2015 Fiscal Year Research-status Report
実時間非線形最適制御による自動操船システムの高性能化
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15K06617
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
水野 直樹 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30135404)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 最適制御 / 実時間制御 / 船舶制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
航行中の船舶には，風や波，潮流などが絶えず影響を及ぼし，さらに，積荷や燃料の変化，経年劣化などもその操縦性に影響する．的確な操船にはこれらの特性の考慮が必要であり，船舶の特性を熟知した船員により航行がなされている．しかし，船員志願者の不足，効率的な運用，省力化の観点から，船舶の操船を支援するシステムの開発が望まれている．
特に，船舶を所定の位置に誘導する着桟操船は困難な操船の一つである．これは，減速に伴い船体の操縦性能が大きく変化し，かつ外乱の影響が増大するためで，操船にはより高度な操船技術が要求される．着桟操船の自動化に関して，操船所要時間を評価基準とした最短時間制御解をもとに自動操船を目指す研究が知られている．この手法は合理的な制御解が得られる反面，計算手法が複雑である点や，制御解の導出に数値計算上の調整や長い計算時間が必要となることが多く，実海域で直ちに制御解を求め，運用することは困難である．加えて，実用化に際しては，航行中に変化する外乱や，船舶の数学モデルと実船舶とのモデル化誤差を考慮し，指令値を補正する必要がある．
本年度の研究では，実際の船舶の状態と目標値を境界とした2点境界値問題を数値計算法の多重シューティング法を用いて解くことで，最適制御解を求めた．加えて，外乱や操縦特性の変化に対処するため，最適制御解を目標軌道とし，モデル予測制御により軌道に追従を行う制御系を提案した．最後に，提案手法の有効性を確認するために，最適制御解の導出とモデル予測制御による軌道追従を，実海域で実験で検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初，計画していた制御アルゴリズムを開発し，実船実験まで実施し，さらに国際学会でもその成果を発表することができたが，実用化の観点からはまだ改善の余地があるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，実時間非線形最適制御問題の解法として，問題を2点境界値問題として定式化し，マルチシューティング法により解く方法を検討し，実船時間を実施してその有効性を検討した．
その結果，実時間に準ずる時間で実用的な近似解を得られることが分かったが，実用化には更なる計算時間の短縮が必要であることも明らかとなった．
そこで，今後は実時間で非線形最適制御問題を解く手法として，遺伝アルゴリズムや並列計算の採用を検討し，より実用的なアルゴリズムを開発する計画である．
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| Causes of Carryover |
当初予定していた，数値計算用並列計算機他の機器が予定通り発表・発売されなかったため，既存の計算機環境を利用して研究を実施した．
そのため，機器購入に予定していた予算を有効活用するため，次年度使用とした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初検討していた機器は年度内に発表・発売されるとアナウンスされている．
予定機種が発表され次第，購入を検討する予定である．
また，機器購入予定が変更になったことから実験の実施時期も再検討しており，実験実施に必要な予算としても予定している．
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