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2017 年度 実施状況報告書

オペレータ法、適応手法と機械学習を組み合わせた故障早期検出と早期耐故障制御

研究課題

研究課題/領域番号 17K06225
研究機関東京農工大学

研究代表者

とう 明聡  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20295124)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードオペレータ法 / 適応手法 / 機械学習法 / 早期故障検出 / 早期耐故障制御 / 非線形制御 / プラント実験装置
研究実績の概要

平成29年度は以下の研究実績を得た。(1)機械学習法に組み込むオペレータ法、適応手法として、早期故障検出法を提案した。さらに数値シミュレーションで提案法の有効性を検証した。(2)オペレータ法では、事前情報であるプラント情報として、プラントの構造、パラメータのノミナル値を必要としており、これらの情報を機械学習法で求める手法を新たに考案した。また、取り込む観測値の選択方法についても検討した。(3)機械学習法の欠点である過学習を避けるため、早期故障検知の観点からSVM法を用い、機械学習において学習データに対する感度を決定するクラス分類の決定法を検討した。学習させるデータは現時刻の入力, 出力, 1ステップ前の出力, 2ステップ前の出力の4種である. 出力に関して複数時刻の出力を用いて学習させることにより, 故障の誤検知を少なくすることができた。(4)オペレータ法のロバスト制御系設計法を用いた耐故障制御法に、早期故障検出を適用するため、耐故障制御系に有効とされるロバスト制御系構成法を与え、故障の早期に対応する早期耐故障制御法を考案した。(5)プラント実験装置による実験的検討では、水位系の動作を観測雑音の範囲内の微小に変動させ、その場合でのモデルを分数次元で求め、実験で検証した。実験装置を増設し、次年度以降に実施する実験の準備を行った。

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

2017年度において、当初に提出した研究計画に沿って研究を進めてきた。研究目的の研究課題1から研究課題5に取り組んで、比較的満足できる結果が得られた。特に研究課題1で機械学習法に組み込むオペレータ法、適応手法として、早期故障検出法を提案した。また、研究課題5で分数次元のモデルも得られた。
研究成果を論文誌論文10編、国際会議論文8編、国内講演会9編にまとめ、発表した。

今後の研究の推進方策

当初に提出した研究計画に沿って、研究課題1において引き続き理論的検討を行い、数値シミュレーションを行う。研究課題2において、非線形プラントについて推定する方法を再考案する。プラントパラメータを機械学習法のSupport Vector Regression(SVR)によって推定する方法にいて検討し、形状係数推定値の変動を故障検出に用いる手法を検討する。
研究課題3において機械学習法の改良では、多変数系、非線形系の場合の(1)形状係数の推定 (2) クラス分類の決定法について再検討する。課題4において早期耐故障制御法の考案では、多変数系、非線形系の場合の(1) 微小故障信号の場合についての耐故障制御法の検討、および、(2)数値シミュレーションによる検証を行う。研究課題5において引き続き、多出力系の故障検出を行う。実験結果から、さらに必要となる手法の拡張、適用範囲の拡大について、課題1~4の研究に反映させる。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 8件)

  • [雑誌論文] Experimental study on operator-based robust nonlinear vibration control for an L-shaped arm with unknown load2018

    • 著者名/発表者名
      Wu Yanfeng、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering

      巻: 232 ページ: 453~463

    • DOI

      10.1177/0959651818757900

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Operator-based robust non-linear vibration control for an L-shaped arm with unknown load by using on-line wavelet transform2018

    • 著者名/発表者名
      Wu Yanfeng、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      IET Control Theory & Applications

      巻: 12 ページ: 770~777

    • DOI

      10.1049/iet-cta.2017.0337

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operator-Based Reset Control for Nonlinear System with Unknown Disturbance2018

    • 著者名/発表者名
      Mengyang LI、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics Communications and Computer Sciences

      巻: E101-A ページ: 755~762

    • DOI

      10.1587/transfun.E101.A.755

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operator-based robust nonlinear control of an uncertain wireless power transfer system using sliding mode technology2018

    • 著者名/発表者名
      Gao Xudong、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      Transactions of the Institute of Measurement and Control

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1177/0142331217750224

    • 査読あり
  • [雑誌論文] モデル予測制御における閉ループ系の極の設計2018

    • 著者名/発表者名
      井上、矢納、とう、逸見、吉永
    • 雑誌名

      電気学会論文誌 電子・情報・システム部門誌

      巻: 138 ページ: 543~548

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 一般化最小分散制御系の制御則極と故障時定常ゲインの数式表現2018

    • 著者名/発表者名
      吉永、逸見、井上、矢納、とう
    • 雑誌名

      電気学会論文誌 電子・情報・システム部門誌

      巻: 138 ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operator-based robust nonlinear optimal vibration control for an L-shaped arm driven by linear pulse motor2017

    • 著者名/発表者名
      Wu Yanfeng、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      International Journal of Control, Automation and Systems

      巻: 15 ページ: 2026~2033

    • DOI

      dx.doi.org/10.1007/s12555-016-0320-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental Study on Robust Nonlinear Forced Vibration Control for an L-Shaped Arm with Reduced Control Inputs2017

    • 著者名/発表者名
      Wu Yanfeng、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      巻: 22 ページ: 2186~2195

    • DOI

      10.1109/TMECH.2017.2734696

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operator-based external disturbance rejection of perturbed nonlinear systems by using robust right coprime factorization2017

    • 著者名/発表者名
      Li Mengyang、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      Transactions of the Institute of Measurement and Control

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1177/0142331217718899

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear Control Method for Nonlinear Systems with Unknown Perturbations by Combining Left and Right Factorization2017

    • 著者名/発表者名
      Tao Fazhan、Deng Mingcong
    • 雑誌名

      Asian Journal of Control

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/asjc.1701

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Experimental study on a Spiral Heat Exchange Process using DCS Device2018

    • 著者名/発表者名
      Mingcong Deng, Suobing Yang, Kosuke Furukawa, and Shin Wakitani
    • 学会等名
      The 2018 IEEE International Conference on Networking, Sensing and Control
    • 国際学会
  • [学会発表] クレーンシステムにおけるSMAを用いたフレキシブルアームの非線形振動制御に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      小出智貴、とう明聡、松森、野下裕市
    • 学会等名
      計測自動制御学会第5回制御部門マルチシンポジウム
  • [学会発表] オペレータ理論に基づく蛇腹構造を考慮したマイクロ柔軟アクチュエータのモデル化および非線形制御2018

    • 著者名/発表者名
      須谷瑞樹、とう明聡、上野敬介
    • 学会等名
      電気学会制御研究会(スマートシステムと制御技術シンポジウム2018)
  • [学会発表] 数式処理ソフトウェアの限定子除去法を用いた制御系の設計2018

    • 著者名/発表者名
      井上昭、逸見知弘、吉永慎一、矢納陽、とう明聡
    • 学会等名
      電気学会制御研究会(スマートシステムと制御技術シンポジウム2018)
  • [学会発表] サンプル・ホールド回路の特性とz変換2018

    • 著者名/発表者名
      井上昭、佐藤孝雄、とう明聡
    • 学会等名
      電気学会制御研究会
  • [学会発表] Operator-based integral sliding mode control design for WPT system via magnetic resonance coupling2017

    • 著者名/発表者名
      Kodai Masaki, Xudong Gao, Mingcong Deng and Yuichi Noge
    • 学会等名
      2017 International Conference on Advanced Mechatronic Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Sensitivity on operator-based nonlinear control design of uncertain system with disturbance2017

    • 著者名/発表者名
      Mengyang Li and Mingcong Deng
    • 学会等名
      2017 International Conference on Advanced Mechatronic Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] A modified design on opwrator-based nonlinear vibration control for an L-shaped arm with load2017

    • 著者名/発表者名
      Yanfeng Wu, Mingcong Deng and Longguo Jin
    • 学会等名
      2017 International Conference on Advanced Mechatronic Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Operator-based nonlinear position control for a micro-hand by using image information2017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Ueno and Mingcong Deng
    • 学会等名
      2017 International Conference on Advanced Mechatronic Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Tracking operator-based optimal load control for loosely coupled wireless power transfer systems2017

    • 著者名/発表者名
      Xudong Gao, Mingcong Deng, Kodai Masaki
    • 学会等名
      The 2017 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics
    • 国際学会
  • [学会発表] Operator based robust nonlinear control system for a tank process with fractional calculus2017

    • 著者名/発表者名
      Yuya Ono and Mingcong Deng
    • 学会等名
      The 2017 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics
    • 国際学会
  • [学会発表] Robust control and perturbations rejection for Nonlinear Systems using operator-based right coprime factorization2017

    • 著者名/発表者名
      Mengyang Li and Mingcong Deng
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロリアクタ群に対する故障検知および非線形制御2017

    • 著者名/発表者名
      田中裕樹、とう明聡
    • 学会等名
      第16回評価・診断に関するシンポジウム
  • [学会発表] オペレータ理論に基づくSVRを用いたペルチェ素子の非線形 温度制御2017

    • 著者名/発表者名
      山下七生、とう明聡
    • 学会等名
      第60回 自動制御連合講演会
  • [学会発表] マルチレートサンプル値制御における過渡応答サンプル点間リップルの最小化2017

    • 著者名/発表者名
      井上昭, 佐藤孝雄, 矢納陽, 鄧明聡
    • 学会等名
      平成29年 電気学会 電子・情報・システム部門大会
  • [学会発表] モデル予測制御における閉ループ系の極の設計2017

    • 著者名/発表者名
      井上昭, 矢納陽, 鄧明聡, 逸見知弘, 吉永慎一
    • 学会等名
      電気学会制御研究会
  • [学会発表] オペレータ理論を用いたリンク型劣駆動システムの制御系設計2017

    • 著者名/発表者名
      久保田翔太郎、とう明聡
    • 学会等名
      電気学会制御研究会

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公開日: 2018-12-17  

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