확률적 제어 장벽 함수: 이산시간 확률 시스템의 안전 보장

초록

본 논문은 이산시간 확률 시스템에 대해 확률적 안전을 보장하는 새로운 제어 장벽 함수(Probabilistic CBF)를 제안한다. 확률적 CBF는 순간적인 확률 구간을 만족하도록 설계되며, 순간 평균·분산 정보 혹은 샘플 기반의 불확실성 정량화 기법을 이용해 실용적인 충분조건을 도출한다. 제안 방법은 유한 시간 구간 내에서 사전 지정된 안전 확률을 보장하고, 사족보행 로봇 실험을 통해 실제 적용 가능성을 입증한다.

상세 분석

논문은 먼저 기존의 결정론적 CBF가 확률적 교란 하에서는 적용이 어려움을 지적하고, 이를 보완하기 위해 “확률적 CBF”라는 개념을 정의한다. 정의 2에 따르면, 상태 x가 안전 집합 C에 있을 때, 제어 u를 선택해 다음 상태 F(x,u,d)에서 h(F)≥α h(x) 를 확률 1‑δ 이상 만족하도록 한다. 여기서 α∈