2020 Fiscal Year Research-status Report
複数航空機群の自律分散型管制を実現するためのローカルな制御・推定アルゴリズム
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18K04574
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
横山 信宏 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (10425788)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 実時間最適化 / 凸計画法 / 不確かさ / モデル予測制御 / 飛行意図推定 / 自律分散 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複数航空機の分散的軌道最適化に関する昨年度までの手法を改良し，数値シミュレーションでその有効性を確認した．提案手法は，周辺機の飛行意図推定とそれに基づく機体間の協調速度ベクトルの計算を事前に行い，求めた協調速度ベクトルに基づいて分散型MPC(Model Predictive Control)による実時間軌道最適化を行うものである．また，実運用により適した飛行意図のモデル（干渉回避方向の明確化，4D軌道での運航の想定など）や後述の実時間最適化により適した機体運動モデル（2次多項式に修正した離散時間モデル）に修正するとともに，協調速度ベクトルの計算において，全機分の推定飛行意図を取り入れつつ過大な計算負荷を回避するための工夫を施している．これらにより，比較的小さな計算負荷のもと，各機で干渉のない軌道を求めることを可能にしている．
軌道最適化の中で用いる実時間最適化アルゴリズムについても新たな進展があった．具体的には，有理多項式や三角関数を含む式で表される動的システムの軌道最適化について，凸な2次目的関数と複数個の凸2次制約，および単一の凹2次制約を用いてスパースな式で表現するための一般的枠組みを示すとともに，そのスパース性を活かしつつ凹制約を逐次凸近似して高速な最適化計算を実行するアルゴリズムを新たに提案した．なお，提案したアルゴリズムは，これまでに本研究で導入してきたUnscented変換に基づく不確かさの伝搬にも拡張可能である．簡易的な例題や上記の分散型MPC問題などに適用して提案アルゴリズムの有効性を確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
飛行意図推定に関する数学的裏付けの検証が不十分であるため．また，分散的軌道最適化手法やその中で用いる実時間最適化アルゴリズムやについては比較的順調に研究が進展したものの，実用上重要な不確かさ（風・航法・飛行意図等）を考慮した検証がまだ不十分であるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
2次制約2次計画問題(単一の凹制約のみを持つ問題)としての定式化に基づく実時間最適化アルゴリズムの拡張版を用いて，風・航法・飛行意図等に関する不確かさのもとでの複数機の自律分散的な軌道最適化手法を提案する．また，これらの不確かさを含む数値シミュレーションを様々な条件下で実施し，提案手法の有効性について検証を行う．飛行意図の推定に関しては，推定可能性に関する数学的な裏付けを引き続き検討しつつ，シミュレーションベースでの有効性検証も充実させる．
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| Causes of Carryover |
参加予定だった学会の開催が延期されたこと等の理由により，経費に残額が生じた．残りの研究予算は，主として論文投稿や論文の英文校正，学会の参加登録費・旅費として使用する予定である．
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Research Products
(3 results)
