regions while respecting input limits during autonomous operation.