サイバーフィジカルシステム論的アプローチによる高信頼な自律分散協調制御

• 研究課題/領域番号: 25820180
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 制御・システム工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 林 直樹 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80637752)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013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: マルチエージェントシステム / 協調制御 / 分散最適化 / 合意問題 / センサネットワーク / 自律分散制御

研究成果の概要

本課題では、エージェントの物理制約やエージェント間の情報伝達の際の通信制約を考慮し、各エージェントがCPUのオーバーロードやネットワークの輻輳による制御性能の低下を防ぐ信頼性の高い分散協調制御法を提案した。まず、ネットワークの無線規格による通信制約を考慮した協調制御に関する研究を行った。また、事象駆動型の協調制御則や分散最適化アルゴリズムを提案し、制御性能やアルゴリズムの収束性を保ちつつエージェント間の通信回数を低減する手法を提案した。さらに、提案した協調制御則や分散最適化アルゴリズムのセンサネットワークへの応用について検討した。

研究成果

• [雑誌論文] Consensus-Based Distributed Particle Swarm Optimization with Event-Triggered Communication (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Ishikawa, Naoki Hayashi, Shigemasa Takai
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E101.A 号: 2 ページ: 338-344
  • DOI: 10.1587/transfun.E101.A.338
  • NAID: 130006327973
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 査読あり
• [雑誌論文] 合意制御に基づく分散事象駆動型劣勾配アルゴリズムによる制約なし凸最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梶山 祐一, 林 直樹, 高井 重昌
  • 雑誌名: システム制御情報学会論文誌 巻: 30 号: 6 ページ: 253-262
  • DOI: 10.5687/iscie.30.253
  • NAID: 130006078711
  • ISSN: 1342-5668, 2185-811X
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2D Voronoi Coverage Control with Gaussian Density Functions by Line Integration (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayashi, Kohei Segawa, and Shigemasa Takai
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: vol. 10, no. 2 号: 2 ページ: 110-116
  • DOI: 10.9746/jcmsi.10.110
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distributed Source Identification by Two-Hop Consensus Dynamics with Uniform Time-Varying Communication Time-Delays (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayashi and Shigemasa Takai
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: vol. 10, no. 2 号: 2 ページ: 70-76
  • DOI: 10.9746/jcmsi.10.70
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Robust AC Voltage Regulation of Microgrids in Islanded Mode with Sinusoidal Internal Model (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, M. Nagahara, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: 10(2) 号: 2 ページ: 62-69
  • DOI: 10.9746/jcmsi.10.62
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discrete-Time Average Consensus with Multi-Hop Communication (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiori Miyake, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: vol. 9, no. 5 号: 5 ページ: 187-191
  • DOI: 10.9746/jcmsi.9.187
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Gradient-Based Approach for Discrete-Time Average Consensus with Self-Triggered Control (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinji Iwase, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: vol. 9, no. 3 号: 3 ページ: 122-127
  • DOI: 10.9746/jcmsi.9.122
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 2レベル階層型PTZカメラセンサネットワークによるイベントトリガ型協調追跡 (2016)
  • 著者名/発表者名: 瀬川 昂平, 浜田 健太, 林 直樹, 高井 重昌
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 52 号: 1 ページ: 19-27
  • DOI: 10.9746/sicetr.52.19
  • NAID: 130005122189
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 収束速度の改善を考慮した2-ホップ平均合意ダイナミクスの検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野村 健二, 林 直樹, 高井 重昌
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌分冊 A 巻: J98-A
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] GTS-based Communication Task Scheduling for Quantized Output Consensus over IEEE 802.15.4 Wireless Networks (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayashi and Shigemasa Takai
  • 雑誌名: Automatica 巻: 55 ページ: 6-11
  • DOI: 10.1016/j.automatica.2015.02.028
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Event-Triggered and Self-Triggered Control for Discrete-Time Average Consensus Problems (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hamada, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: 7 号: 5 ページ: 297-303
  • DOI: 10.9746/jcmsi.7.297
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 平均コンセンサスアルゴリズムによる分散円あてはめ (2014)
  • 著者名/発表者名: 村西 悠, 林 直樹, 高井 重昌
  • 雑誌名: システム制御情報学会論文誌 巻: vol. 27，no. 1 ページ: 14-19
  • NAID: 130003396800
  • 査読あり
• [学会発表] Thompson抽出に基づく分散協調型確率的Banditの検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 神村 素輝, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 電子情報通信学会 システム数理と応用研究会
• [学会発表] 分散スパースモデリングによる拡散過程の初期分布推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹, 永原 正章
  • 学会等名: 第5回 制御部門マルチシンポジウム
• [学会発表] 事象駆動型制御による摂動のある時変システムの安定性の考察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 健太, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 平成29年度 計測自動制御学会 関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
• [学会発表] 代数的グラフ理論に基づくマルチエージェントシステムの制御と分散最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹
  • 学会等名: 東北大学 大学院情報科学研究科 研究科重点プロジェクト「数学と諸分野の協働推進による学際的・総合的な新領域研究の開拓」第11回講演会
  • 発表場所: 東北大学 青葉山キャンパス（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2017-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] 事象駆動型平均合意制御を用いた分散PSOアルゴリズムの検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 和幸, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 平成28年度 計測自動制御学会 関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
  • 発表場所: 大阪大学 吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2017-01-13
• [学会発表] オイラー・ラグランジュシステムに対する協調取り囲み制御のカメラセンサネットワークへの応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中島 駿, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 平成28年度 計測自動制御学会 関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
  • 発表場所: 大阪大学 吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2017-01-13
• [学会発表] Distributed Multi-Step Subgradient Algorithm for Constrained Convex Optimization with Undirected Time-Varying Communications (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kajiyama, Naoki Hayashi, Shigemasa Takai
  • 学会等名: Proceedings of the 56th IEEE Conference on Decision and Control (CDC2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 離散最小費用流問題におけるマルチエージェントシステムを用いた分散最適化の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 和幸, 林 直樹, 楠木 祥文，高井 重昌
  • 学会等名: 第60回 自動制御連合講演会
• [学会発表] Distributed Proximal Gradient Algorithms for Sparse Modeling over Networks (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayashi and Masaaki Nagahara
  • 学会等名: Proceedings of the 2nd International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics (SWARM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 合意制御に基づく分散凸最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹
  • 学会等名: 電子情報通信学会 2017年ソサイエティ大会
• [学会発表] Distributed Event-Triggered Subgradient Method for Convex Optimization with a Common Constraint Set (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kajiyama, Naoki Hayashi, Shigemasa Takai
  • 学会等名: Proceedings of the 20th IFAC World Congress (IFAC2017)
  • 国際学会
• [学会発表] ターゲットの速度を考慮したボロノイ被覆制御のカメラセンサネットワークへの応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 龍弥, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 第61回 システム制御情報学会研究発表講演会
• [学会発表] スペクトラルグラフ理論に基づく協調制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹
  • 学会等名: スペクトラルグラフ理論および周辺領域 第5回研究集会
  • 発表場所: 神戸大学 六甲台第2キャンパス（兵庫県神戸市灘区）
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] グラフ理論 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹
  • 学会等名: SICEセミナー「マルチエージェントシステムの制御：IoT時代の制御理論」
  • 発表場所: 北陸先端科学技術大学院大学 東京サテライト（東京都港区）
  • 年月日: 2016-09-29
  • 招待講演
• [学会発表] Linear Convergence of Distributed Periodically-Triggered ADMM for Unconstrained Optimization (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayato Fujimura, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 学会等名: Proceedings of the SICE Annual Conference 2016 (SICE2016)
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] ペロン行列を用いたグラフ信号処理による平滑化フィルタ設計の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川 和幸, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 第33回 センシングフォーラム 計測部門大会 ポスターセッション
  • 発表場所: 近畿大学 和歌山キャンパス（和歌山県紀の川市）
  • 年月日: 2016-09-02
• [学会発表] 合意制御に基づく自己駆動型分散劣勾配法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 梶山 祐一, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 第33回 センシングフォーラム 計測部門大会 ポスターセッション
  • 発表場所: 近畿大学 和歌山キャンパス（和歌山県紀の川市）
  • 年月日: 2016-09-02
• [学会発表] ペロン行列を用いたバイラテラルフィルタによるグラフ信号処理の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川 和幸, 林 直樹, 高井 重昌
  • 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（京都府京都市南区）
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] 合意制御に基づく劣勾配法による事象駆動型分散最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 梶山 祐一, 林 直樹, 高井 重昌
  • 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（京都府京都市南区）
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] マルチエージェントシステムの制御 -- IoT/CPS時代の制御理論 線形代数とグラフ理論 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹
  • 学会等名: 第3回 制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 南山大学 名古屋キャンパス（愛知県名古屋市昭和区）
  • 年月日: 2016-03-10
• [学会発表] マルチエージェントシステムによる分散協調制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹
  • 学会等名: 電子情報通信学会 高信頼制御通信研究会
  • 発表場所: 関西大学うめきたラボラトリ（大阪府大阪市北区）
  • 年月日: 2016-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] 時刻に依存する最大許容通信遅延を持つ合意制御の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤 雅也, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 平成27年度 計測自動制御学会 関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-01-08
• [学会発表] Cooperative Target Tracking by 2-level Hierarchical PTZ Camera Sensor Networks (2015)
  • 著者名/発表者名: Kohei Segawa, Kenta Hamada, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 学会等名: The 54th IEEE Conference on Decision and Control (CDC2015)
  • 発表場所: Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] 時変ネットワークシステムにおけるイベントトリガ型離散時間合意制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬 真司，林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 第58回 自動制御連合講演会
  • 発表場所: 神戸大学六甲台第2キャンパス（兵庫県神戸市灘区）
  • 年月日: 2015-11-15
• [学会発表] マルチエージェントシステムの制御（２）代数的グラフ理論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹, 桜間 一徳
  • 学会等名: 第58回 自動制御連合講演会
  • 発表場所: 神戸大学六甲台第2キャンパス（兵庫県神戸市灘区）
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] Cooperative Voronoi Coverage with Velocity Feedback of Centroids (2015)
  • 著者名/発表者名: Koki Abe, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics (SWARM2015)
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-10-30
  • 国際学会
• [学会発表] マルチエージェントシステムの制御（２）代数的グラフ理論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹, 桜間 一徳
  • 学会等名: 電子情報通信学会 2015年ソサイエティ大会
  • 発表場所: 東北大学 川内北キャンパス（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Distributed Event-triggered Control for Voronoi Coverage (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayashi, Yu Muranishi, and Shigemasa Takai
  • 学会等名: The 1st IEEE International Conference on Event-Based Control, Communication, and Signal Processing (EBCCSP2015)
  • 発表場所: AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland
  • 年月日: 2015-06-17
  • 国際学会
• [学会発表] リアルタイムシステムのスケジュール可能性に対するロバスト性の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤 雅也, 林 直樹, 高井 重昌
  • 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: 中央電気倶楽部（大阪市北区）
  • 年月日: 2015-05-22
• [学会発表] 収束時間を考慮した離散時間平均合意ダイナミクスの検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三宅 志織, 林 直樹, 高井 重昌
  • 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: 中央電気倶楽部（大阪市北区）
  • 年月日: 2015-05-21
• [学会発表] 分散シンプレックス法による線形計画問題の秘匿性を考慮した解法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤村 勇人, 林 直樹, 高井 重昌
  • 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: 中央電気倶楽部（大阪市北区）
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] 分散協調制御：代数的グラフ理論からのアプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 直樹
  • 学会等名: 電子情報通信学会 2015年総合大会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス（滋賀県草津市）
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] 離散時間合意制御問題におけるセキュアな協調制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安部 洸暉, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 平成26年度 計測自動制御学会 関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-01-16
• [学会発表] イベントトリガ制御を用いた離散時間合意制御の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬 真司, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 平成26年度 計測自動制御学会 関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-01-16
• [学会発表] Distributed Estimation of 1-D Convection-Diffusion Phenomena by Discrete-Time Event-Triggered Consensus Dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Yu Muranishi, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 学会等名: The 53rd IEEE Conference on Decision and Control (CDC2014)
  • 発表場所: Los Angeles, USA
  • 年月日: 2014-12-15
• [学会発表] 分散シンプレックス法を用いた発電機起動停止計画問題の最適化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅井 俊紀, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 電子情報通信学会 システム数理と応用研究会
  • 発表場所: 大濱信泉記念館（沖縄県石垣市）
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] 収束性を考慮した平均合意ダイナミクスの検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村 健二, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 電子情報通信学会 システム数理と応用研究会
  • 発表場所: 大濱信泉記念館（沖縄県石垣市）
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] Distributed Event-Triggered Control for Consensus Problems with Non-linear Output Functions (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Nomura, Naoki Hayashi, and Shigemasa Takai
  • 学会等名: The ISCIE/ASME 2014 International Symposium on Flexible Automation (ISFA2014)
  • 発表場所: Hyogo, Japan
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] Consensus-based Distribution Estimation of 1-D Diffusion Phenomena (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayashi and Shigemasa Takai
  • 学会等名: The 2014 American Control Conference (ACC2014)
  • 発表場所: Portlant, USA
  • 年月日: 2014-07-05
• [学会発表] オンライン故障検出による安全な協調制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安部 洸暉, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 第58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(京都府京都市南区)
  • 年月日: 2014-05-23
• [学会発表] 平均合意ダイナミクスを用いた分散変化点検出法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 瀬川 昂平, 林 直樹, 高井 重昌
  • 学会等名: 第58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(京都府京都市南区)
  • 年月日: 2014-05-23
• [学会発表] A GTS Scheduling for Consensus Problems Over IEEE 802.15.4 Wireless Networks
  • 著者名/発表者名: Naoki Hayashi and Shigemasa Takai
  • 学会等名: The 12th European Control Conference (ECC2013)
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
• [図書] マルチエージェントシステムの制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東 俊一，永原 正章，石井 秀明，林 直樹，桜間 一徳，畑中 健志
  • 総ページ数: 218
  • 出版者: コロナ社
• [備考]
  • URL: http://is.eei.eng.osaka-u.ac.jp/n.hayashi/