2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of output feedback nonlinear stochastic MPC by a unified solution method of stochastic optimal control and nonlinear inference
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18K04202
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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, 准教授 (60533643)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 非線形制御 / 確率制御 / 最適制御 / 非線形推定 / クアッドコプタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず，非線形状態推定として一般の非線形システムに対する非線形フィルタの導出は応用上の制約が大きいため，非線形システムのクラスを適切に限定し，実装可能な非線形フィルタの導出を行った．剛体の姿勢推定などにおいて非常に有用な３次元特殊ユークリッド群SE(3)に着目し，確率微分方程式で記述されるSE(3)上の確率キネマティクス方程式を導出し，システム・観測ノイズおよび未知バイアス存在下における非線形姿勢推定フィルタを新たに導出し，さらに確率システム理論に基づく誤差システムの安定性解析を行った．
つぎに，モデル予測制御に関する検討として，これまで申請者が開発してきた確率最適制御における問題設定では評価区間が固定だったが，この評価区間を現時刻が進むのに合わせて後退させながら有限時間確率最適制御問題を繰り返し解くことができるように解法の拡張を行った．拡張した確率最適制御の解法を実機検証を想定したクアッドコプタモデルに適用し，数値実験により効果を確認した．
理論の拡張と並行して，実時間実装のための並列計算に基づく計算速度高速化の検討として，これまでマルチコアCPUを用いた実装のみを行ってきたが，計算機およびCUDAによるプログラム環境を整え，GPGPUによる並列化実装も行った．
実機検証のための開発として，小型無人ヘリコプタの飛行制御を行うためにクアッドコプタ試験機を製作した．クアッドコプタ試験機の基本的な飛行実験までは行えたものの，新型コロナウイルスの感染拡大により，グラウンドや体育館を借りた実験を継続することが困難となったため，急遽研究室居室内で実験が可能な三次元剛体の３軸姿勢制御実験機を準備し，この実験装置を用いて目標値整形機構つき線形モデル予測制御法による３軸姿勢制御実証を行った．
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