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Design of Observers for Nonlinear Sampled-data Systems based on Strict-feedback Systems

Research Project

Project/Area Number 19K04453
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21040:Control and system engineering-related
Research InstitutionThe University of Shiga Prefecture (2022)
Shizuoka University (2019-2021)

Principal Investigator

Katayama Hitoshi  滋賀県立大学, 工学部, 教授 (20268296)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsオブザーバ / 非線形サンプル値制御 / 非線形ネットワーク制御 / 状態変換 / 非線形オブザーバ / ネットワーク制御
Outline of Research at the Start

非線形オブザーバ(状態推定器)問題では、非線形システムの線形化による設計法が広く議論されているが、適用可能なシステムのクラスが小さい、ロバスト性に欠ける等の問題点がある。本研究では、非線形システムの「厳密フィードバック系+状態拡張」への状態変数変換を解明し、厳密フィードバック系のサンプル値オブザーバ設計法の拡張から、非線形システムの広いクラスに対するサンプル値オブザーバ設計法を開発し、ネットワーク制御への応用からその有効性を確認する。さらに安定化状態フィードバック則との組み合わせによるサンプル値オブザーバ型安定化出力フィードバック制御器の設計法の開発を目指す。

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we have tried to design observers for nonlinear sampled-data systems by using both a change of the state variable and an extension of the state variable. Unfortunately, we have not found a good way to derive a class of systems that can be converted to strict-feedback systems for the purpose of the observer design. We still try to find a way to derive such a class.
We also consider the design of observers and output feedback stabilizing controllers for sampled-data strict-feedback systems with time-varying sampling periods and networked strict-feedback systems. We have developed two design methods of observers and output feedback controllers for such systems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

厳密フィードバック系は非線形システムの重要なクラスである。このクラスの時変なサンプリング周期を持つサンプル値系とネットワーク制御系に対し、オブザーバ設計法と安定化出力フィードバック制御器設計法を提案できるため、船舶、車両等の移動体に対し現実的な制御系設計法を提案できる。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Nonlinear Sampled-Data Control of Surface Vessels2022

    • Author(s)
      片山仁志
    • Journal Title

      Journal of The Society of Instrument and Control Engineers

      Volume: 61 Issue: 2 Pages: 103-108

    • DOI

      10.11499/sicejl.61.103

    • NAID

      130008159325

    • ISSN
      0453-4662, 1883-8170
    • Year and Date
      2022-02-10
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Digital implementation of continuous-time observers for nonlinear networked control systems2021

    • Author(s)
      H. Katayama
    • Journal Title

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 213-222

    • DOI

      10.1080/18824889.2021.1956405

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ネットワーク厳密フィードバック系の出力フィードバック安定化2023

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      第10回 制御部門マルチシンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Discretization of Continuous-time Controllers for Nonlinear Networked Control Systems2022

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      SICE Annual Conference 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 通信ネットワークを考慮した3DOF洋上船舶のオブザーバ設計2021

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      日本機械学会 第17回「運動と振動の制御」シンポジウム (MoViC2021)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Design of Reduced-order Observers and Output Feedback Controllers for Sampled-data Strict-feedback Systems with Time-varying Sampling Intervals2020

    • Author(s)
      H. Katayama
    • Organizer
      IFAC World Congress 2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 離散時間モデルに基づく非線形ネットワーク制御系のオブザーバ設計2020

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      第62回自動制御連合講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 離散時間確率システムに基づく非線形確率サンプル値システムも確率漸近安定性の十分条件2020

    • Author(s)
      佐藤訓志, 片山仁志
    • Organizer
      第62回自動制御連合講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 線形ダイナミクスが付加されたサンプル値厳密フィードバック系の低次元オブザーバの設計と追従制御問題への応用2020

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      第6回 制御部門マルチシンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 確率制御アプローチによるガウス過程回帰により表されたシステムの安定性解析2020

    • Author(s)
      佐藤訓志, 福永修一, 片山仁志
    • Organizer
      第6回 制御部門マルチシンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Design of a state and disturbance reduced-order observer for sampled-data underactuated ships with constant disturbance2019

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      The 12th Asian Control Conference
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of stabilizing output feedback controllers for sampled-data strict-feedback systems with stable actuator dynamics2019

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      SICE Annual Conference 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 時変なサンプリング区間を持つサンプル値厳密フィードバック系の低次元オブザーバの設計2019

    • Author(s)
      片山仁志
    • Organizer
      第61回自動制御連合講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 近似モデルに基づく離散時間確率システムの準大域的実用確率漸近安定性の十分条件2019

    • Author(s)
      佐藤訓志, 片山仁志
    • Organizer
      第61回自動制御連合講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 確率解析に基づくガウス過程回帰により表されたシステムの安定性解析2019

    • Author(s)
      佐藤訓志, 福永修一, 片山仁志
    • Organizer
      第63回システム制御情報学会研究発表講演会(SCI’19)
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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