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拘束条件と可変ダイナミクスを含む非線形系の実時間最適制御アルゴリズム

研究課題

研究課題/領域番号 15760319
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 制御工学
研究機関大阪大学

研究代表者

大塚 敏之  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40272174)

研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2004年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2003年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
キーワード非線形系 / 拘束条件 / 可変ダイナミクス / モデル予測制御 / Receding Horizon制御 / 実時間最適化 / 高速アルゴリズム / 前処理手法
研究概要

本研究では,非線形モデル予測制御(Receding Horizon制御)の実時間アルゴリズムに対する改良を行った.モデル予測制御とは,各時刻で有限時間未来までの最適制御問題を解き,得られた最適制御の初期値のみを実際の制御入力として用いるフィードバック制御手法である.計算量の大きい非線形最適制御問題を実時間で解かなければならないため実装が困難だったが,代表者が効率的なアルゴリズムを近年提案し,いくつかの適用例によって有効性を示した.ただし,拘束条件や可変ダイナミクス等を含む複雑な問題では数値計算が発散してしまう場合もあったので,本研究では計算精度と安定性の向上に重点を置いた.
平成15年度には,解くべき問題を数値計算に適した形へ等価変換する前処理と呼ばれる手法を導入してある程度の精度向上に成功した.そして,ひもでつながれたホバークラフト模型の曳航制御実験に前処理を適用し,従来は不可能だった計算が実装可能となることを示した.
平成16年度には,さらに精度を向上させるため,最適化問題の定式化自体を見直した.従来は制御入力の系列のみを最適化問題の未知変数としてシステムの状態や共状態は入力の関数と見なしていたが,状態と共状態も未知変数として扱えば,最適性条件の誤差が多数の条件に分散されて誤差の下限値が減少するため,結果的に精度の向上が期待される.そのような定式化を数値計算によって評価したところ,従来の定式化では計算が破綻するが新たな定式化によって初めて計算可能となる例が確認された.したがって,問題のサイズ増大が問題にならない範囲においてではあるが,定式化の変更によって計算限界を一層広げることができた.以上と異なるアプローチで拘束条件を扱う例として,デザー衛星の力学を利用した切替制御則を提案し,衛星をつなぐデザー(ひも)を切れた場合でも母船との衝突回避が保証できることを示した.

報告書

(2件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (6件) 図書 (1件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] 非線形Receding Horizon制御の数値計算の精度向上への試み2005

    • 著者名/発表者名
      清水雄一, 大塚敏之
    • 雑誌名

      平成16年度計測自動制御学会関西支部学生研究発表会予稿集

      ページ: 59-62

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] コンパス型歩行モデルの力学的対称性に基づく歩容生成2004

    • 著者名/発表者名
      森田晋, 大塚敏之
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集 40・5

      ページ: 509-517

    • NAID

      10012933991

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Switching Control Approach to Construct the Guaranteed Safe Region of a Tethered Satellite2004

    • 著者名/発表者名
      Masamitsu Okazaki, Toshiyuki Ohtsuka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 10th IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Symposium on Large Scale Systems : Theory and Applications

      ページ: 349-354

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] An Optimal Path Generator Using a Receding Horizon Control Scheme for Intelligent Automobiles2004

    • 著者名/発表者名
      Taketoshi Kawabe, Hikaru Nishira, Toshiyuki Ohtsuka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Control Applications

      ページ: 1597-1602

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Preconditioned C/GMRES Algorithm for Nonlinear Receding Horizon Control of Hovercrafts Connected by a String2004

    • 著者名/発表者名
      Takuma Tanida, Toshiyuki Ohtsuka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Control Applications

      ページ: 1609-1614

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 前処理付きC/GMRESアルゴリズムによる曳航系の非線形Receding Horizon制御2004

    • 著者名/発表者名
      谷田拓磨, 大塚敏之
    • 雑誌名

      第4回計測自動制御学会制御部門大会資料

      ページ: 339-342

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 情報化と制御による自動車交通の高効率化と安全性向上に関する調査報告2005

    • 著者名/発表者名
      車外情報を利用する自動車交通の高効率化と安全性向上制御に関する調査専門委員会(共著)
    • 総ページ数
      79
    • 出版者
      電気学会
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] Toshiyuki Ohtsuka: "A Continuation/GMRES Method for Fast Computation of Nonlinear Receding Horizon Control"Automatica. 40・4. 563-574 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 大塚敏之: "はめ込みによるモデル構造簡略化の代数的特徴づけ"計測自動制御学会論文集. 39・12. 1117-1123 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Toshiyuki Ohtsuka: "System Immersion into a Locally Observable Polynomial-in-the-State Representation"Proceedings of the 42nd IEEE Conference on Decision and Control. 6078-6083 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 岡崎将光, 大塚敏之: "切替え制御によるテザー衛星の運動範囲保証"第8回「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集. 74-77 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 大塚敏之: "局所可観測な多項式システムへのはめ込み-Lie微分のグラフによる構成-"第32回計測自動制御学会制御理論シンポジウム講演論文集. 113-116 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 谷田拓磨, 大塚敏之: "非線形Receding Horizon制御の実時間アルゴリズムにおける前処理手法"第46回自動制御連合講演会講演論文集. 663-665 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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