2022 Fiscal Year Research-status Report
データ駆動型制御器を利用したオンライン調整型2自由度制御系の開発
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22K14282
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
今林 亘 日本大学, 工学部, 助教 (60909711)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | データ駆動型制御 / FRIT / 4脚歩行ロボット / オンライン調整型２自由度制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
具体的内容：データ駆動型制御器であるFRITを用いて，4脚歩行ロボットの関節角度制御器を構築した．まず，４脚歩行ロボットの１脚に対して，PID制御構造（制御ゲインは設計されていない）を用いて，トラッキング制御を行った．この制御結果では，こちらが与えた目標信号に対して，当たり前ながら出力が追従していない．そして，その制御入力データと関節角度の出力データを一組取得した．その後，それらのデータを用いて，FRITを用いた最適化演算により，PID制御構造のPIDゲインを設計した．このPID制御ゲインは，こちらが与えた規範入力信号に対して，良い応答性能を示すため，４脚歩行ロボットに実装したとき制御結果が良くなる．実際に実装すると，４脚歩行ロボットにおいて，制御性能が向上することが確認できた．実験は，１脚を空中に浮かせたときと，４脚を地面につけ，前足２脚の屈伸運動を行った．
本研究実績は，研究の目的におけるオンライン調整型２自由度制御器におけるFB制御構造に用いるデータ駆動型制御系に該当する．また，研究実施計画においては，オンライン調整に適したデータ駆動型制御器の設計の箇所に該当する．
意義：４脚歩行ロボットに対して，PID制御構造を用いた制御ゲインを適用する例は，一般的であり，かつ試行錯誤的にゲインを決めているところが特徴的である．
一方で，データ駆動型制御系を用いた制御ゲイン設計を行っている研究は，ほとんどないため，独自な成果である．
重要性等：本研究の成果により，４脚歩行ロボットの歩行動作全般に対して，データ駆動型制御器が有効であることが示唆された．よって，今後の研究計画で遂行する制御器設計の応用先として有望である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
提案するオンライン調整型2自由度制御系の構成過程において，データ駆動型制御器の構築は不可欠である．本研究計画の遂行に必要な脚型のロボット（科学研究費とは別予算で購入）に対して，実際に学習用データを取得し，その学習用データを用いて制御ゲインを求めた．そして，その制御ゲインをそのロボットに実装したところ，制御性能が向上することが確認できた．よって，実機実験による提案手法の検証パート（2023年度後半，2024年度）で行う予定であった研究の一部を先行して行うことができ，実機検証というハードルの高い取り組みを遂行できた効果は大きい．また，今後の研究を加速することが期待できる．
しかしながら，本来2022年度に行う予定であった研究計画におけるデータ駆動型制御器の2自由度制御化への課題は解決できていない．
よって，総合して進捗状況は「やや遅れている」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，実機によるデータ駆動型制御系設計が可能であることを確認しているため，2自由度制御系を実装可能であるか検証する．そして，それが実装できていることを確認したのち，データ駆動型制御器の2自由度制御化を実際の理論検証を進めていく．理論検証と実機検証を交互に繰り返して実行していくことにより，進捗に遅延がおこることを極力防ぐ．
また，オンライン調整型2自由度制御とデータ駆動型制御を統合する際，連続時間系と離散時間系が混在することが問題となるが，できるだけ簡単な例を見つけ，そこから理論構築を行うことを心がける．
理論検証の部分の進捗が進めば，実機実装は並行して進めているので，スムーズに実機検証のプロセスに入ることができる．
実機実装について，関節角度制御のみでは，本研究計画は遂行できないため，具体的に脚型ロボットの歩行動作を生成し，その歩行動作の制御器に対して本提案法を適用することにより，なめらかな運動を生成する．そのための実機理解も今後の研究推進に必要である．
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| Causes of Carryover |
R4年度において，制御工学に関する書籍を購入する予定であったが，購入しなかった．よって，R5年度において，申請した研究経費を予定通り使用し，R4年度で購入できなかった書籍を購入する．上記が使用計画である．
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