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Iterative regulatory controller tuning using gradient estimate and measurable disturbances

Research Project

Project/Area Number 19K04456
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 InstitutionTokyo Metropolitan University

Principal Investigator

Masuda Shiro  東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (60219334)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsデータ駆動制御 / 外乱抑制 / 計測可能外乱 / フィードフォワード補償 / 定値制御系 / 化学プロセス制御 / 制御器調整 / 定値制御 / 勾配推定 / 繰り返し調整 / フィードフォワード制御 / 閉ループ更新式 / 安定性評価 / データ駆動制御器調整 / プロセス制御
Outline of Research at the Start

本研究では、データを利用することによって、現状の定値制御系の外乱抑制性能を改善する手法を提案することを目的とする。また、制御性能の改善には、プラント周辺の環境情報データを積極的に活用していくことも考慮する。この方針に基づき、1) 定値制御データによる推定勾配を用いた制御器パラメータの繰り返し調整、2) 計測可能な環境情報データからのフィードフォワード補償器のデータ駆動調整、を主要なアプローチと設定し、詳細な計算アルゴリズムの導出や有効性の検証を行なう。本研究は、定値制御系のデータ駆動制御器調整に対し、実用性の高い繰り返し調整やフィードフォワード外乱補償を導入し、理論解析する点に特徴がある。

Outline of Final Research Achievements

The study aims at the development of the controller parameter tuning for improving disturbance attenuation properties from regulatory control data. The developed algorithms are categorized by the following two parts. The first one is to develop the feedback controller parameter tuning using regulatory control data. The second one is to develop the feedforward controller parameter tuning simultaneously. The feedforward controller works for disturbance attenuation from measurable disturbances. The research activities are summarized as 4 journal papers, 10 international conference papers, 3 invited presentation in the conferences
and 12 domestic conference papers.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

申請研究で着目した定値制御データは,制御性能評価や閉ループ同定に利用する研究が行われていたが,制御器調整にまで利用する研究は申請者の研究以外に取り組まれた例が少ない.したがって,本研究により実システムから得られるデータから直接的に制御器調整を行うデータ駆動制御に新しい展開を与えたと言える.また,産業界の化学プロセス制御では定値制御系に分類される制御ループが多数動作しているが,十分な調整が行われないまま操業されているケースがあるため,本研究の成果の有用性は高い.さらに申請研究が着目した計測可能外乱からのフィードフォワード補償に対する制御器調整も応用上ニーズのある取り組みと言える.

Report

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

    (29 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Closed-loop Identification of Plant and Disturbance Models Based on Data-Driven Generalized Minimum Variance Regulatory Control2022

    • Author(s)
      R. Uematsu, S. Masuda, and M. Kano
    • Journal Title

      Journal of Process Control

      Volume: -

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Data-driven Generalized Minimum Variance Regulatory Control Using Routine Operation Data2022

    • Author(s)
      R. Uematsu and S. Masuda
    • Journal Title

      Asian Journal of Control

      Volume: - Issue: 1 Pages: 40-53

    • DOI

      10.1002/asjc.2776

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pre‐Filter Design for Iterative Controller Parameter Tuning Using Data‐Driven Minimum Variance Regulatory Controllers2021

    • Author(s)
      Shiroi Shotaro、Masuda Shiro
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      Volume: 16 Issue: 10 Pages: 1429-1434

    • DOI

      10.1002/tee.23439

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Consideration on Approximation Methods of Model Matching Error for Data-Driven Controller Tuning2020

    • Author(s)
      Y. Matsui, H. Ayano, S. Masuda, and K. Nakano
    • Journal Title

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      Volume: 13 Issue: 6 Pages: 291-298

    • DOI

      10.9746/jcmsi.13.291

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Closed-loop Identification and Dead Time Estimation Based on Generalized Minimum Variance Evaluation2021

    • Author(s)
      R. Uematsu and S. Masuda
    • Organizer
      2021 European Control Conference (ECC) , June 29 - July 2, 2021, Rotterdam, NL
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Closed-loop Identification and Periodic Disturbance Estimation Based on Generalized Minimum Variance Evaluation2021

    • Author(s)
      R. Uematsu and S. Masuda
    • Organizer
      2021 25th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), 20-23 Oct. 2021, Iasi, Romania (Online)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Iterative Feedback Tuning for Regulatory Control Systems with Measurable Disturbances2021

    • Author(s)
      Y. Takano and S. Masuda
    • Organizer
      3rd IFAC Conference on Modelling, Identification and Control of Nonlinear Systems MICNON 2021, Tokyo, Japan, 15-17 September 2021 (Online)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Data-driven Closed-loop Update Tuning Taking Account of Stability Margin2021

    • Author(s)
      T. Mikami, S. Masuda, and Y. Matsui
    • Organizer
      2021 International Conference on Advanced Mechatronic Systems (ICAMechS), 9-12 Dec. 2021 (Online)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Data-driven Successive Economic Performance Improvement for Model Predictive Control Taking Account of Variance Evaluation of Manipulated Variables2021

    • Author(s)
      Y. Takahashi and S. Masuda
    • Organizer
      SICE Annual Conference 2021, Sep. 8-10, 2021, at Yotsuya Campus, Sophia University, Tokyo (Online)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フィードバック特性を考慮した2 自由度Iterative Feedback Tuning によるPID ゲイン調整2021

    • Author(s)
      三井康平,増田士朗,豊田充
    • Organizer
      電気学会制御研究会,CT-21-056
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 計測可能外乱を利用した 定値制御系に対するIterative Feedback Tuning2021

    • Author(s)
      高野結衣,増田士朗
    • Organizer
      2021年電気学会産業応用部門大会,2021年8月27日
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] データフィルタリングシミュレーションに基づくIterative Feedback Tuning2021

    • Author(s)
      増田士朗,豊田 充
    • Organizer
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 定値制御系におけるIFTのための感度関数の推定法2021

    • Author(s)
      増田 士朗
    • Organizer
      第64回自動制御連合講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ドローン実験モデルに対するIFTに基づくフィードフォワード・フィードバックゲイン調整2021

    • Author(s)
      三井康平,増田士朗,豊田充
    • Organizer
      電気学会制御研究会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 予測誤差法を用いた定値制御系に対するIFT法2021

    • Author(s)
      増田士朗
    • Organizer
      第9回制御部門マルチシンポジウム (MSCS 2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 1 組の入出力データを用いたデータ駆動制御器調整法の最近の展開2021

    • Author(s)
      増田士朗
    • Organizer
      第65回システム制御情報学会 研究発表講演会 (SCI’ 21),テーマセッション招待講演
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 安定性を考慮した閉ループ更新式に基づくデータ駆動制御器調整法2020

    • Author(s)
      三上泰平,増田士朗,松井義弘
    • Organizer
      電気学会制御研究会,CT-20-088
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 勾配推定に基づくデータ駆動繰り返しPID ゲイン調整2020

    • Author(s)
      三井康平,増田士朗,豊田 充
    • Organizer
      電気学会制御研究会,IIC-20-006
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 閉ループ更新式に基づくデータ駆動制御器調整法(DD-CLUT)におけるプレフィルタの設計2020

    • Author(s)
      三上泰平,増田士朗,松井義弘
    • Organizer
      第63回自動制御連合講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 閉ループ応答予測を用いたカスケードシステムに対するIterative Feedback Tuning2020

    • Author(s)
      小嶋陸也,豊田 充,増田 士朗
    • Organizer
      第63回自動制御連合講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 安定余裕を考慮した閉ループ更新式に基づくデータ駆動制御器調整法2020

    • Author(s)
      三上泰平,増田士朗,松井義弘
    • Organizer
      第8回制御部門マルチシンポジウム MSCS 2021
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] スペクトル解析法を用いた計測可能外乱を含む定値制御系に対する2自由度Iterative Feedback Tuning2020

    • Author(s)
      高野結衣,増田士朗
    • Organizer
      第8回制御部門マルチシンポジウム MSCS 2021
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ヘッセ行列を用いた定値制御系における分散評価に基づく データ駆動繰り返し制御器調整2020

    • Author(s)
      古橋美聖,増田士朗
    • Organizer
      第7回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Gradient based pre-filter design for data-driven parameter updating for regulatory controller based on variance evaluation2019

    • Author(s)
      Shogo Okada, Tsukasa Yokoyama, Shiro Masuda
    • Organizer
      58th IEEE Conference on Decision and Control
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Iterative controller parameters tuning using gradient estimate of variance evaluation2019

    • Author(s)
      Shiro Masuda
    • Organizer
      2019 International Conference on Advanced Mechatronic Systems
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Iterative PID regulatory control design using gradient estimate of LQG evaluation2019

    • Author(s)
      Ji Qiang and Shiro Masuda
    • Organizer
      2019 16th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON)
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Iterative PID gain tuning using gradient estimate of variance cost criterion through regulatory control data,2019

    • Author(s)
      Shiro Masuda
    • Organizer
      2019 12th Asian Control Conference (ASCC)
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Data-driven Controller Parameter Tuning Toward a Standard Controller Design2019

    • Author(s)
      Shiro Masuda
    • Organizer
      2019 International Conference on Advanced Mechatronic Systems, Ritsumeikan University, Kusatsu, Shiga, Japan, Aug. 26-28, 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] データ駆動制御を用いた制御性能改善 ー標準的な制御系設計法との関係性についてー2019

    • Author(s)
      増田士朗
    • Organizer
      計測・制御・システム工学部会シンポジウム(制御技術部会共催) 「データ駆動制御―基礎・応用・新展開―」
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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