デマンドレスポンスの実施診断：性能１０倍への挑戦とオンデマンド情報取得学の創成

• Project/Area Number: 21H04558
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto University (2022-2024); Nagoya University (2021)
• Principal Investigator: 東 俊一 京都大学, 情報学研究科, 教授 (40420400)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 順之 東京理科大学, 工学部電気工学科, 教授 (50371224) ; 小林 孝一 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (50452115)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥34,970,000 (Direct Cost: ¥26,900,000、Indirect Cost: ¥8,070,000); Fiscal Year 2025: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2024: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: デマンドレスポンス / 情報取得 / フィードバック制御 / オンデマンド情報取得 / 制御工学 / 診断 / 推定

Outline of Research at the Start

デマンドレスポンスとは，スマートグリッドにおいて，需要家から報酬と引換えに節電量を得るしくみである．これを実現するためには，各参加者が契約量を確実に供給することが重要であるが，現実には予期せぬ障害により未達の参加者が現れる．本研究では，すべてのスマートメーターを検針することなく，わずかな回数の検針をオンデマンドで実施するだけで，未達参加者を正確に検出する方法を開発する．また，それを他分野の一般的な推定問題に展開するための共通原理を解明し，「オンデマンド情報取得学」という新しい学術分野の創成に挑戦する．

Outline of Annual Research Achievements

デマンドレスポンスとは，スマートグリッドにおいて，需要家から報酬と引換えに節電量を得るしくみである．これを実現するためには，各参加者が契約量を確実に供給することが重要であるが，現実には予期せぬ障害により未達の参加者が現れる．その場合，すぐに原因を突き止め解決しなくてはならないが，そのためにはすべての参加者のスマートメーターを（瞬時に）検針するという膨大な量の情報取得が必要であった．そこで，本研究では，以下の２つを目標として研究を行っている．
（目標１）すべてのスマートメーターを検針することなく，わずかな回数の検針をオンデマンドで実施するだけで，未達参加者を正確に検出する方法の開発．
（目標２）（目標１）を他分野の一般的な推定問題に展開するための共通原理の解明．

これに対して本年度の成果は以下の通りである．（目標１）重み付きブロックスパース最適化による未達参加者の推定のアルゴリズムを開発し，性能１０倍をおおよそ達成できることを確認した．また，本成果を学術雑誌に投稿した．（目標２）環境認識や情報交換に制約を有する移動ロボットの制御および通信ネットワークの故障検出の観点からアプローチを行った．前者に関しては，複数のロボットによる協調的な運搬作業を対象とし，予定経路をオンデマンドでマップサーバーに書き込む方法が有効となることを確認した．後者に関しては，「アナログ型のグループテスト」がオンデマンド情報取得の共通原理となることを前年度までに明らかにしているが，その方法による故障検出の性能についての解析を行った．また，移動ロボットや通信ネットワーク以外の分野にも展開するために，ネットワーク系やデータ駆動系に関する基礎理論の整備を行った．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

「研究実績の概要」に示した２つの目標のうち，１つについては９割程度，もう一つについては６割程度まで研究が進展しているため．

Strategy for Future Research Activity

２番目の目標について，さらなる一般化を進める．

Research Products

• [Journal Article] 未来地図を利用した搬送ロボットの制御 (2024)
  • Author(s): 松高 亜樹,東 俊一,有泉 亮,浅井 徹
  • Journal Title: システム制御情報学会論文誌 = Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers Volume: 37(2) Pages: 55-64
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance Limitation of Group Testing in Network Failure Detection (2023)
  • Author(s): Fangyuan Xu,Shun-Ichi Azuma,Ryo Ariizumi,Toru Asai
  • Journal Title: IEEE Access Volume: 11 Pages: 102852-102859
  • DOI: 10.1109/access.2023.3315745
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Relation between leader-follower consensus control and feedback vertex sets (2023)
  • Author(s): Sugiyama Daiki、Azuma Shun-ichi、Ariizumi Ryo、Asai Toru
  • Journal Title: Advanced Robotics Volume: 37 Issue: 1-2 Pages: 37-45
  • DOI: 10.1080/01691864.2022.2126730
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optimal Movement for SLAM by Hopping Rover (2023)
  • Author(s): Shuntaro Takekuma, Shun-ichi Azuma, Ryo Ariizumi, Toru Asai
  • Journal Title: IEICE Transactions Volume: vol. E106-A
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Consensus Control of Multi-Hopping-Rover Systems: Convergence Analysis (2023)
  • Author(s): Takekuma Shuntaro、Azuma Shun-ichi、Ariizumi Ryo、Asai Toru
  • Journal Title: IEEE Access Volume: vol.11 Pages: 36176-36183
  • DOI: 10.1109/access.2023.3264562
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sparse event‐triggered control of linear systems (2023)
  • Author(s): Banno Ikumi、Azuma Shun‐ichi、Ariizumi Ryo、Asai Toru
  • Journal Title: International Journal of Robust and Nonlinear Control Volume: 33 Issue: 1 Pages: 134-158
  • DOI: 10.1002/rnc.6278
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ハイブリッドシステム：連続と離散をつなぐシステム科学 (2022)
  • Author(s): 東，小林
  • Journal Title: 電子情報通信学会誌 Volume: 105
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 結合非負システムのデータ駆動型ネットワーク設計 (2024)
  • Author(s): 岩田拓海，東 俊一，有泉 亮，浅井徹
  • 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
• [Presentation] Data-driven Estimation of Algebraic Riccati Equation for Inverse Linear Quadratic Regulator Problem (2023)
  • Author(s): Shuhei Sugiura，Ryo Ariizumi，Masaya Tanemura，Toru Asai，Shun-Ichi Azuma
  • Organizer: SICE Annual Conference 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 非負システムのデータ駆動型分散制御 (2023)
  • Author(s): 岩田拓海，東 俊一，有泉 亮，浅井 徹
  • Organizer: 2023年7月高信頼制御通信研究会
• [Presentation] Role of Feedback Vertex Sets in Leader-follower Consensus Control (2023)
  • Author(s): Daiki Sugiyama, Shun-Ichi Azuma, Ryo Ariizumi, and Toru Asai
  • Organizer: IFAC World Congress 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 未来地図を用いた搬送ロボットの制御 (2023)
  • Author(s): 松高亜樹，東 俊一，有泉 亮，浅井 徹
  • Organizer: 2023年3月高信頼制御通信研究会
• [Presentation] 未来地図を用いた搬送ロボットの制御 (2023)
  • Author(s): 松高亜樹, 東俊一, 有泉亮, 浅井徹
  • Organizer: 2023年3月高信頼制御通信研究会
• [Presentation] Characterization of feedback vertex sets in consensus networks (2022)
  • Author(s): D. Sugiyama, S. Azuma, R. Ariizumi, and T. Asai
  • Organizer: 5th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] グループテストによるネットワーク診断～最小測定数と最適プローブ～ (2022)
  • Author(s): 許芳源, 東俊一, 有泉亮, 浅井徹
  • Organizer: 2022年7月高信頼制御通信研究会
• [Presentation] コンセンサスネットワークにおけるフィードバック頂点集合の特徴付け (2022)
  • Author(s): 杉山大輝，東俊一，有泉亮，浅井徹
  • Organizer: 計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2022
• [Presentation] 外乱環境下におけるスパースイベントトリガード制御 (2022)
  • Author(s): 坂野幾海, 東俊一, 有泉亮, 浅井徹
  • Organizer: 2022年5月高信頼制御通信研究会
• [Presentation] 価値駆動型マルチエージェントシステムの合意制御 (2022)
  • Author(s): 杉山大輝，東俊一，有泉亮，浅井徹
  • Organizer: 第65回自動制御連合講演会
• [Presentation] ホッピングローバーによるSLAMのための最適移動方法 (2022)
  • Author(s): 武隈俊太郎，東俊一，有泉亮，浅井徹
  • Organizer: 2022年度SICE中部支部若手研究発表会
• [Presentation] Characterization of Feedback Vertex Sets in Consensus Networks (2022)
  • Author(s): D. Sugiyama, S. Azuma, R. Ariizumi, and T. Asai
  • Organizer: 5th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コンセンサスネットワークにおけるフィードバック頂点集合の特徴付け (2021)
  • Author(s): 杉山，東，有泉，浅井
  • Organizer: 第64回自動制御連合講演会
• [Presentation] 未知環境におけるマルチエージェントシステムによる空間重要度の推定 (2021)
  • Author(s): 池田，東，有泉，浅井
  • Organizer: SICE中部支部シンポジウム&若手研究発表会2021
• [Presentation] コンセンサスネットワークにおけるフィードバック頂点集合の特徴付け (2021)
  • Author(s): 杉山，東，有泉，浅井
  • Organizer: SICE中部支部シンポジウム&若手研究発表会2021
• [Presentation] Diagnosis of Demand Response: Detection of Defaulting Participants by Using Prior Knowledge (2021)
  • Author(s): F. Xu and S. Azuma
  • Organizer: 2021年7月高信頼制御通信研究会