• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

計測・通信品質が保証されない環境下の多目的フィードフォワード最適制御と強化学習

研究課題

研究課題/領域番号 23K20948
補助金の研究課題番号 21H01353 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
研究機関南山大学 (2023-2024)
奈良先端科学技術大学院大学 (2021-2022)

研究代表者

杉本 謙二  南山大学, 理工学部, 教授 (20179154)

研究分担者 小林 泰介  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 助教 (10796452)
花田 研太  舞鶴工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80783703)
坂本 登  南山大学, 理工学部, 教授 (00283416)
小蔵 正輝  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (10800732)
橘 拓至  福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20415847)
潮 俊光  南山大学, 理工学部, 教授 (30184998)
中島 明  南山大学, 理工学部, 教授 (70377836)
橋本 和宗  大阪大学, 工学研究科, 助教 (60883361)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワードネットワーク制御 / 適応学習 / 切替系 / サンプル値制御 / 2自由度制御 / 切り替え系 / サンプル値制御系 / 線形行列不等式 / ハイブリッドシステム / 事象駆動 / 適応学習制御
研究開始時の研究の概要

インターネットが普及し、モノを遠隔で操作する技術の実用化が急務となっている。しかしカメラなどで計測したセンサ信号を無線などの不確かな通信を経由して用いると外れ値(大幅な誤り)、パケットロス(信号損失)、不規則な遅延が生じ、品質が劣化しかねない。このような環境下でも予測や推定を活用して高い性能を維持する制御系の設計技術を開発する。また、設計時の数式モデルが不正確であってもフィードフォワード制御器をオンライン調整することにより応答を最適にし、フィードバック制御器のゲインをスケジュールしておき自動選択することにより、信号の品質劣化に対処しつつロバスト安定化や外乱抑制など複数の要求を満足させる。

研究実績の概要

今年度(2022年度)は本研究課題の2年目であった。交付申請書に記載したように、研究の目的や研究実施計画について具体化を進め、いよいよ主要な理論的課題、および実機による検証実験などに取り掛かった。
以下、実績について具体的に述べる。まず、計測や通信に一時的な障害が発生したときの対処法として提案している切替状態推定器(オブザーバ)の機構について検討を深め、その安定性や確率的性能だけでなく、領域極配置と呼ばれる手法を導入して過渡特性を整形する設計法を線形行列不等式によって導出した。また、フィードフォワード制御の学習については、トラックなどの隊列走行を想定した実用性向上のため、オフセット項の不可によって外乱を抑制する機構を提案し、購入した小型移動ロボットのパラメータを元にして数値シミュレーションで評価した。水中ドローンについてはハードウエアなどを改造しつつ、何度かプールでの実験を行った。そのときの手応えを元に、スライディングモードとモデル予測制御を組み合わせる手法を導入し、シミュレーションによって有効性を評価した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究分担者はもちろん素晴らしい研究者ばかりであり、22年度も相変わらず活発に研究を推進された。また奈良先端大の大学院生が優秀かつ熱心で、実機実験や数値シミュレーションを精力的に進めてくれたために多彩な成果を得ることができた。これらは国際会議や国内学会で活発に成果発表を行った。様々な方向に研究を発展させた結果、幅広い分野で本課題に関連する知見を得ることができた。一方、研究課題で目標としていた真に困難な問題は解決にまでは至っておらず、学術雑誌への掲載は一本に留まった。以上の理由により、「おおむね順調に」と判断した。

今後の研究の推進方策

2023年度は研究代表者(杉本)が直接、指導する大学院生がいないため、まずは研究分担者と協力しつつ、幾つか残されている理論的な課題に集中的に取り組む予定である。その一方、前任校から現任の南山大学に移設した設備に加え、今年度の経費を投入して機器の拡充と整備を進め、年度後半から徐々に実験装置のセットアップを開始する。実験や数値シミュレーション、および理論研究とのバランスについても留意しつつ、効率的に研究活動を推進する必要があると考えている。
具体的には、ロバストなフィードフォワード制御系の解析と設計について体系化すること、その安定性をきちんと証明し、設計手法として確立することを目指す。切替型状態推定についても従来のアプローチとの相違点や類似点を明らかにし、より実用的な制御系設計手法として完成させる。
また、当初の計画にはなかったが、同じ切替系でありながら全く異なる構造を持つスライディングモードへ本研究を拡張することも試みようと考えている。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] A Distributed Asynchronous Heuristic Algorithm in Generalized Mutual Assignment Problem2022

    • 著者名/発表者名
      K. Hanada, Y. Amemiya, and K. Sugimoto
    • 雑誌名

      人工知能学会論文誌

      巻: 37 号: 2 ページ: B-L81_1-11

    • DOI

      10.1527/tjsai.37-2_B-L81

    • NAID

      130008165996

    • ISSN
      1346-0714, 1346-8030
    • 年月日
      2022-03-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] オンライン調整を伴う2自由度構成による隊列走行車両の縦方向制御2022

    • 著者名/発表者名
      中尾安宏、小林泰介、杉本謙二
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 58 号: 10 ページ: 443-450

    • DOI

      10.9746/sicetr.58.443

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Establishment of Strictly Positive Real Condition for Tuning MIMO Feedforward Control2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sugimoto and W. Imahayashi,
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 6 ページ: 1454-1459

    • DOI

      10.1109/lcsys.2021.3109899

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] オンライン調整を伴う2自由度構成による隊列走行車両の縦方向制御2022

    • 著者名/発表者名
      中尾 安宏、小林泰介、杉本謙二
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集(掲載決定)

      巻: 58

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gain Scheduling for Sampled-data State Estimation over Lossy Networks2021

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Kenji, Aihara Toshitaka, Ogura Masaki, Hanada Kenta
    • 雑誌名

      システム制御情報学会論文誌

      巻: 34 号: 11 ページ: 287-293

    • DOI

      10.5687/iscie.34.287

    • NAID

      130008159957

    • ISSN
      1342-5668, 2185-811X
    • 年月日
      2021-11-15
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Event-triggered control for mitigating SIS spreading processes2021

    • 著者名/発表者名
      Kazumune Hashimoto, Yuga Onoue, Masaki Ogura, and Toshimitsu Ushio
    • 雑誌名

      Annual Reviews in Control

      巻: 52 ページ: 479-494

    • DOI

      10.1016/j.arcontrol.2021.08.001

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Temporal deep unfolding-based MPC for controlling firing patterns of neuronal network2023

    • 著者名/発表者名
      Aizawa, J., Ogura, M., Shimono, M., & Wakamiya, N.
    • 学会等名
      2023 RISP International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 拡張モデル予測制御とスライディングイノベーションフィルタによる水中ドローンのロバスト制御2023

    • 著者名/発表者名
      藤倉駆,花田研太,東崇史,松原崇充,杉本謙二
    • 学会等名
      計測自動制御学会 第10回 制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 信号損失に対処するゲイン切替型オブザーバと極の領域配置2023

    • 著者名/発表者名
      永田篤樹、松原崇充、杉本謙二
    • 学会等名
      計測自動制御学会 第10回 制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ノイズを含む神経細胞モデルに対するNeural SDEを用いた発火制御2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤文哉, 小蔵正輝, 下野昌宣, 若宮直紀
    • 学会等名
      計測自動制御学会 第10回 制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 制約下でのゲイン設計における深層展開のハイパーパラメータ選定について2023

    • 著者名/発表者名
      和田弘匡, 小蔵正輝, 岸田昌子, 若宮直紀
    • 学会等名
      計測自動制御学会 第10回 制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Static output feedback synthesis of time-delay linear systems via deep unfolding2022

    • 著者名/発表者名
      Ogura, M., Kobayashi, K., & Sugimoto, K.
    • 学会等名
      17th IFAC Workshop on Time Delay Systems
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Disturbance suppression in feedback error learning control2022

    • 著者名/発表者名
      Nagata, A., Matsubara, T., & Sugimoto, K.
    • 学会等名
      2022 SICE Annual Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intentional Underestimation at Terminal State in Reinforcement Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Taisuke Kobayashi
    • 学会等名
      The 54th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Less conservative design of suboptimal switching state-estimator over lossy networks2022

    • 著者名/発表者名
      Aihara, M., Sugimoto, K., & Hanada, K.
    • 学会等名
      The 54th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sliding Innovation Filter for Linear State Equation of Underwater Drones with Modeling Errors2022

    • 著者名/発表者名
      Fujikura, K., Hanada, K., Sugimoto, K., & Matsubara, T.
    • 学会等名
      The 54th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] オフセット項付きフィードバック誤差学習による隊列走行の縦方向制御2022

    • 著者名/発表者名
      中尾 安宏、永田 篤樹、小林 泰介、杉本 謙二
    • 学会等名
      第66回 システム制御情報学会 研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] C/GMRES法による非線形モデル予測制御を用いた水中ドローンBlueROV2の制御2022

    • 著者名/発表者名
      藤倉駆、花田研太、杉本謙二
    • 学会等名
      第66回 システム制御情報学会 研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] センサ信号の損失に対処するオブザーバベース制御器 --- 所与のLyapunov解による設計2022

    • 著者名/発表者名
      杉本謙二、永田篤樹、松原崇充
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 信号損失に対処する切替型出力フィードバック制御器2022

    • 著者名/発表者名
      永田 篤樹,相原 敏孝,杉本 謙二
    • 学会等名
      計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Adaptive Step Size for a Consensus based Distributed Subgradient Method in Generalized Mutual Assignment Problem2021

    • 著者名/発表者名
      Yuki Amemiya, Kenta Hanada, and Kenji Sugimoto
    • 学会等名
      The 11th IIAI International Congress on Advanced Applied Informatics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フィードバック誤差学習による隊列走行車両の縦方向制御2021

    • 著者名/発表者名
      中尾安宏,小林泰介,杉本謙二
    • 学会等名
      第65回システム制御情報学会研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 一般化相互割当問題に対するヒューリスティックアルゴリズムの非同期かつ動的なステップサイズ2021

    • 著者名/発表者名
      雨宮裕樹,花田研太,杉本謙二
    • 学会等名
      2021年度 人工知能学会全国大会(第35回)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] SIR感染症モデルに対するブール式を用いた有界モデル検査2021

    • 著者名/発表者名
      花田研太
    • 学会等名
      2021年度 人工知能学会全国大会(第35回)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 可観測性指数が一様でない多入出力系に対するフィードバック誤差学習2021

    • 著者名/発表者名
      折笠匠海,杉本謙二
    • 学会等名
      第64回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フィードバック誤差学習による隊列走行 ―縦方向制御のロバスト化と外乱抑制―2021

    • 著者名/発表者名
      中尾安宏,小林泰介,杉本謙二
    • 学会等名
      第64回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-08-08  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi