| 研究課題/領域番号 |
19K04279
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
堀内 伸一郎 日本大学, 理工学部, 特任教授 (30181522)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 制御系検証 / 微分ゲーム / 機械力学・制御 / 解析・評価 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では非線形制御系の性能を保証できる範囲や条件を解析的に求めるための汎用的かつ実用的な検証手法を開発する．その基本的な考え方は，制御系の検証問題を利益が相反する2人のプレイヤによるゲーム問題として定式化することである．すなわち，制御系の安定性を低下させ最悪状態に陥れようとするプレイヤ1と，制御系の設計目標を達成しようとするプレイヤ2を想定し，これらのプレイヤの最適戦略を非線形最適化の数値解法によって求める．プレイヤ1がいかなる戦略を取ろうとも，最悪状態における性能を下回ることはないことが理論的に保証でき，最悪条件下における制御性能が検証できることになる．
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| 研究成果の概要 |
非線形制御系の性能を保証できるシステムパラメタ変動と外乱の範囲を解析的に決定できる机上検証手法の開発を目指して研究を実施した．本手法では微分ゲーム理論に基づき，制御器の制御入力をプレイヤ1，システムパラメタ変動と外乱をプレイヤ2と見なし，プレイヤ1はシステムを安定化，プレイヤ2はシステムを不安定化させようとする非協力ゲーム問題として検証問題を定式化した．この問題をmultiple shooting法と呼ばれる数値最適化手法を用いて解き，２人のプレイヤの最悪・最適方策を求めた．この手法を車両の操舵および4輪トルク制御系に適用し，制御性能を保証できる範囲を特定できることを確認した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年の複雑化した人工物を目的通りに作動させるためには，高度な制御システムが不可欠である．このような制御システムの性能を維持できる制御コマンド，パラメタ変動，外乱などの条件を定量化することは実システムの安全性確保の面から重要である．本研究の成果は特に人命や環境に重大な影響を及ぼすsafety critical systemの安全性向上に寄与するものである．
また学術的には，本研究は非線形微分ゲーム問題の解法に１つの方向を与えるものであると同時に，実際の制御系開発においてはコントローラ設計と同等以上に重要な制御系の性能保証問題に1つのアプローチを提案するものである．
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