2016 Fiscal Year Research-status Report
分散評価に基づくデータ駆動制御器調整の理論展開とプロセス制御応用に関する研究
| Project/Area Number |
16K06423
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
増田 士朗 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (60219334)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加納 学 京都大学, 情報学研究科, 教授 (30263114)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | データ駆動型制御器調整 / 定値制御系 / 分散評価 / 制御性能評価 / 外乱抑制 / フィードフォーワード補償 / 非線形制御 / ＰＩＤ制御 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
制御対象のモデルを使わないでデータから直接，制御器調整を行なうデータ駆動制御器調整法は，モデルを求めることが困難な場合やパラメータ調整の効率化が求められる場合に有効である．申請研究では，このようなデータ駆動型制御器調整法において，データ取得が容易な定値制御データのみを用いて分散評価に基づき制御器調整を行なう手法の開発に取り組む．具体的には，[課題1]として，システム同定や制御性能評価の観点から新たな理論課題を設定し，その課題を解決することに取り組む．また，[課題2]として，実プロセスへの応用を想定した基本制御構造を拡張することに取り組む．
平成28年度では，[課題1]として，a) 閉ループ同定に関連する理論課題，b) 制御性能評価に関連する理論課題 c) 構造が限定された制御器を用いた場合の理論課題について取組み，一般化出力の分散評価に基づいて制御器調整する手法について閉ループ同定における予測誤差法との関連について考察を深めるとともに，FIR型制御器やPID制御器に構造を限定した場合に対してデータ駆動型制御器調整法を与え，その理論解析を行なった．
[課題2]については，a)非線形系への拡張， b) フィードフォワード補償への拡張，c) 正則化法を導入した手法について取り組んだ．a)については，1入力1出力連続時間非線形アフィン系に対して，フィードバック線形化制御の制御パラメータをデータ駆動型で制御器調整する手法を与えた．また，b)については出力端に加わった外乱をフィードフォワード補償する手法を与えた．さらにc)については，データ駆動型一般化最小分散制御に対して繰り返し調整を適用した場合に正則化項の逐次更新法が有効であることを示した．
以上のように，設定した課題に対し，様々な取り組みを行ない，次年度の研究につながる重要な研究成果が得られた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
[課題1]として，a) 閉ループ同定に関連する理論課題，b) 制御性能評価に関連する理論課題 c) 構造が限定された制御器を用いた場合の理論課題を具体的な課題として設定したが，a),b)について閉ループ定値制御出力データから制御不変量を推定することが本研究で提案するデータ駆動制御器調整法と閉ループ同定や制御性能評価との橋渡しをする重要なステップであるということがより明確になった．平成28年度の研究では，その考え方に基づいて外乱モデルが未知の場合に対するデータ駆動型一般化最小分散制御系設計法を提案する研究成果を挙げることができた．また，c)については，制御器の構造を限定した場合，制御器調整に用いる初期データの影響が大きくあらわれることが明らかになり，その影響を取り除くために，繰り返し調整が有効であることを明らかにした．このように[課題1]として設定した理論課題について新しい知見が得られており，概ね順調に進展していると評価できる．
また，[課題2]として，a)非線形系への拡張， b) フィードフォワード補償への拡張，c) 正則化法を導入した手法に取り組むことを設定したが，a) については，1入力1出力連続時間非線形アフィン系に対して，フィードバック線形化制御の制御パラメータをデータ駆動型で制御器調整する手法を与えることができ，和文論文としてその成果をまとめた．また，b)およびc)については，設計手順を具体的に与えたものを国際会議で発表する論文としてまとめた．このように[課題2]についても，設定した研究計画に基づいた取組みを行ない，研究成果が挙げることができているので， 概ね順調に進展していると評価できる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として，平成28年度同様に，[課題1]として本研究で提案するデータ駆動型制御器調整法に関する理論的な検討を進める．具体的には，閉ループ定値制御出力データから閉ループ同定手法とデータ駆動型制御器調整法を相補的に利用する方法や繰り返し調整法について，これまでに得られた知見をもとに理論解析を深める．また，関連する手法としてNon-iterative Correlation Method法や学習制御手法との関係性について考察を加え，新しい手法に展開することを検討する．
[課題2]では，前年度に行ったa)非線形系への拡張， b)フィードフォワード補償への拡張，c)正則化法を導入について拡張を進め，実システムに応用可能性を広げる．a)に対しては相対次数が2以上の非線形系への拡張やフィルタ設計の検討する．b)については，別工程からの干渉によって発生する外乱といった状況に備えるようにする．c)については，繰り返し調整法に基づく正則化項設計について理論的な検討を深める．
[課題2]の実プロセスへの応用を想定した基本制御構造を拡張に関連して，多入出力系への拡張や連続時間系モデルへの拡張について検討を行ない，データ駆動型制御器設計法の体系化も同時に進める．また，これまで開発してきたアルゴリズムのツール化を行ない，開発したアルゴリズムを利用しやすい形にすることを検討する．また，化学プロセスモデルへの応用では，酢酸ビニルモノマープラントモデルへの適用について準備を進める．
|
| Causes of Carryover |
平成28年度における研究成果を発表する機会が平成29年度における国際会議等で多数あるため，平成28年度の予算執行の一部を残し，平成29年度の執行分を増やすように計画を変更した．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年12月にAsian Control Conference 2017 がオーストラリア，ゴールドコーストで開催される．その会議に平成28年度における研究成果である構造制約した分散評価に基づく制御器設計法やFRIT法における最適プレフィルタに関する研究を行なう予定である．平成28年度の予算の残額は，その会議に参加するための旅費および参加登録費に執行する予定である．
|
