2018 Fiscal Year Research-status Report
凸最適化の逆問題に基づいた 入力・状態拘束系の非線形最適制御
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17K17830
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
佐藤 康之 東京理科大学, 工学部電気工学科, 助教 (40738803)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 制御工学 / 非線形制御 / 最適制御 / 入力・状態拘束 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，入力・状態拘束を有する非線形システムに対する最適制御則の統一的な設計法の確立を目指すものである．具体的には，制御リアプノフ関数に基づいた逆最適制御則設計法を入力・状態拘束系に対して拡張するとともに，得られた知見を援用することで，非線形モデル予測制御における新たな拘束条件の取り扱い法を提案することを目的としている．
本年度は，前年度に構築した入力拘束を考慮した設計法に制御バリア関数を組み合わせることで，新たに入力・状態拘束を考慮可能な制御則設計法を構築した．提案法は，入力拘束のみの場合と同様，凸最適化問題の解として安定化制御則を設計可能である．次年度は，この設計法で得られた制御則の逆最適性について理論的に明らかにするとともに，非線形モデル予測制御への展開を行う予定である．
また，当初計画では想定していなかった成果として，これらの凸最適化に基づいた設計法を用いることで，局所的な制御則と大域的な制御則を連続的に接続可能である，という新たな知見を得ることができた．この結果を発展させることで，局所的な制御性能と大域的な安定性を両立させる制御系設計が可能になると期待される．
提案法の応用としては，小型の四回転翼型飛行ロボットの位置・姿勢制御と埋め込み永久磁石同期電動機の省エネルギー制御に加え，二輪車両型移動ロボットの軌道追従制御への適用について検討を進めており，次年度に検証実験を行う予定である．
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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
本年度は，前年度に得られた入力拘束を考慮した設計法と制御バリア関数の融合による，入力・状態拘束を考慮した制御則設計法を構築することができた．また，凸最適化に基づく制御系設計法に関して，局所的な制御則と大域的な制御則の融合に利用可能である，という新たな知見を得ることができた．状態拘束を考慮した場合の逆最適性については更なる理論的な解析が必要であるため，モデル予測制御への展開についてはやや遅れているものの，理論面ではほぼ計画通りに進捗している．
実システムへの応用に関しては，小型の４回転翼UAVと車両型ロボットへの適用について検討しており，次年度へのステップとして，最低限の予備的な成果は得られている．
以上より，総合的に評価しておおむね順調な進捗であると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に提案した入力・状態拘束を考慮した制御則設計法を，理論．応用の両面で発展させていきたい．理論面では，提案設計法により得られた制御則がどのような評価関数を最小化するか（逆最適性）について解析を進めるとともに，得られた知見をモデル予測制御における評価関数設計に適用する方法について検討を進める．応用面では，提案設計法を４回転翼型飛行ロボット・二輪車両型移動ロボットの位置・姿勢制御や埋め込み永久磁石同期電動機の省エネルギー制御問題に適用し，数値シミュレーションと実機実験により有効性の検証を行う．
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| Causes of Carryover |
本年度までに得られた成果について学術論文の執筆が遅れており，英文校正料および論文投稿料として計上していた予算をしなかったため．
次年度は，本年度までに得られた研究成果の公表について，特に学術論文誌・国際会議への投稿を中心に進めるため，論文投稿料・英文校正料と国外旅費として支出を予定している．
また，提案設計法の有効性検証のため，二輪車両型移動ロボットを購入するための予算としても支出予定である．
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