Independence of Closed-Loop Equilibria and Stability from the Choice of Control Barrier Function for a Given Safe Set
Boston University（波士顿大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）
本文研究控制障碍函数（CBF）选择对闭环系统平衡点的影响，证明安全集内部平衡点的数量、位置和稳定性与CBF选择无关，且不良平衡点仅出现在边界上。
2026-07-02 cs.SY eess.SY
Safe Feedback Optimization through Control Barrier Functions
AI4I institute（AI4I研究所）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）
本文提出了一种基于高阶控制屏障函数的反馈优化方法，确保系统始终满足状态约束并实现稳定最优解。
2026-02-10 cs.SY eess.SY math.OC
Safe Policy Optimization via Control Barrier Function-based Safety Filters
Boston University（波士顿大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出一种策略优化框架，通过联合参数化名义反馈增益和安全过滤组件，提升安全过滤器的稳定性，实验显示能去除不稳定均衡点并改善收敛性。
2026-04-01 cs.SY eess.SY
No Undesirable Equilibria, No Collisions: Combining Modulation and Control Barrier Functions for Liveness and Safety in Dynamic Collision Avoidance
Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics, University of Pennsylvania（机械工程与应用力学系，宾夕法尼亚大学）
本文提出调制CBF-QP框架，结合调制与控制屏障函数策略，有效减少动态避障中的虚假平衡点，提升安全性和效率。
2026-10-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Collision Avoidance for Convex Primitives via Differentiable Optimization Based High-Order Control Barrier Functions
New York University（纽约大学）；Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）
针对凸基元碰撞避免及扭矩控制等场景下的问题，提出基于可微优化的高阶控制障碍函数框架，将非凸约束转为线性约束并解决伪平衡点问题，在机械臂实验中验证了有效性。
2026-10-08 cs.SY eess.SY
On the relationship between control barrier functions and projected dynamical systems
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文研究了控制屏障函数与投影动力系统的关系，提出了一种基于CBF的控制器设计方法，能够在保证安全性的前提下保持系统稳定性并避免不利的平衡点或极限环。
2023-09-08 cs.SY eess.SY math.OC
Fixed-Time Convergent Control Barrier Functions for Coupled Multi-Agent Systems Under STL Tasks
针对一类耦合多智能体系统，提出了一种基于时变固定时间收敛控制障碍函数（TFCBF）的控制策略.在这个框架中，每个代理被分配一个本地STL任务，而不需要其他代理的任务。每个任务都可能依赖于其他代理的行为，这可能会导致所有任务的满意度发生冲突。我们的方法找到了一个强大的解决方案，以保证固定的时间满足STL任务的最少违反的方式和独立的代理的初始条件，在存在不希望的违反影响的邻居代理。特别地，任务满意度的鲁棒性能可以以用户指定的方式进行调整。
2021-03-29 cs.SY eess.SY
Feedback Optimization with State Constraints through Control Barrier Functions
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出了一种通过结合安全梯度流与高阶控制屏障函数，实现强制执行状态约束的反馈优化方法，并证明了其稳定性与约束满足性。
2025-09-01 cs.SY eess.SY math.OC
Energy-efficient Merging of Connected and Automated Vehicles using Control Barrier Functions
针对高速公路合流场景的痛点，本文提出基于控制障碍函数的非结构化网联自动驾驶车辆合流算法，经蒙特卡洛仿真验证，相比先入先出方法可提升交通流效率并实现显著节能。
2025-03-19 cs.SY eess.SY
Optimization-Based Safe Stabilizing Feedback with Guaranteed Region of Attraction
针对仿射控制系统的安全镇定问题，提出了一种基于惩罚的反馈优化设计框架。我们的出发点是可用性的控制李雅普诺夫函数（CLF）和控制障碍函数（CBF）定义的仿射输入不等式，证明，分别为动态的稳定性和安全性目标。利用约束优化的惩罚方法的思想，所提出的设计框架将其中一个不等式作为硬约束，另一个作为软约束。我们研究了闭环系统的性能下得到的反馈控制器，并确定条件的罚参数，以消除不需要的平衡，可能会出现。超越了文献中的局部稳定性保证，我们能够提供一个内部近似的平衡吸引区域，并确定条件下，整个安全集属于it.Simulations说明我们的结果。
2022-07-25 cs.SY eess.SY math.OC
Stability Analysis in Multi-Constraint Safety Filters for Linear Systems
California Institute of Technology（加州理工学院）
针对仿射状态约束线性系统的多约束安全滤波器，通过几何框架和显式活动集实现，分析边界平衡点和不稳定活动集模式，提出最小相位测试、退缩锥和LMI条件来区分发散与有界收敛行为。
2026-10-08 cs.SY eess.SY math.OC
Practical Considerations for Discrete-Time Implementations of Continuous-Time Control Barrier Function-Based Safety Filters
针对连续时间基于控制屏障函数的安全滤波器离散时间实现中，CBF相对控制输入的李导数幅值近零引发的抖振或约束违反问题，提出三种缓解策略，经仿真和真实四旋翼验证可保障安全集内所有状态的安全性。
2024-04-18 cs.SY eess.SY
Collision-free Source Seeking Control Methods for Unicycle Robots
Engineering and Technology Institute Groningen（格罗宁根工程技术研究所）；University of Groningen（格罗宁根大学）
本文针对未知杂乱环境中的独轮机器人，提出一种将控制屏障函数嵌入二次规划并与梯度上升源搜索控制律直接集成的无碰撞源搜索框架，解决了混合相对阶和位置偏移问题，并通过蒙特卡洛仿真和 Gazebo/ROS 动态环境验证了其有效性。
2024-11-20 cs.RO cs.SY eess.SY
SafeSpace: Aggregating Safe Sets from Backup Control Barrier Functions under Input Constraints
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出一种框架，通过组合控制屏障函数将多个小的安全集合并为一个认证安全集，以扩大操作范围。
2026-04-04 cs.SY eess.SY
On the Stability of Undesirable Equilibria in the Quadratic Program Framework for Safety-Critical Control
Faculty of Engineering, University of Porto（波尔图大学工程学院）
本文研究了CLF-CBF-QP框架中均衡点的形成与稳定性，提出CLF-CBF兼容性概念，并为线性系统设计了满足兼容性的控制策略，以实现多安全目标下的安全性和轨迹准全局收敛。
2026-03-15 cs.SY eess.SY
Neural Network-assisted Interval Reachability for Systems with Control Barrier Function-Based Safe Controllers
Boston University（波士顿大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文提出用预训练神经网络近似基于CBF的优化控制器，并结合混合单调理论与神经网络验证算法构造嵌入系统，通过单条轨迹高效过近似系统可达集，用于性能与稳定性验证。
2025-04-11 cs.LG cs.SY eess.SY
Multi-agent systems with CBF-based controllers -- collision avoidance and liveness from instability
保证系统稳定性通常是主要的控制设计目标。在本文中，我们提出了一个系统，不稳定性提供了一个至关重要的好处。我们考虑使用控制障碍函数（CBF）的多智能体碰撞避免和研究安全性和活性之间的权衡-没有大的弯路或交通堵塞到达目的地的能力。我们比较了两个标准的分散政策，只有本地（主机）控制可用，共同优化的政策（PCCA和CCS），每个人的（虚拟）控制动作可用。协同优化策略计算每个人的控制权，即使他们缺乏关于其他人意图的信息。为了进行比较，我们使用集中式的完整信息策略作为基准。本文的一个贡献是证明了集中式，PCCA和CCS策略的可行性。Monte Carlo模拟表明，分散的，只有主机的控制策略和CCS缺乏活跃性，而PCCA策略执行以及集中。接下来，我们解释了观察到的结果，考虑两个代理商谈判通过一个路口的顺序。我们发现，所产生的均衡的结构和稳定性与观察到的倾向，以僵局-不稳定的均衡政策避免僵局，而那些稳定的不。
2022-07-11 cs.SY eess.SY
Characterization of the Dynamical Properties of Safety Filters for Linear Planar Systems
该文研究基于控制障碍函数的安全滤波器闭环系统动力学特性，给出非期望平衡点存在的充要条件，完整表征线性平面系统下的动力学，分析欠驱动与全驱动情形的差异并通过仿真验证。
2024-08-16 cs.SY eess.SY math.OC
Bearing-Based Formation Control with Optimal Motion Trajectory
基于方位角的分布式编队控制是一种很有吸引力的方法，因为它可以通过基于视觉的测量来实现所需的编队。基于方位测量的连续下降控制器已被证明具有许多有益的特性，如全局收敛性，适用于不同的图拓扑结构和任意维数的拓扑结构，以及在选择成本方面的一些灵活性。然而，在实践中，这种控制器通常产生从它们的初始位置到地层中的最终位置的回旋路径。在本文中，我们提出了一种新的程序来优化基于梯度下降的方位为基础的编队控制器，以获得更短的路径。我们的方法是基于参数化的代价函数，并通过扩展，控制器。我们形成并解决一个非线性优化问题的代理轨迹的路径长度的总和为目标，并受原始平衡和全局收敛条件的编队控制。我们的仿真结果表明，参数可以优化从一个非常小的数量的训练样本（1至7），以直线的轨迹约16%，为大量的随机初始条件的纯方位形成。然而，在没有任何范围信息的情况下，地层的规模不是固定的，并且这种优化可能导致地层尺寸的不期望的压缩。包括距离测量避免了这个问题，并导致进一步的轨迹拉直66%。
2022-03-24 cs.SY eess.SY
Global Stabilization of Antipodal Points on n-Sphere with Application to Attitude Tracking
针对现有非中心协同混合控制器存在切换故障时易引发退绕或失稳的问题，提出基于角度翘曲生成的中心协同势函数族的混合控制器，衍生出兼具一致性、切换容错性且放宽参数假设的四元数姿态跟踪控制器，仿真验证其鲁棒性更优。
2023-06-08 cs.SY eess.SY
Reference-Governed Distributed Safe Gradient Flow for Safe Optimal Output Agreement of Multi-Agent Systems
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
提出参考调控双层架构，上层通过一阶控制屏障函数约束梯度流，下层基于内模输出调节器构建动态安全裕度，实现非线性多智能体系统的安全最优输出一致性，避免高阶控制屏障函数的调参敏感和稳态偏移问题。
2026-07-03 cs.SY eess.SY
Safe Whole-Body Task Space Control for Humanoid Robots
Ohio State University（俄亥俄州立大学）
针对人形机器人全身控制中的安全问题，提出结合指数控制屏障函数的逆动力学控制方法，通过二次规划约束零力矩点等，确保安全集合不变性，并在Digit机器人上验证。
2023-10-12 cs.RO cs.SY eess.SY
