2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a unified framework for optimal control and estimation of nonlinear stochastic systems based on path integral analysis
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15K18089
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐藤 訓志 大阪大学, 工学研究科, 講師 (60533643)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 確率制御 / 非線形制御 / 最適制御 / クアッドコプタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は，非線形フィルタによるパラメータ同定に基づくツインロータ，クアッドロータヘリコプタの非線形確率システムモデルの構築と，非線形確率最適制御の適用を行った．確率システムのダイナミクスモデルをドリフトと拡散ダイナミクスに分け，ドリフトダイナミクスはシステムの平均挙動を表す部分であるため，第一モデル原理に従い運動学・動力学方程式からモデルを構築した．つぎに，確率的不確かさを表す拡散ダイナミクス部分のモデル化として，得られた応答データからドリフトダイナミクスモデルの応答を除くことで，確率的不確かさに関する応答データを取得する．このデータに対して複数のパラメトリックモデルの候補を用意し，非線形フィルタによるパラメータ同定を行い，適合度が最も高いモデルを採用した．ドリフトダイナミクスのモデル化誤差に起因する確定的な誤差信号の影響が，最終的に得られる確率モデルの精度に無視できない影響を与えることがわかったため，更なる理論的な成果として，これまで確率的外乱のみを考慮していた提案手法を，確率外乱だけでなく有界確定外乱も同時に扱えるように拡張した．これにより，実験結果とよく適合する非線形確率システムモデルを得ることができ，実機検証として小型ヘリコプタの非線形確率最適制御による目標軌道の最適追従制御や目標点での確率安定化制御を行い，提案制御法と得られたモデルに関する有効性を確認した．
研究期間全体の成果として，申請者が非線形確率最適制御の解法として研究を行ってきた反復型経路積分制御法の原理を応用して，新たに非線形フィルタ問題の解法の開発を行い，状態推定だけでなく非線形確率システムのモデル化にも適用した．また，確率外乱と確定外乱を同時に扱えるように制御法を拡張した．これらにより，経路積分解析に基づく非線形確率最適制御・推定・モデル化を包括的に扱える新しい枠組みを開発することができた．
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