| 研究課題/領域番号 |
15K06617
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
水野 直樹 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30135404)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 最適制御 / 実時間制御 / 船舶制御 |
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| 研究実績の概要 |
航行中の船舶には，風や波，潮流などが絶えず影響を及ぼし，さらに，積荷や燃料の変化，経年劣化などもその操縦性に影響するが．効率的な運用，省力化の観点から，船舶の操船を自動化するシステムの開発が望まれている．
特に，船舶を所定の位置に誘導する着桟操船や所定の位置を維持させるダイナミックポジショニングは困難な操船である．これは，減速あるいは停船に伴い船体の操縦性能が大きく変化し，かつ外乱の影響が増大するためである．
着桟操船の自動化に関して，評価関数に基づく最適制御手法をもとに自動操船を目指す研究が知られている．この手法は合理的な制御解が得られる反面，制御対象が非線形特性を有すると計算が複雑化したり，制御解の導出に数値計算上の調整や長い計算時間が必要となることが多く，実海域で直ちに制御解を求め，運用することは困難である．加えて，実用化に際しては，変化する外乱や，船舶の数学モデルと実船舶とのモデル化誤差を考慮し，指令値を補正する必要がある．また，ダイナミックポジショニングでは制御システム構造によって制御特性が変化したり，制御の安定性が変化することから，制御構造の最適化が重要である．
本年度の研究では，実際の船舶の状態や操船に伴う種々の制約を考慮可能な，シミュレーションと遺伝アルゴリズムを着桟操船問題に適用して解くことで，最適制御解を求めた．この手法の基本的考え方をまとめて，学会発表し，35件の発表中で優秀5件の一つに選定された．さらに，ダイナミックポジショニング問題に新しい制御系の構成法を提案した．
着桟操船の自動化に関してはその有効性を確認するために実海域で実験を行って性能評価を行った．また，ダイナミックポジショニングの新しい制御系構成法に関しては詳細なシミュレーションにより実システムへの適用可能性を評価し，両成果を論文にまとめて国際学会に投稿した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初，計画していた制御アルゴリズムに加え，着桟操船の新しい制御アルゴリズムを開発し，実船実験を実施するとともに，ダイナミックポジショニングという新しい問題にも取り組んだが，諸般の事情で実験回数が十分ではなかった．
さらに学会でもその成果を発表することができ，国際学会にも論文投稿したが，実用化の観点からはまだ改善の余地があるため．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は，実時間で非線形最適制御問題を解く手法として，遺伝アルゴリズムや並列計算の採用を検討し，実船時間を実施してその有効性を検討した．
その結果，実時間に準ずる時間で実用的な近似解を得られることが分かったが，実用化には更なる計算時間の短縮や制御性能の向上が必要であることも明らかとなった．
そこで，今後は，遺伝アルゴリズムの改良や他の最適化計算法の採用，制御性能を向上する制御手法の採用を検討し，より実用的なアルゴリズムを開発する計画である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
当初予定していた，実船実験が諸般の事情により実施できなかったこと，また，数値計算用並列計算機機器が年度末に発売されたが，実用上の問題点が見つかったため，購入を見送った．そのため，機器購入を実用上の問題が解決されるまで延期し，次年度購入予定とした．
（使用計画）
当初検討していた機器の問題は程なく解決されるはずであり，問題が解決し次第，購入する予定である．また，研究成果の国際学会での発表も予定しており，その旅費としての支出を計画している．さらに，機器購入予定が変更になったことから実験の実施時期も再検討しており，実験準備に必要な最適化計算ソフトの導入や実験費用としての支出も予定している．
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