2020 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, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (60144325)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 信敬 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (50335709)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | データ駆動設計 / 最小二乗法 / ステップ応答 / モデルマッチング |
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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。本年度には以下の成果が得られた。
前年度までに、不安定な制御対象を数式モデルに基づいて安定化し、その安定化された閉ループ系にオフラインデータ駆動設計を適用する方法を提案した。この方法では安定な制御器は線形時不変な多入出力系に対してH∞制御理論で設計するが、データ駆動設計にはVRFT(Virtual reference feedback tuning)と呼ばれる従来の設計法を適用した。VRFTはスカラー系に対して開発されており、多入出力系への拡張は未完成である。本研究では、VRFTと異なる多変数系に適用できる新しい方法を提案した。以下に詳細を述べる。
VRFTでは、閉ループ系の応答と参照モデルのそれとの差を評価する評価関数Aはパラメータに関して非凸となるので、この関数を2次のテーラー展開で近似した評価関数A’を用いている。さらに、データ駆動設計のために、VRFTでは一巡伝達関数と参照モデルのそれとの差を評価する評価関数Bを利用している。多入出力系では行列積の非可換性から評価関数Bは評価関数A'に一致しない。そこで、本研究では、多入出力系に対して評価関数Aから評価関数A’を導出し、これを、評価関数Bを用いることなく、特別なクラスの過渡応答データを用いて表す方法を提案した。最小二乗法でパラメータ値が得られ、数値実験で提案法の有効性を確認した。この方法は自動制御連合講演会で発表した。
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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
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制御器のゲインを調整する方法を開発し有効性を数値例で示した。平成31（令和元）年度は、バンドパスフィルタを用いたサンプル周波数におけるゲイン推定法を提案し、理論的な証明を行い、他の方法と比較した。もう一つの成果は、数式モデルに基づくロバスト安定化により補償器を設計し、望ましい目標値応答を達成するために、その閉ループ系にデータ駆動によりPID制御器を設計する2段階の設計法を開発した。このオフランデータ駆動設計法は従来のVRFT法を用いており、この方法は1入力1出力系に限定されている。
令和2年度はデータ駆動設計法の多入出力系への拡張を検討し、新しい方法を提案し数値実験による検証をおこなった。この成果により、本科研の前半の課題に対する当初の予想を超える答えが得られた。しかしながら、後半の課題であるオンライン駆動設計における安定性の保証という難しい課題は検討できていない。以上より、当初の主要な目標である前半の課題に対する解が得られているので、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
過去4年間の研究で当初の目標の前半はほぼ達成できた。前半の課題の検討過程で新たな課題が現れ、それを検討することが必要となっている。令和3年度は，昨年の成果に基づいて2段階の設計法を多変数系に対して数値実験で検証し、さらに、新たな課題として非最位相系に対する参照モデルの数値探索法を検討する。また、当初から挑戦的な課題であったオンライン制御系の安定性解析を検討する。すなわち、ロバスト安定化補償器とPID制御器のオフラインの2段階設計法については、多変系に対して数値例で有効性を検証し、さらに、参照モデルの選定法を開発する。オンライン制御では、参照モデルに基づくPIDゲイン調整と既存のデータ駆動適応制御を比較検討する。前者はPID制御器が扱え、応答特性を参照モデルで指定できるが、安定性の理論的保証がない。後者では、制御入力を直接に生成する方法であり，PID制御器は扱えないが安定性が保証される。両者を比較検討することにより、前者の安定性の保証および後者に参照モデルによる性能指定の導入を検討し、具体的な方法を明らかにする。今までの研究経過を踏まえて、オフライン制御に対する成果を中心に研究報告書をまとめ計画である。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスにより学会や展示会への参加がなくなり、旅費の支出が減ったことが差額が生じた主な理由である。使用計画では、旅費、学会参加費、英文校正費、消耗品や専門書の購入を考えている。
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Research Products
(1 results)
