統計的データ解析に基づく制御理論の構築

• 研究課題/領域番号: 25420437
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 制御・システム工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 藤本 健治 京都大学, 工学研究科, 教授 (10293903)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: Control theory / System identification / Statistical learning / Nonlinear control / ベイズ推定 / 確率最適制御 / 統計的学習

研究成果の概要

本研究では、統計的学習アルゴリズムを制御工学の問題に適用し、大別して三つの新しい成果を得た。第一に変分ベイズ法を用いた制御系のシステム同定手法を得た。第二に相互情報量を用いたシステム同定のための制御入力の設計法を与えた。第三にガウス過程回帰と呼ばれる非線形関数近似器を用いて非線形系の制御系設計手法を与えた。制御工学においては、制御対象の数理モデルに基づいて設計が行われるが、精密な数理モデルの獲得は容易ではない。本研究では、統計的データ解析のツールを援用することでこれまでにない制御系設計の一連のアルゴリズムを導いた。

研究成果

• [雑誌論文] Transition to an optimal periodic gait by simultaneous input and parameter optimization method of Hamiltonian systems (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Satoh, K. Fujimoto and M. Saeki
  • 雑誌名: Artif Life Robotics 巻: - 号: 3 ページ: 258-267
  • DOI: 10.1007/s10015-016-0294-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] On system identification for ARMAX models based on the variational Byaesian method (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Fujimoto and Y. Takaki
  • 雑誌名: Proc. IEEE Conference on Decision and Control 巻: - ページ: 1217-1222
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study on robust nonlinear optimal control for parameter variation (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Okura and K. Fujimoto
  • 雑誌名: Proc. IEEE Conference on Decision and Control 巻: - ページ: 4469-4473
  • 査読あり
• [雑誌論文] On stochastic optimal control for linear systems with robust stability (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, K. Fujimoto, Y. Tadokoro and T. Yoshimura
  • 雑誌名: Proc. IEEE Conference on Decision and Control 巻: - ページ: 5390-5395
  • 査読あり
• [雑誌論文] On port-Hamiltonian modeling and control of systems with quaternions (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Fujimoto, T. Takeuchi and Y. Matsumoto
  • 雑誌名: Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan 巻: 14
  • NAID: 130006902230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrete-Time Nonlinear Optimal Control via Generating Functions (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Chen, K. Fujimoto and T. Suzuki
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E99.A 号: 11 ページ: 2037-2048
  • DOI: 10.1587/transfun.E99.A.2037
  • NAID: 130005267876
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 査読あり
• [雑誌論文] On periodic Kalman filters and multi-rate estimation (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Fujimoto, Y. Oji and K. Hamamoto
  • 雑誌名: Proc. IEEE Multi Symposiums on Control 巻: - ページ: 934-939
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrete-Time Linear Quadratic Optimal Control via Double Generating Functions (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Chen and Z. Hao and K. Fujimoto and T. Suzuki
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E98.A 号: 3 ページ: 833-842
  • DOI: 10.1587/transfun.E98.A.833
  • NAID: 130004770985
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical approach for nonlinear optimal control problems based on double generating functions (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Hao and Q. Zhang and K. Fujimoto
  • 雑誌名: Proceedings of the 54th IEEE Conference on Decision and Control 巻: 1 ページ: 3218-3223
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A new framework of robust LQ optimal control for parameter ariation and its application to the double generating function method (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Okura and K. Fujimoto
  • 雑誌名: Proceedings of the 54th IEEE Conference on Decision and Control 巻: 1 ページ: 3236-3241
  • 査読あり
• [雑誌論文] On finite time optimal control for discrete-time linear systems with parameter variation (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Fujimoto and T. Inoue and S. Maruyama
  • 雑誌名: Proceedings of the 54th IEEE Conference on Decision and Control 巻: 1 ページ: 6524-6529
  • 査読あり
• [雑誌論文] On linear solutions to a class of risk sensitive control for linear systems with stochastic parameters (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito and K. Fujimoto and Y. Tadokoro and T. Yoshimura
  • 雑誌名: Proceedings of the 54th IEEE Conference on Decision and Control 巻: 1 ページ: 6516-6523
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal Gait Generation for a Compass Biped Robot via the Double Generating Function Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhiwei Hao, Kenji Fujimoto and Yoshikazu Hayakawa
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: 7 ページ: 96-103
  • 査読あり
• [学会発表] ガウス過程状態空間モデルに対するモデルの不確かさを考慮した出力フィードバック制御則の設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高木友士、藤本健治
  • 学会等名: 第4回制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2017-03-06
• [学会発表] 変分ベイズ法に基づいた非線形状態空間モデルのシステム同定：変分事後分布の多峰性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷口明宏、藤本健治、西田吉晴
  • 学会等名: 第4回制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2017-03-06
• [学会発表] ガウス過程状態空間モデルに対する最適制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高木友士、藤本健治
  • 学会等名: 第19回情報論的学習理論ワークショップ
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-11-16
• [学会発表] 変分ベイズ法に基づいた非線形状態空間モデルのパラメータ推定：モデルがパラメータについてアファインな場合 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷口明宏、藤本健治、西田吉晴
  • 学会等名: 第19回情報論的学習理論ワークショップ
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-11-16
• [学会発表] H∞フィルタを用いたマルチレート状態推定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大路悠友、藤本健治
  • 学会等名: 第60回システム制御情報学会研究発表講演会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] 周波数領域における相互情報量を用いた能動学習 (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上・藤本
  • 学会等名: 第3回 SICE 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2016-03-07
• [学会発表] 確率パラメータをもつ線形システムのリスク鋭敏型線形制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤・藤本・田所・吉村
  • 学会等名: 第3回 SICE 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2016-03-07
• [学会発表] パラメータ変動に対してロバストな非線形最適制御の枠組みについて (2015)
  • 著者名/発表者名: 大倉・藤本
  • 学会等名: 第58回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] 信頼度を考慮したばらつき抑制のための確率最適制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上・藤本
  • 学会等名: 第58回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] 変分ベイズ法に基づく ARMAX モデルのシステム同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高木・藤本
  • 学会等名: 第59回 システム制御情報学会研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] 非線形系に対する二重母関数法を用いた最適軌道生成の数値計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 星山・藤本
  • 学会等名: 第59回 システム制御情報学会研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] 勾配ベイズ法によるロバストな状態空間モデルのシステム同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石神孝容、藤本健治、西田吉晴
  • 学会等名: SICE 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-07
• [学会発表] 非線形最適制御のためのシステム同定と制御器設計の統合化手法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優司、藤本健治、田所幸浩、吉村貴克
  • 学会等名: SICE 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-07
• [学会発表] パラメータ変動に対してロバストなLQ最適制御の枠組みと母関数法への適用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大倉裕貴、藤本健治
  • 学会等名: SICE 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-07
• [学会発表] Generating function approach to linear quadratic optimal control problem with constraints on the state (2014)
  • 著者名/発表者名: Dijian Chen, Kenji Fujimoto and Tatsuya Suzuki
  • 学会等名: IEEE International Conference on Decision and Control 2014
  • 発表場所: Los Angeles
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [学会発表] On trajectory tracking control of port-Hamiltonian systems with quaternions (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Fujimoto and Taishi Nishiyama
  • 学会等名: IEEE International Conference on Decision and Control 2014
  • 発表場所: Los Angeles
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [学会発表] On symmetric nonlinear systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Fujimoto, Tudo Ionescu and Jacquelien M. A. Scherpen
  • 学会等名: 自動制御連合講演会
  • 発表場所: 群馬
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-12
• [学会発表] Solving discrete-time nonlinear optimal control problem by generating functions approach (2014)
  • 著者名/発表者名: Dijian Chen, Kenji Fujimoto and Tatsuya Suzuki
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2014
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] Discrete-time linear quadratic optimal control with fixed and free terminal state via double generating functions (2014)
  • 著者名/発表者名: Dijian Chen, Zhiwei Hao, Kenji Fujimoto and Tatsuya Suzuki
  • 学会等名: IFAC World Congress 2014
  • 発表場所: Cape Town
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-29
• [学会発表] On balanced truncation for symmetric nonlinear systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Fujimoto and Jaqcuelien M. A. Scherpen
  • 学会等名: International Symposium on Mathematical Theory for Networks and Systems
  • 発表場所: Groningen
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] 2軸ヘリコプタのベイズ推定によるパラメータ推定と確率最適制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上鉄平、藤本健治
  • 学会等名: システム制御情報学会講演会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-23
• [学会発表] ロバストな変分ベイズアルゴリズムの提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石神孝容、藤本健治、西田吉晴
  • 学会等名: 計測自動制御学会 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 電気通信大学
• [学会発表] 藤本健治、丸山俊、村田昇、早川朋久 (2014)
  • 著者名/発表者名: 確率的な予測データを扱うための2次計画法について
  • 学会等名: 計測自動制御学会 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 電気通信大学
• [学会発表] パラメータにばらつきを持つ離散時間線形システムに対する有限時間最適制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 丸山俊、藤本健治、岩田崇
  • 学会等名: 自動制御連合講演会
  • 発表場所: 新潟大学