이 연구 주제는 선형 시불변 시스템을 포함한 다양한 동적 시스템의 거동을 수학적으로 해석하고, 시스템 내부 상태를 정밀하게 추정하기 위한 제어이론의 기초와 응용을 다룬다. 박종구 연구실의 대표 논문인 동적 관측기 설계 연구는 직접 측정하기 어려운 상태변수를 안정적으로 복원하는 방법에 초점을 두며, 복잡한 제어 시스템의 성능 향상과 안정성 확보를 위한 핵심 기반을 제공한다. 이러한 연구는 제어 대상의 물리적 특성과 외란, 모델 불확실성을 함께 고려하는 현대 제어공학의 중요한 축을 형성한다. 구체적으로는 상태관측기, 추정기, 분리원리, 미지 입력 관측기와 같은 개념을 바탕으로, 시스템 출력만으로 내부 상태를 재구성하는 알고리즘을 설계한다. 이는 센서 제약이 존재하거나 모든 상태를 직접 측정할 수 없는 산업 시스템에서 매우 유용하며, 제어기 설계와 결합될 때 더 높은 수준의 정밀 제어를 가능하게 한다. 연구실의 학술 활동에서는 동적 상태추정, 관측기 설계, 시간지연 및 불확실성 고려와 같은 이론적 요소가 지속적으로 나타나며, 이를 통해 이론 중심의 제어 연구 역량이 축적되어 왔다. 이러한 상태추정 기반 제어 연구는 향후 자율주행 로봇, 수중 무인체, 스마트 제조 설비, 네트워크 기반 제어 시스템 등으로 확장될 수 있다. 정확한 상태 인식은 고성능 제어의 전제 조건이므로, 관측기 설계와 상태추정 기법은 지능형 시스템의 신뢰성을 높이는 핵심 기술로 평가된다. 따라서 이 연구는 순수 이론 연구를 넘어 실제 시스템의 안정성, 효율성, 강인성을 동시에 향상시키는 기반 기술로서 의미가 크다.

박종구 연구실의 핵심 연구 축 가운데 하나는 입력포화가 존재하는 제어 시스템에서 성능 저하와 불안정성을 방지하기 위한 안티와인드업 제어기 설계이다. 실제 구동기와 액추에이터는 물리적 한계를 가지므로, 이상적인 제어 입력이 계산되더라도 이를 그대로 시스템에 적용할 수 없는 경우가 많다. 이러한 상황에서는 적분기 와인드업이나 제어 오차 누적이 발생하여 시스템 응답이 크게 악화될 수 있으며, 연구실은 이를 해결하기 위한 동적 보상기 및 안티와인드업 방법론을 체계적으로 연구해 왔다. 특히 시간지연 시스템, 상태제약 시스템, 피드백 선형화가 가능한 비선형 시스템 등 다양한 조건에서 동적 안티와인드업 기법을 제안한 논문들은 연구실의 대표적인 성과로 볼 수 있다. 이들 연구는 기존에 설계된 제어기를 유지하면서 추가 보상기를 설계해 포화 상황에서의 성능 열화를 완화하고, 전체 폐루프 시스템의 안정성을 보장하는 데 중점을 둔다. 이는 산업 현장에서 기존 제어 시스템을 대대적으로 변경하지 않고도 실제 제약 조건에 대응할 수 있게 해주는 실용적 장점이 크다. 안티와인드업 제어는 공정제어, 모터구동, 항공우주, 해양시스템, 로봇제어 등 액추에이터 포화가 빈번한 거의 모든 제어 응용 분야에서 중요하다. 연구실의 축적된 성과는 단지 특정 시스템의 보상 설계에 그치지 않고, 포화와 제약을 고려한 제어기 구조 설계라는 보다 일반적인 문제를 다룬다는 점에서 학문적 가치가 높다. 앞으로도 고신뢰 자율시스템과 복합 동적 시스템의 제어 안정성 확보를 위해, 입력제한을 고려한 강인 제어 및 적응형 보상 연구로 확장될 가능성이 크다.

연구실의 최근 학술 발표와 응용 연구를 보면, 전통적인 제어이론을 로봇과 무인체 시스템에 접목하는 방향이 뚜렷하게 나타난다. 로봇 매니퓰레이터의 비주얼 서보, 이동로봇의 위치추정, 군집로봇의 협력제어, 무인 잠수정과 무인 수상정의 경로추종 제어 등은 모두 실제 환경에서 자율성을 확보하기 위한 응용 사례들이다. 이는 연구실이 제어이론의 수학적 엄밀성을 유지하면서도, 센서와 환경 불확실성이 큰 실제 로봇 시스템으로 연구 범위를 넓혀 왔음을 보여준다. 세부적으로는 카메라 기반 동적 비주얼 서보, 지자기 맵을 활용한 실내 위치인식, 하이브리드 맵 기반 SLAM, 수중무인체의 적응 제어, 속도 서보 루프 기반 제어 등 다양한 주제가 다루어졌다. 이러한 연구들은 단순한 위치 제어를 넘어 인지와 제어의 통합, 센서 정보 융합, 환경 적응형 제어 알고리즘 설계로 이어진다. 특히 수중로봇이나 이동로봇은 모델 불확실성, 외란, 통신 제약, 비정형 환경 등 복합적인 문제가 존재하기 때문에, 강인한 제어 설계와 위치추정 기술의 결합이 필수적이다. 이 연구 방향은 스마트 제조, 자율 물류, 해양 탐사, 국방 무인체계, 서비스 로봇 등으로 확장 가능한 응용 잠재력이 높다. 연구실이 축적한 자동제어와 제어이론 기반은 실제 로봇 플랫폼의 안정성, 정밀도, 자율성을 높이는 데 직접적으로 기여할 수 있으며, 향후에는 지능형 제어와 센서 기반 인식 기술을 결합한 고도화된 자율시스템 연구로 이어질 가능성이 크다. 따라서 이 분야는 연구실의 이론적 전통과 실용적 확장성이 가장 잘 만나는 대표적인 응용 연구 주제로 볼 수 있다.