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Development of closed-loop identification algorithms and system identification based on statistical methods

Research Project

Project/Area Number 20K04535
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 InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

Hideyuki Tanaka  広島大学, 人間社会科学研究科(教), 教授 (90303883)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords閉ループ同定 / 部分空間同定法 / 不安定系の同定 / 最小実現 / 確率実現 / LPVシステムの同定 / カーネル法 / LPV システムの同定 / 不安定系 / 統計的手法 / 確率部分空間同定法
Outline of Research at the Start

本研究では閉ループ同定における精度を向上させるため,1990年代からある閉ループ同定法を再訪してその問題を明らかにし,新たな閉ループ部分空間同定法を開発する。確率実現に関する知識を用い発展させながら,閉ループ下にある不安定系に対して数値的に安定な同定法を導出する。さらに,得られた知識に基づいて統計的な手法によるパラメータ依存システムの同定を拡張し,機械学習的な考えを用いた動的システムのモデリングに関する展開を行う。

Outline of Final Research Achievements

Closed-loop identification is important for unstable systems and systems that inherently require feedback. In this research project, we developed two closed-loop subspace identification methods for an unstable linear time-invariant system to find the minimal realization of the plant without a model reduction step: One is based on the left-right coprime factor decomposition over the set of stable proper real rational transfer functions and on the block-lower-triangular Toeplitz matrices, and the other is based on the orthogonal decomposition of the plant and controller innovations. In addition, we studied closed-loop identification for a linear-parameter-varying system based on the knowledge of subspace identification methods. We obtained the state estimation based on the one-step-ahead prediction error using the kernel least squares method and kernel canonical correlation analysis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

制御系の設計解析には正確なモデルが必要である。従来,不安定な線形時不変系の閉ループ同定では,ARMAX モデルのように同定対象と雑音モデルの分母が共通のモデルで同定を行っていた。このため雑音を含んだモデルで同定する必要があった。本研究では,Box-Jenkins モデルのように異なる分母を持つモデルを考え,低次元化せず同定対象の最小実現を求める部分空間同定法を開発した。
線形パラメータ変化システムは,線形系の直観を保ちながら非線形な制御問題への枠組みを与える有力な方法である。非線形問題を凸問題へと帰着する強力な方法であるカーネル法を用い,線形パラメータ変化システムの同定に関する研究を行った。

Report

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

    (15 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Modeling of Finger Motions Measured by Leap Motion Controller Using State-Space Model with Step Input2023

    • Author(s)
      Ryuichi Usami and Hideyuki Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Robotics, Networking and Artificial Life

      Volume: 9 Pages: 309-315

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Minimal realization of an unstable plant under feedback2021

    • Author(s)
      Hideyuki Tanaka and Kenji Ikeda
    • Journal Title

      IFAC-PapersOnLine

      Volume: 54 Issue: 7 Pages: 773-778

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2021.08.455

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An Introduction of a CCA Weighting Matrix to a Closed-Loop Subspace Identification Method2021

    • Author(s)
      Kenji Ikeda and Hideyuki Tanaka
    • Journal Title

      IFAC-PapersOnLine

      Volume: 54 Issue: 7 Pages: 761-766

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2021.08.453

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] State Estimation for Closed-Loop LPV System Identification via Kernel Methods (accepted)2023

    • Author(s)
      Hideyuki Tanaka and Kenji Ikeda
    • Organizer
      IFAC World Congress 2023, Yokohama, JAPAN
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 閉ループLPV同定における状態項の推定に関する数値的解析2023

    • Author(s)
      田中 秀幸,池田 建司
    • Organizer
      第10回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム(MSCS2023)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ある閉ループ部分空間同定法における周波数領域での不確かさの推定2023

    • Author(s)
      池田 建司,田中 秀幸
    • Organizer
      10回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム(MSCS2023)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 乱択化フーリエ特徴関数によるカーネル法を用いた非線形ARXモデルの同定2022

    • Author(s)
      田中 秀幸,池田 建司
    • Organizer
      第65回 自動制御連合講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Consistent estimate of a residuals covariance for the estimation of noise covariance2022

    • Author(s)
      Kenji Ikeda and Hideyuki Tanaka
    • Organizer
      The 54th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Closed-Loop MOESP法における拡大可観測性行列推定値の共分散行列の推定2022

    • Author(s)
      池田 建司,田中 秀幸
    • Organizer
      第65回 自動制御連合講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] カーネル法による閉ループ下にあるLPVシステムの状態推定について2022

    • Author(s)
      田中 秀幸,池田 建司
    • Organizer
      第9回 制御部門マルチシンポジウム (MSCS 2021)
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] フィードバック下にある同定対象の最小実現の同定―状態推定によるアプローチ―2021

    • Author(s)
      田中 秀幸,池田 建司
    • Organizer
      第64回自動制御連合講演会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 不安定系の閉ループ同定に関する一考察2020

    • Author(s)
      田中秀幸,池田建司
    • Organizer
      第63回自動制御連合講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 閉ループ環境におけるイノベーションモデル推定の精度向上について2020

    • Author(s)
      池田建司,田中秀幸
    • Organizer
      第63回自動制御連合講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 閉ループ部分空間同定法におけるバイアス項低減に関する数値的解析2020

    • Author(s)
      池田建司,田中秀幸
    • Organizer
      第8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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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 閉ループ下にある不安定系の最小実現―数値的に安定な計算法の導出―2020

    • Author(s)
      田中秀幸,池田建司
    • Organizer
      第8回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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