自己診断する性能保証型制御系：冗長性に基づく設計と検証

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06425
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 佐藤 孝雄 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00347527)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 二重レート / 冗長設計 / データ駆動

研究実績の概要

本研究においては制御対象となるシステムの数理的冗長性に基づいて制御系設計を行った。制御対象の出力や制御入力の更新周期が異なる二重レート系の構築方法を導き、制御性能とは独立に制御入力を設計する方法について検討した。ここで検討した二重レート系では、出力のサンプリング間隔が入力の更新間隔よりも長い系としている。これは、ネットワーク制御などにおいて、手元の計算機の計算速度に比べ、ネットワークを経由した外部との通信速度が遅い場合に対応している。このような二重レート系は入力を時間的に分割して仮想的に入力を追加することが可能なため、新たな装置を追加することなく、システムを制御しながらその性能とは独立に異なる目的のための操作を実行することが可能となる。本研究では計算機側で把握可能なデータを制御性能とし、制御性能を劣化させることなく連続時間の制御性能を診断しながらその性能を向上させることを目的として設計した。また、その冗長性を利用して制御性能とは独立に安定余裕を改善する方法についても検討した。その結果、制御性能を劣化させることなくロバスト性を向上させることができるようになるため、予期しない事故に対して対応可能な制御系が設計できるようになった。さらに、二重レート系において入出力データのみから制御系を設計する方法についても検討した。この提案する方法を回転系に適用し、その実験結果から二重レート系においてもデータ駆動設計は有効であることを確認している。

研究成果

• [国際共同研究] universitat autonoma de barcelona(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: universitat autonoma de barcelona
• [雑誌論文] Trajectory Generation of a Mobile Robot using Mixed Integer Programming with Velocity as a Constraint (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Koki、Sato Takao、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 140 ページ: 334～335
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.140.334
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a Data-driven Dual-rate Cascade Control System (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito Sho、Sato Takao、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 409～413
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Data-driven Control for Output-multiple Dual-rate Systems (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Takao、Kusakabe Takuma、Kawaguchi Natsuki、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 484～485
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.484
  • 査読あり
• [雑誌論文] On Consensus in Multi-agent Systems with Quantized Signal Communication (2019)
  • 著者名/発表者名: Furusaka Takumi、Sato Takao、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 300～304
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.300
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Adaptive Allocator Design for An Input Redundant System with Two Input Channels (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Natsuki、Sato Takao、Araki Nozomu、Kuroda Masaharu、Asami Toshihiko
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 323～329
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a Multi-rate Control System Using Null-Space in State-space Representation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Ryota、Kawaguchi Natsuki、Sato Takao、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 287～292
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Steady-state Compensation on SAC and Its Application to a Rotation Control System (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujita Kenta、Kawaguchi Natsuki、Sato Takao、Takagi Taro、Mizumoto Ikuro
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 330～333
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance Improve Method for Backward Path-Tracking Control of an Articulated Vehicle and its Implementation Using FastSLAM (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Mamiko、Nawa Satoru、Kawaguchi Natsuki、Araki Nozomu、Sato Takao、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 305～312
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of Dual-rate Control System Independent of Discrete-time Reference/disturbance Response (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda Yuya、Sato Takao、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 318～322
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.318
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Evaluation in Discrete-time Domain and Improvement in Intersample Response on Multirate Optimal Control (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Takao、Kawaguchi Natsuki、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: Journal of Robotics, Networking and Artificial Life 巻: 5 ページ: 273～273
  • DOI: 10.2991/jrnal.k.190220.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimal Robust PID Control for First- and Second-Order Plus Dead-Time Processes (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Takao、Hayashi Itaru、Horibe Yohei、Vilanova Ramon、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 9 ページ: 1934～1934
  • DOI: 10.3390/app9091934
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design of a multi-rate control system in state-space representation using input redundancy (2019)
  • 著者名/発表者名: YASUI Ryota、KAWAGUCHI Natsuki、SATO Takao、ARAKI Nozomu、KONISHI Yasuo
  • 雑誌名: Transactions of the JSME (in Japanese) 巻: 85 ページ: p18-00400
  • DOI: 10.1299/transjsme.18-00400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extension of the Dual-rate Control System Independent of the Discrete-time Output Response (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Takao、Kawaguchi Natsuki、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 巻: 139 ページ: 889～890
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.139.889
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrete-Time First-Order Plus Dead-Time Model-Reference Trade-off PID Control Design (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Ryo、Sato Takao、Vilanova Ramon、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 9 ページ: 3220～3220
  • DOI: 10.3390/app9163220
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dual‐rate control system extension using the null space of a closed‐loop system (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Ryota、Kawaguchi Natsuki、Sato Takao、Araki Nozomu、Konishi Yasuo
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 巻: 15 ページ: 135～139
  • DOI: 10.1002/tee.23035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural network based construction of inverse kinematics model For serial redundant manipulators (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Takatani, Nozomu Araki, Takao Sato, Yasuo Konishi
  • 雑誌名: Artificial Life and Robotics 巻: 24 ページ: 483-493
  • DOI: 10.1007/s10015-019-00552-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Objective Evaluation of the Educational Effects on the Feedforward, Feedback, and PID Control (2020)
  • 著者名/発表者名: Yugo Tokura, Takao Sato, Ryota Yasui, Natsuki Kawaguchi, Nozomu Araki and Yasuo Konishi
  • 学会等名: International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB2020)
  • 国際学会
• [学会発表] 制御実験の評価結果に関する一考察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 都倉佑悟, 保井良太, 佐藤孝雄, 川口夏樹, 荒木 望, 小西康夫
  • 学会等名: 電気学会研究会資料 制御研究会
• [学会発表] 2入力冗長適応制御系における制御入力の一設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川口夏樹, 佐藤孝雄, 荒木 望, 黒田雅治
  • 学会等名: 計測自動制御学会 第7回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
• [学会発表] Steady-state Design of Dual-rate Control Using the Input Redundancy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takao Sato, Ryota Yasui, Natsuki Kawaguchi, Nozomu Araki and Yasuo Konishi
  • 学会等名: 14th International Conference on Innovative Computing, Information and Control (ICICIC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] A Multi-agent System with Dual-rate Control and a Quantized-value Communication Constraint (2019)
  • 著者名/発表者名: Takumi Furusaka, Natsuki Kawaguchi, Takao Sato, Nozomu Araki and Yasuo Konishi
  • 学会等名: 24th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Ripple-free Dual-rate PD Control Using Null-space (2019)
  • 著者名/発表者名: Takao Sato, Natsuki Kawaguchi, Nozomu Araki, Yasuo Konishi
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Model Predictive Control of Multivariable Time-delay Plants Using Interactor Matrix (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Inoue, Mingcong Deng, Takao Sato, Akira Yanou and Tomohiro Henmi
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Proportional-Derivative Controller Based Gradient Descent Method for Parameter Optimization of Machine Learning (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozomu Araki, Hideaki Takatani, Takao Sato and Yasuo Konishi
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 定量フィーダの二重レート制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上田裕也, 佐藤孝雄, 荒木 望, 小西康夫
  • 学会等名: 第63回システム制御情報学会研究発表講演会(SCI'19)
• [学会発表] 開ループ系の零空間を用いた二重レートPID制御系設計 (2019)
  • 著者名/発表者名: 保井良太, 川口夏樹, 佐藤孝雄, 荒木 望, 小西康夫
  • 学会等名: 電気学会研究会資料 制御研究会
• [学会発表] 冗長支持除振台におけるアクティブ故障診断法の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口夏樹, 荒木望, 佐藤孝雄, 黒田雅治, 浅見敏彦
  • 学会等名: 電気学会研究会資料, 制御研究会
• [学会発表] 制御実験前後の評価について (2019)
  • 著者名/発表者名: 都倉佑悟, 保井良太, 佐藤孝雄, 川口夏樹, 荒木 望, 小西康夫
  • 学会等名: 電気学会 電子・情報・システム部門大会
• [学会発表] 把持質量に不確かさを持つ動的マニピュレータの軌道設計 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高谷秀明, 荒木 望, 佐藤孝雄, 小西康夫
  • 学会等名: 2019年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] FastSLAMによる2リンクマニピュレータのリンク長誤差推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤本真巳子, 荒木 望, 佐藤孝雄, 小西康夫
  • 学会等名: 2019年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] 遺伝的アルゴリズムを用いたリファレンスガバナによる入力制限付きシステムの応答性改善 (2019)
  • 著者名/発表者名: 都倉佑悟, 荒木 望, 佐藤孝雄, 小西康夫
  • 学会等名: 2019年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [学会発表] 一次・二次遅れ＋むだ時間系に対する最適ロバストPID制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤孝雄, Ramon Vilanova, 堀部洋平, 小西康夫
  • 学会等名: 第62回自動制御連合講演会