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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Globally Optimal Control of Nonlinear Systems Based on Optimal Trajectory Database

Research Project

Project/Area Number 20H02170
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

丸田 一郎  京都大学, 工学研究科, 准教授 (20625511)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤本 健治  京都大学, 工学研究科, 教授 (10293903)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords制御工学 / 非線形最適制御 / 非線形システム同定
Outline of Annual Research Achievements

非線形最適制御問題の大域的な最適解を実用的に得るための方法開発という研究目的に対し,本年度は以下の2つの方向から研究を行った.
1つめは高次元の状態空間や複雑な挙動を持つ非線形システムに対して,より効率的に最適軌道や最適制御入力を得る方法についての研究である.本年度は,前年度に開発した自動操縦可能な高機動ドローンを用いて,非線形性が強く表れる宙返りなどの動作を,開発した方法によってより効率的に実現できることを実証した.また,フォーメーション制御を援用した探索を簡略化し,エージェント間の距離に基づく軌道の操作ではなく,疎な領域へのエージェントの生成に注力することで,より複雑なシステムへの適用を可能にした.この成果については,今後国内学会での発表を予定している.さらに,ニューラルネットワークを用いたアプローチでは,価値関数の多価性を考慮し,付加情報を含めた学習を行うことにより,より複雑なシステムへの適用を可能にする方法を開発した.
2つめは実用的な非線形システムのモデリング方法に関する研究である.制御器の設計には対象システムのモデルが必要不可欠であり,近年では計算機技術の発達とともにモデル予測制御の有用性も増している.これに関しては,前年度までに開発した部分空間同定法と自己符号化器をベースにした方法を,ミニチュアのカメラ付き前輪操舵車で検証し,得られたモデルに基づく実時間でのモデル予測制御が可能であることを実証した.また,ヒステリシスを持ち,長期記憶を必要とするシステムに対して,極値保持機構をモデルに組み込むことで対処する方法を開発した.さらに,実証において明らかになった出力変数が特に多い場合の課題について,出力変数に関する自己符号化器をモデルに組み込むことによって解決する方法を開発した.この成果については国際学会での発表が決定している.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023

All Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Presentation] 極値保持機構を組み込んだニューラルネットワークモデルによるヒステリシスを含むアクチュエータの同定2024

    • Author(s)
      辻 康生
    • Organizer
      第11回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム(MSCS2024)
  • [Presentation] ニューラルネットワークによる HJB 方程式の複数解の表現と非線形大域的最適制御2024

    • Author(s)
      井池 隆太
    • Organizer
      第11回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム(MSCS2024)
  • [Presentation] Aerospace industrial benchmarking and fault-tolerant control design using NARX model-based observer2023

    • Author(s)
      Kosei Tsuji
    • Organizer
      The 22nd IFAC World Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nonlinear Optimal Control Using a Trajectory Database Dealing with Time Delays and Disturbances: Experimental Application to a Quadcopter2023

    • Author(s)
      Eiki Sato
    • Organizer
      The 2023 62nd Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification and Control Experiment of a Camera-Equipped Front-Wheel Steering Vehicle as a Nonlinear Massive Multiple Output System Using Deep Neural Networks2023

    • Author(s)
      Haruyuki Yamasaki
    • Organizer
      The 2023 62nd Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Neural Network-Based Nonlinear System Identification for Generating Stochastic Models with Distribution Estimation2023

    • Author(s)
      Keito Yamada
    • Organizer
      The 62nd IEEE Conference on Decision and Control (CDC)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深層ニューラルネットを用いたカメラ付き前輪操舵車の非線形超多出力システムとしての同定と制御実験2023

    • Author(s)
      山﨑 陽之
    • Organizer
      第67回システム制御情報学会研究発表講演会研究発表講演会
  • [Presentation] むだ時間を考慮した軌道データベースに基づく非線形最適制御法のドローンへの実装2023

    • Author(s)
      佐藤 瑛起
    • Organizer
      第67回システム制御情報学会研究発表講演会研究発表講演会
  • [Presentation] 深層ニューラルネットを用いたヒステリシスを含む非線形動的システムの同定2023

    • Author(s)
      辻 康生
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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