2018 Fiscal Year Research-status Report
モデルベーズド設計とデータ駆動設計の長所を生かした制御系設計法の構築
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17K06496
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
佐伯 正美 広島大学, 工学研究科, 特任教授 (60144325)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 信敬 広島大学, 工学研究科, 教授 (50335709)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 正規化既約分解法 / ループ整形法 / パラメータ空間設計 / ゲイン調整 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，申請者のいままでの成果を発展させて，数式モデルによる安定化設計とデータ駆動設計の長所を生かした制御器設計法を構築し，２つの制御問題（モデルに基づく設計で安定化されたフィードバック系を制御対象としたデータ駆動設計，および，数式モデルから求めた安定制約を考慮したオンラインデータ駆動設計）に対する設計法を確立することである．本年度には，1番目の課題について以下を検討した．
数式モデルに基づくロバスト制御系の設計法として，正規化既約分解によるループ整形法がある。これはH∞制御理論に基づく実用性の高い設計法であるが，モデル誤差により制御性能が劣化すると再設計に多大な労力を要する。この軽減のためにデータ駆動による調整法を検討した。すなわち，この設計問題で用いられるH∞評価関数を過渡応答データを用いて評価する方法とそれを用いたパラメータ設計法を検討し，以下の成果を得た。
過渡応答データを用いてH∞評価関数の下界を評価する既存の方法にたいして，過渡応答データを多数のバンドパスフィルタでフィルタリングする方法を用いることで，下界の推定値を真値に近づけることに成功した。これを評価関数の推定値として用い，パラメータ空間法を適用した。解の大域的な形状が3次元空間の領域として描画できる。数値実験では3入力3出力のフィードバック系に対して，対角定数行列のゲイン補償器を挿入し，３つのゲインを評価関数を最小化するように調整する問題を扱い，適切なパラメータ値が得られた。詳細は学会発表の論文を参照されたい。
データ駆動設計を実験で評価するために，ドローンを用いた実験環境の整備をおこなった。不安定系なので，安定飛行状態でテスト信号を加えて，PID制御器の入出力応答データを測定することまで行えるようになった。
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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
平成29年度は2番目の課題を行い，今年度は1番目の課題を扱った。数式モデルに基づく設計法として実用性の高いループ整形法で設計されたフィードバック系に対して，モデル誤差により制御性能が劣化する場合を想定した。多入力多出力系のH∞制御の評価関数を制御設計で用いているので，同じ評価関数をデータ駆動設計で用いることが設計の最適性の評価に必要であった。今回，新しい評価法を提案し，数値実験によりステップ応答の測定データを用いて評価関数の値をかなり高精度に推定できることが分かった。これにより，制御系設計とデータ駆動設計の長所を生かした設計が行えることがわかった。評価関数の下界しか求まらない点や過渡応答データに依存する点で，数値最適化に用いるほどの精度はなく，領域を可視化するパラメータ空間法が適用しやすかった。3パラメータに限定すれば，パラメータ調整に利用可能と考えられる。以上の点では順調に進展している。
ドローンの実験装置の環境を整備したが，不安定系でデータの収集が容易でない点やデータ駆動設計に用いたがシミュレーションとの差が大きく十分な成果は現在のところ得られていない。原因の解明と解決が必要である。以上より，おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、モデルに対してPID制御器を設計し、オンラインデータ駆動制御を適用した．平成30年度は、モデルに対して正規化既約分解法で制御器を設計し、データ駆動設計法でゲイン調整する方法を開発した。これにより，ロバスト制御とデータ駆動設計の長所を生かすひとつの方法が与えられた。数値例で有効性が示されたが，制御器の可調整パラメータの選定やモデルマッチング問題への適用などの課題が残されており，これらを検討するとともに数値実験による検証と実機による検証を行う。前年度におこなったドローンを用いた実験環境の整備を引き続き検討し，データ駆動設計法を適用し課題を明らかにする。今年度の研究から，フィルタリングによるゲイン評価の有用性を実感したので，このデータ駆動法をロバスト制御設計に必要なモデル誤差の大きさの評価に適用し，精度などを検討することとする。フィルタリングの方法をオンライン制御に適用する方法も検討する。
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| Causes of Carryover |
国際会議に出席しなかったことが主な理由です。今年度は出張と実験環境の整備を予定しています。
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Research Products
(1 results)
