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2016 年度 実績報告書

省エネルギーのためのスパース最適制御理論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 15H02668
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) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードスパースモデリング / 最適制御 / マルチエージェントシステム / 分散最適化 / 分散制御 / 省エネルギー / IoT / Cyber-Physical Systems
研究実績の概要

省エネルギーのためのスパース最適制御理論の構築に関する研究について,本年度は特にインド工科大学ムンバイ校,ドイツ・パダボーン大学およびテキサス工科大学ダラス校との国際共同研究,また京都大学,広島大学,東京工業大学との国内共同研究が大きく推進した.これらの成果を含む研究成果は,当該分野を代表する国際学術雑誌 (IEEE Transactions on Automatic Control, IEEE Signal Processing Letters, Systems and Control Letters および EURASIP Journal on Advances in Signal Processing) および国際会議 (IEEE CDC, IEEE ICASSP, MTNS, ACC, etc) 等で発表された.
スパース最適制御理論は線形系においては,本年度はその応用に特に力を入れた.特に,IoT (Internet of Things) や Cyber-Physical Systems (CPS) など,近年大きく注目されているシステムに対する基礎理論であるマルチエージェントシステムへのスパース最適制御理論の拡張に成功した.省エネルギーを考慮した分散最適化,および分散制御系の設計理論という新しい枠組みでの研究課題を発見し,現在もその理論的な枠組みの構築を推進中である.
制御信号のスパース性と制御信号の滑らかさは一般には相反する性質となり,それらを制御するためにはスパース性を導くL1ノルム項と滑らかさを導くL2ノルム項との和を正則化項に持つスパース最適制御の計算が必要となる.この計算に,近年注目されている CLOT (Combined L-One and Two) ノルムの概念を導入し,スパースかつ滑らかな制御の設計理論をテキサス工科大学ダラス校のVidyasagar教授との共同研究で得た.この成果は2017年度の国際会議IFAC World Congressで発表予定である.

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

当初計画していたネットワーク化制御系への拡張を超えて,マルチエージェントシステムへのスパース最適制御理論の拡張に成功し,省エネルギーを考慮した分散最適化,および分散制御系の設計理論という新しい枠組みでの研究課題を発見した.また,制御信号のスパース性と制御信号の滑らかさを同時に考慮する新しい手法である CLOT (Combined L-One and Two) ノルムを導入した新しい設計法ををテキサス工科大学ダラス校のVidyasagar教授との共同研究で得た.これらの成果は,当初の計画にはなかった新しい成果であり,計画以上に研究が進展していると言える.

今後の研究の推進方策

マルチエージェントシステムへのスパース最適制御理論の拡張をさらに進めるとともに,CLOTノルムを用いた設計理論の構築も推進する.また,理論の応用として,ドローン等の実機を用いた実証を行い,社会実装を目指した研究にも着手する.これらの研究をさらに加速するために国際および国内の共同研究を大幅に拡大する予定である.

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 13件、 招待講演 8件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Indian Institute of Technology Bombay(India)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      Indian Institute of Technology Bombay
  • [国際共同研究] Paderborn University(Germany)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Paderborn University
  • [国際共同研究] Aalborg University(Denmark)

    • 国名
      デンマーク
    • 外国機関名
      Aalborg University
  • [国際共同研究] Texas University at Dallas(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Texas University at Dallas
  • [国際共同研究] Lund University(Sweden)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Lund University
  • [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
      Ikeda Takuya、Nagahara Masaaki、Ono Shunsuke
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 62 ページ: 2750~2763

    • DOI

      10.1109/TAC.2016.2627683

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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) 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] 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) ページ: 1853-1857

    • DOI

      10.1109/LSP.2016.2625839

    • 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 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s13634-016-0372-9

    • 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

      Characterization of maximum hands-off control

      巻: 94 ページ: 31-36

    • DOI

      10.1016/j.sysconle.2016.05.002

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [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 – 2017-07-14
    • 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)
    • 年月日
      2017-03-06 – 2017-03-06
    • 招待講演
  • [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 – 2017-03-09
    • 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 – 2017-03-09
    • 国際学会
  • [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)
    • 年月日
      2017-01-23 – 2017-01-23
    • 招待講演
  • [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)
    • 国際学会
  • [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 – 2016-12-16
    • 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 – 2016-12-14
    • 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 – 2016-12-14
    • 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)
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-25
    • 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)
    • 年月日
      2016-11-21 – 2016-11-21
    • 招待講演
  • [学会発表] Sparsity, discreteness, and optimal control2016

    • 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)
    • 発表場所
      福岡工業大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-11-04 – 2016-11-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [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 – 2016-09-02
    • 国際学会
  • [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)
    • 年月日
      2016-08-29 – 2016-08-29
    • 招待講演
  • [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 – 2016-07-15
    • 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
      2nd 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 – 2016-07-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Fundamental analysis of sparse optimal control and its application to discrete-valued control2016

    • 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 – 2016-07-08
    • 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 – 2016-07-08
  • [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)
    • 年月日
      2016-06-25 – 2016-06-25
    • 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)
    • 年月日
      2016-05-26 – 2016-05-26
    • 招待講演
  • [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 – 2016-05-27
    • 国際学会
  • [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 (60-75, 119-132, 169-196)
    • 出版者
      森北出版
  • [備考] 永原正章のホームページ

    • URL

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

URL: 

公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-08-22  

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