動的な分散遺伝的アルゴリズムによる多峰性最適軌道探索の研究とUAVによる飛行実証

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K06604
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 米本 浩一 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (80404101)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 遺伝的アルゴリズム / 多峰性最適軌道探索 / UAV飛行実証

研究実績の概要

本研究は，階層的クラスタリングにより，母集団を進化過程で逐次相似性の高い個体の小集団に分割し，多峰性解の探索に適した「動的な分散遺伝的アルゴリズム」(Dynamically Distributed Genetic Algorithm: Dyn DGA)を完遂し，そのFPGA（Field Programmable Gate Array）への実装，ならびに小型無人航空機を用いた飛行実証実験により，リアルタイム最適軌道生成や誘導システムへの実用化を検証するものである．
今年度の研究課題（１）階層的クラスタリングを用いた「動的な分散遺伝的アルゴリズム」Dyn DGAの研究については，クラスタパラメータの選択方法，非類似度計算方法の検証，クラスタリング数の最適化と非類似度レベルの決定方法，また得られた最適軌道パラメータから誘導コマンドの導出方法等について，幅広い解析および数値計算シミュレーションを行うことができた．また，研究課題（２）Dyn DGA のFPGA 実装によるリアルタイム計算システムの構築については，必要なゲート数等の要求仕様を設定し，適合するFPGA 候補を選定し，周辺マイクロコンピュータとのインテグレーション等も含めたアビオニクスシステムとしてのアーキテクチャ，ならびに計算コストの大きな運動計算部の並列計算技術の検討を行った．その結果，次年度の研究目標である（３）小型無人飛行機を用いた飛行実証実験によるリアルタム計算システムの実用化検証に向けての準備を進めることができた．

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

今年度の成果として，1件の学術雑誌へ投稿し，１件の国際学会および１件の国内学会において講演発表を行った．
[1]Yonemoto, K., et al., “Winged Test Rocket with Fully Autonomous Guidance and Control for Realizing Reusable Suborbital Vehicle,” International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, Vol.10, No.1, pp.96-107, 2016.
[2] Ichige, M., Yonemoto, K., Yamasaki, H., and Itakura, K.,“Development and Evaluation of Guidance Methodology Using Dynamically Distributed Genetic Algorithm for Sub-orbital Winged Rocket,” the 30th International Symposium on Space Technology and Science, Kobe, Japan, July 4-10, 2015.
[3]蓑手勇人，米本浩一，伊多倉京士朗，市毛優智，大木巧：動的分散遺伝的アルゴリズムを使用した軌道生成におけるフーリエ級数正規化による姿勢コマンドの改善，日本機械学会九州支部第69期総会・講演会，熊本，2016年3月15日．

今後の研究の推進方策

次年度は，今年度に引き続き研究課題（２）Dyn DGA のFPGA 実装によるリアルタイム計算システムの構築を進め，必要なゲート数等の要求仕様を設定し，適合するFPGA 候補を選定し，周辺マイクロコンピュータとのインテグレーション等も含めたアビオニクスシステムとしてのアーキテクチャ，ならびに計算コストの大きな運動計算部の並列計算技術を確立するとともに，研究課題（３）小型無人飛行機を用いた飛行実証実験によるリアルタム計算システムの実用化検証について，軌道生成および誘導計算サイクルの要求仕様の設定方法，実証技術の検証方法および評価基準のクライテリア等を設定し，小型無人航空機を用いた飛行実証実験を開始する．

次年度使用額が生じた理由

研究課題であるDyn DGA のFPGA 実装によるリアルタイム計算システムの構築において，FPGAシステムの候補選定まで実施したが，消耗品としてのハードウエア部品の購入に至らなかった．
またSaudi Arabia, Jeddaにおいて2016年1月26日から27にまで開催の国際学会18th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineeringにて講演発表が学会当局から受理されていたが，同国からのビザ受領が間に合わなず参加することができなかったため，旅費として予定した経費が執行できなかった．しかし，学会に提出した論文はその後に査読を受けて，International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineeringに掲載された．

次年度使用額の使用計画

引き続き研究を行うDyn DGA のFPGA 実装によるリアルタイム計算システムの構築に必要な消耗品としてのハードウエア部品の購入を行う予定である．
また，次年度においては，別途国際学会として67th International Astronautical Congress（September 20-30, 2016)への講演発表に応募したところ受理されたので，当該旅費として拠出する予定である．

研究成果

• [国際共同研究] The University of Texas at El Paso(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The University of Texas at El Paso
• [雑誌論文] Winged Test Rocket with Fully Autonomous Guidance and Control for Realizing Reusable Suborbital Vehicle (2016)
  • 著者名/発表者名: Yonemoto K., Yamasaki H., Ichige M., Ura Y., Gossamsetti Guna S., Ohki T., Shirakata K., Choudhuri Ahsan R., Ishimoto S., Mugitani T., Asakawa H., Nanri H.
  • 雑誌名: International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering 巻: Vol.10, No.1 ページ: pp.97-107
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 動的分散遺伝的アルゴリズムを使用した軌道生成におけるフーリエ級数正規化による姿勢コマンドの改善 (2016)
  • 著者名/発表者名: 蓑手勇人，米本浩一，伊多倉京士朗，市毛優智，大木巧
  • 学会等名: 日本機械学会 九州支部第69期総会・講演会
  • 発表場所: 熊本大学，熊本
  • 年月日: 2016-03-15 – 2016-03-15
• [学会発表] Development and Evaluation of Guidance Methodology Using Dynamically Distributed Genetic Algorithm for Sub-orbital Winged Rocket (2015)
  • 著者名/発表者名: Ichige M., Yonemoto K., Yamasaki H., Itakura K.
  • 学会等名: 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-07-04 – 2015-07-10
  • 国際学会