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物理モデルとセンサデータに基づく省リソースな制御と通信方策の設計

研究課題

研究課題/領域番号 21K14184
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

橋本 和宗  大阪大学, 大学院工学研究科, 講師 (60883361)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード信頼されるAI / システム制御
研究開始時の研究の概要

制御対象とコントローラがネットワークを介し接続されるネットワーク化制御システムでは,アクチュエータに印加する操作量を決定する制御方策に加え,制御対象とコントローラが「いつ通信するべきか」という通信方策も適切に設計しなければならない.本研究では,モデル化誤差を含むネットワーク化制御システムに対し,ネットワークを介した通信頻度を低減化する省リソースな制御と通信方策の設計を目指す.具体的には,物理モデリングが困難なモデル化誤差をセンサデータにより学習し,その学習結果と物理モデルに基づく数理解析により,所望の制御目的と通信頻度低減化の両方を達成する設計法の確立を目指す.

研究実績の概要

本年度では、主に以下の研究成果が得らえた。
①ガウス過程回帰による自己駆動制御器の設計: 未知システムに対する自己駆動型制御器の設計手法を新たに提案した 。特に、制御対象のダイナミクスに通信間隔の情報を組み込むことで、従来よりもより短時間で最適な制御と通信方策の学習を可能とした。得られた成果は国際誌Advanced robotics に採録済みである。

②隊列走行における制御:隊列走行に対するコントローラの学習手法を提案した。特に、機械学習モデルの一つである再帰型ニューラルネットワークを用いることで、有人先頭車の急アクセルや急ブレーキの影響を後方車両に伝搬させないコントローラの学習が可能となった。得られた研究成果は、国内会議:電子情報通信学会高信頼制御通信研究会および国際会議:IEEE Australian and New Zealand Control Conferenceにて発表済みである。

③感染症の事象駆動型抑制方策の設計: 感染症の拡大を表す数理モデル(SIRSモデル)を用いて、感染症拡大を抑制するための事象駆動型方策の設計手法を提案した 。 特に、状態の離散化を行うシンボリックモデルを用いることで、感染率を常に所望の値以下に抑えることを保証する事象駆動制御器の設計が可能となった。得られた成果は、国際誌 Nonlinear Analysis : Hybrid Systems に採録された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

2023年度では、2022年度で得られたアルゴリズムを更に改良し、従来手法よりも効率的に制御器が学習できるアルゴリズムが提案できた。さらに、本研究の発展的・派生的な研究成果として、隊列走行といったマルチエージェント(群)に対するコントローラ設計手法や、感染症の抑制方策の設計手法も提案できた。
以上のことから、研究進捗は当初の計画以上に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

2024年度(最終年度)では、2023年度で得られたアルゴリズムの理論的解析(安定性・安全性等)を行う予定である。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] CentraleSupelec(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] CentraleSupelec(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Synthesis of event-triggered controllers for SIRS epidemic models2024

    • 著者名/発表者名
      Ding Lichen、Hashimoto Kazumune、Takai Shigemasa
    • 雑誌名

      Nonlinear Analysis: Hybrid Systems

      巻: 51 ページ: 101437-101437

    • DOI

      10.1016/j.nahs.2023.101437

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A lifting approach to learning-based self-triggered control with Gaussian processes2024

    • 著者名/発表者名
      Zhijun Wang、Hashimoto Kazumune、Hashimoto Wataru、Takai Shigemasa
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 38 号: 6 ページ: 410-420

    • DOI

      10.1080/01691864.2023.2301430

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 月極域における水探査のための観測機器のモデル化および日照領域の時変性を考慮した経路設計手法2023

    • 著者名/発表者名
      MORI Yuki、HASHIMOTO Kazumune、INOUE Hiroka
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 89 号: 928 ページ: 23-00011-23-00011

    • DOI

      10.1299/transjsme.23-00011

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Learning-based Symbolic Abstractions for Nonlinear Control Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Kazumune Hashimoto, Adnane Saoud, Masako Kishida, Toshimitsu Ushio, Dimos Dimarogonas
    • 雑誌名

      Automatica

      巻: 146 ページ: 110646-110646

    • DOI

      10.1016/j.automatica.2022.110646

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] STL2vec: Signal Temporal Logic Embeddings for Control Synthesis With Recurrent Neural Networks2022

    • 著者名/発表者名
      Wataru Hashimoto, Kazumune Hashimoto, Shigemasa Takai
    • 雑誌名

      IEEE Robotics & Automation Letters

      巻: 7 号: 2 ページ: 5246-5253

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3155197

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collaborative rover-copter path planning and exploration with temporal logic specifications based on Bayesian update under uncertain environments2022

    • 著者名/発表者名
      Kazumune Hashimoto, Natsuko Tsumagari, Toshimitsu Ushio
    • 雑誌名

      ACM Transactions on Cyber Physical Systems

      巻: 6 号: 2 ページ: 1-24

    • DOI

      10.1145/3470453

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Signal Temporal Logic Meets Convex-Concave Programming: A Structure-Exploiting SQP Algorithm for STL Specifications2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshinari Takayama, Kazumune Hashimoto, Toshiyuki Ohtsuka
    • 学会等名
      IEEE Conference on Decision and Control
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Robust Traffic Flow Control using Signal Spatio-Temporal Logic2023

    • 著者名/発表者名
      Sagar V Patil, Kazumune Hashimoto, Masako Kishida
    • 学会等名
      European Control Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Designing Controllers to Satisfy String Stability in Platoon Using Machine Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Ryota Nakai, Kazumune Hashimoto and Shigemasa Takai
    • 学会等名
      Australian and New Zealand Control Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ローカルモデルによるストリングスタビリティを満たす隊列走行制御2023

    • 著者名/発表者名
      中井 椋太,橋本和宗,高井重昌
    • 学会等名
      電子情報通信学会高信頼制御通信研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ネットワーク化制御システムのための制御系設計:事象駆動制御と自己駆動制御2023

    • 著者名/発表者名
      橋本和宗
    • 学会等名
      電子情報通信学会高信頼制御通信研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] SIRモデルに対する事象駆動型制御ポリシーの設計2023

    • 著者名/発表者名
      丁力辰,橋本和宗,高井重昌
    • 学会等名
      第10回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 隊列走行のためのストリングスタビリティ制約付き安全制御2023

    • 著者名/発表者名
      熊本光宏,橋本和宗,高井重昌
    • 学会等名
      第10回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] サイバーフィジカルシステムを低コストで制御する機械学習技術の紹介 ~ 自動運転などにおける複雑なタスクをベクトルに変換しメモリ消費を低減 ~2022

    • 著者名/発表者名
      橋本和宗
    • 学会等名
      電子情報通信学会IN研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Learning-Based Iterative Optimal Control for Unknown Systems Using Gaussian Process Regression, European Control Conference2022

    • 著者名/発表者名
      Wataru Hashimoto, Kazumune Hashimoto, Yuga Onoue, Shigemasa Takai
    • 学会等名
      European Control Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Path planning for Lunar polar exploration: Bayesian network-based sensor modeling of neutron spectrometers and sampling-based optimal motion planning2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Mori, Kazumune Hashimoto
    • 学会等名
      AIAA Science and Technology Forum and Exposition
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STL2vec: 複数のSTL仕様に対するRNNコントローラ設計のためのSTL埋め込みの学習2021

    • 著者名/発表者名
      橋本航,橋本和宗,高井重昌
    • 学会等名
      第64回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] Learning-based symbolic abstractions

    • URL

      https://sites.google.com/view/kazumunehashimoto/%E7%A0%94%E7%A9%B6%E6%A5%AD%E7%B8%BE?authuser=0

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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