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動的スパースモデリングの理論とそのバイオメカニクスへの応用

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 16H01546
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関北九州市立大学

研究代表者

永原 正章  北九州市立大学, 環境技術研究所, 教授 (90362582)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードスパースモデリング / 最適制御 / 動的スパースモデリング / 時系列解析 / バイオメカニクス / 凸最適化 / 最適制御理論 / 医用画像処理 / 時系列データ解析
研究実績の概要

生物運動のモデリングのための動的スパースモデリングの理論を検討し,スパースかつ連続な運動を生成する最適制御の定式化を考察した.その結果,CLOT (Combined L-One and Two) ノルムと呼ばれる評価関数が有効であることを発見し,スパースかつ連続な制御信号を得ることが可能となった.鳥類や二足歩行など,動物の運動はスパースではあるが,不連続では有りえないので,CLOTノルムの定式化は自然である.本結果は,University of Texas at Dallas および Indian Institute of Technology Hyderabad との国際共同研究により国際会議IFAC World CongressやSICE Annual Conference 等に国際会議論文論文として発表した.現在,その成果を学術論文にまとめて,制御分野の国際トップジャーナルに投稿中である.

また医療データは時系列信号であり,その生成モデルとして動的システムを仮定すれば,信号推定問題は動的スパースモデリングの問題として定式化される.特に,データが離散値を取る場合について,その動的スパースモデリングにもとづく定式化を行い,IEEE Transactions on Automatic Control や IEEE Transactions on Signal Processing 等の国際トップジャーナルで発表した.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (9件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 3件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 21件、 招待講演 8件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Texas at Dallas(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Indian Institute of Technology Bombay/Indian Institute of Technology Hyderabad(India)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Paderborn University(Germany)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Aalborg University(Denmark)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Indian Institute of Technology Bombay(India)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Aalborg University(Denmark)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Paderborn University(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Texas University at Dallas(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Lund University(Sweden)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Min-Max Design of Error Feedback Quantizers Without Overloading2018

    • 著者名/発表者名
      Ohno Shuichi、Ishihara Yuma、Nagahara Masaaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers

      巻: 65 号: 4 ページ: 1395-1405

    • DOI

      10.1109/tcsi.2017.2758801

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Digital Control2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Yutaka、Nagahara Masaaki
    • 雑誌名

      Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering

      巻: NA ページ: 1-19

    • DOI

      10.1002/047134608x.w1010.pub2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hypertracking Beyond the Nyquist Frequency2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Kaoru、Yamamoto Yutaka、Nagahara Masaaki
    • 雑誌名

      Emerging Applications of Control and Systems Theory, A Festschrift in Honor of Mathukumalli Vidyasagar

      巻: NA ページ: 369-379

    • DOI

      10.1007/978-3-319-67068-3_27

    • ISBN
      9783319670676, 9783319670683
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Discrete-Valued Model Predictive Control Using Sum-of-Absolute-Values Optimization2017

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Takuya、Nagahara Masaaki
    • 雑誌名

      Asian Journal of Control

      巻: 20 号: 1 ページ: 196-206

    • DOI

      10.1002/asjc.1596

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mean Squared Error Analysis of Quantizers With Error Feedback2017

    • 著者名/発表者名
      Ohno Shuichi、Shiraki Teruyuki、Tariq M. Rizwan、Nagahara Masaaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 65 号: 22 ページ: 5970-5981

    • DOI

      10.1109/tsp.2017.2745450

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiuser Detection Based on MAP Estimation With Sum-of-Absolute-Values Relaxation2017

    • 著者名/発表者名
      Sasahara Hampei、Hayashi Kazunori、Nagahara Masaaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 65 号: 21 ページ: 5621-5634

    • DOI

      10.1109/tsp.2017.2740164

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Discrete-Valued Control of Linear Time-Invariant Systems by Sum-of-Absolute-Values Optimization2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda, M. Nagahara, and S. Ono
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 印刷中 号: 6 ページ: 2750-2763

    • DOI

      10.1109/tac.2016.2627683

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 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 Model2017

    • 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

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Symbol Detection for Faster-Than-Nyquist Signaling by Sum-of-Absolute-Values Optimization2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sasahara, K. Hayashi and M. Nagahara
    • 雑誌名

      IEEE Signal Processing Letters

      巻: 23(12) 号: 12 ページ: 1853-1857

    • DOI

      10.1109/lsp.2016.2625839

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Discrete-time hands-off control by sparse optimization2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nagahara, J. Ostergaard, D. E. Quevedo
    • 雑誌名

      EURASIP Journal on Advances in Signal Processing

      巻: 76 号: 1

    • DOI

      10.1186/s13634-016-0372-9

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Characterization of maximum hands-off control2016

    • 著者名/発表者名
      D. Chatterjee, M. Nagahara, D. E. Quevedo, and K. S. M. Rao
    • 雑誌名

      Systems & Control Letters

      巻: 94 ページ: 31-36

    • DOI

      10.1016/j.sysconle.2016.05.002

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Control Vector Selection with Delay Estimation in Wireless Networked Control Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Nakashima, Takahiro Matsuda, Masaaki Nagahara, and Tetsuya Takine
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Consumer Electronics (Taichung)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Continuous Hands-off Control by CLOT Norm Minimization2017

    • 著者名/発表者名
      Niharika Challapalli, Masaaki Nagahara, and Mathukumalli Vidyasagar
    • 学会等名
      IFAC World Congress 2017
    • 発表場所
      Toulouse, France
    • 年月日
      2017-07-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Symbol Detection for Faster-than-Nyquist Signaling by Sum-of-Absolute-Values Optimization2017

    • 著者名/発表者名
      Hampei Sasahara, Kazunori Hayashi, Masaaki Nagahara
    • 学会等名
      The 42nd IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP 2017)
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2017-03-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RATE-DISTORTION ANALYSIS OF DELTA-SIGMA MODULATORS2017

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Ohno, Teruyuki Shiraki, M.Rizwan Tariq, Masaaki Nagahara
    • 学会等名
      The 42nd IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP 2017),
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2017-03-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Signal Reconstruction with Generalized Sampling2017

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Yamamoto, Masaaki Nagahara, Yutaka Yamamoto
    • 学会等名
      56th IEEE Conference on Decision and Control (CDC2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sparse Optimization of Physical Distribution Systems based on Maximum Hands-off Control2017

    • 著者名/発表者名
      M. Nagahara, S. Takahashi, H. Higuchi, and T. Takebayashi
    • 学会等名
      2017 International Symposium on Nonlinear Theory & Its Applications (NOLTA2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cross-Layer Design of an LQG Controller in Multihop TDMA-Based Wireless Networked Control Systems2017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Nakashima, Takahiro Matsuda, Masaaki Nagahara, and Tetsuya Takine
    • 学会等名
      IEEE 28th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CLOT Optimization for Distributed Hands-Off Control with Continuity2017

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Nagahara, Niharika Challapalli, and Mathukumalli Vidyasagar
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hypertracking Beyond the Nyquist Frequency2017

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Yamamoto, Yutaka Yamamoto, and Masaaki Nagahara
    • 学会等名
      Emerging Applications of Control and System Theory (EACST 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simultaneous rejection of signals below and above the Nyquist frequency2017

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Yamamoto, Yutaka Yamamoto, and Masaaki Nagahara
    • 学会等名
      1st IEEE Conference on Control Technology and Applications (CCTA)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Continuous Hands-off Control by CLOT Norm Minimization2017

    • 著者名/発表者名
      Niharika Challapalli, Masaaki Nagahara, and Mathukumalli Vidyasagar
    • 学会等名
      Proc. of the 20th IFAC World Congress 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スパースモデリング2017

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      SICE第4回制御部門マルチシンポジウム
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県岡山市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的スパースモデリングによる省エネルギー制御2017

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会制御フォーラム公開フォーラム
    • 発表場所
      新日鐵住金尼崎研究開発センター(兵庫県尼崎市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of IIR error feedback filters for ΔΣ modulators using approximation2016

    • 著者名/発表者名
      M. R. Tariq, S. Ohno and M. Nagahara
    • 学会等名
      Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tracking of signals beyond the Nyquist frequency2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamamoto, K. Yamamoto and M. Nagahara
    • 学会等名
      2016 IEEE 55th Conference on Decision and Control (CDC)
    • 発表場所
      Las Vegas, NV, USA
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Consensus by maximum hands-off distributed control with sampled-data state observation2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda, M. Nagahara and K. Kashima
    • 学会等名
      2016 IEEE 55th Conference on Decision and Control (CDC),
    • 発表場所
      Las Vegas, NV, USA
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Massive Overloaded MIMO Signal Detection via Convex Optimization with Proximal Splitting2016

    • 著者名/発表者名
      R. Hayakawa, K. Hayashi, H. Sasahara, and M. Nagahara
    • 学会等名
      The 2016 European Signal Processing Conference (EUSIPCO)
    • 発表場所
      Budapest, Hunbary,
    • 年月日
      2016-08-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantized self-triggered control by sum-of-absolute-values optimization2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda, M. Nagahara and D. E. Quevedo
    • 学会等名
      22nd International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems (MTNS)
    • 発表場所
      the University of Minnesota, Minneapolis, USA
    • 年月日
      2016-07-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control Theoretical Approach for Single-Frequency Full-Duplex Wireless Relaying2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sasahara, K. Hayashi, M. Nagahara, and Y. Yamamoto
    • 学会等名
      22nd International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems (MTNS)
    • 発表場所
      the University of Minnesota, Minneapolis, USA
    • 年月日
      2016-07-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fundamental analysis of sparse optimal control and its application to discrete-valued control,2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda and M. Nagahara,
    • 学会等名
      2016 American Control Conference (ACC),
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-07-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Maximum hands-off control without normality assumption2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda and M. Nagahara
    • 学会等名
      2016 American Control Conference (ACC)
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-07-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mutiuser Detection by MAP Estimation with Sum-of-Absolute-Values Relaxation2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sasahara, K. Hayashi, and M. Nagahara
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Communiations (ICC) 2016
    • 発表場所
      Kuala Lumpur, Malaysia,
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチエージェントシステムの制御2016

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      トヨタ東富士研究所「制御」先端・先進研究交流会
    • 発表場所
      トヨタ東富士研究所(静岡県裾野市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スパースモデリング2016

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      電子情報通信学会「IoT時代の制御通信塾ー物理と情報をつなぐ新技術」
    • 発表場所
      メルパルク京都(京都府京都市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sparsity, discreteness, and optimal control, Special Lecture2016

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      The 48th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS) 2016
    • 発表場所
      福岡工業大学(福岡県福岡市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチエージェントの制御:ドローン応用からIoTまで2016

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      大阪大学 数理・データ科学セミナー 数理モデルセミナーシリーズ 第10回
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的スパースモデリングとL1最適制御2016

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      RACOT研究会
    • 発表場所
      アクロス福岡(福岡県福岡市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチエージェントシステムの制御:合意制御と分散最適化2016

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 学会等名
      第60回システム制御情報学会研究発表講演会(SCI'16)
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府京都市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] スパースモデリング2017

    • 著者名/発表者名
      永原正章
    • 総ページ数
      208
    • 出版者
      コロナ社
    • ISBN
      9784339032222
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 倒立振子で学ぶ制御工学2017

    • 著者名/発表者名
      川田昌克,東俊一,市原裕之,浦久保孝光,大塚敏之,甲斐健也,國松禎明,澤田賢治,永原正章,南裕樹
    • 総ページ数
      226
    • 出版者
      森北出版
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 永原正章のホームページ

    • URL

      https://nagahara-masaaki.github.io

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 永原正章のホームページ

    • URL

      https://nagahara-masaaki.github.io/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-02-28  

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