| 研究課題/領域番号 |
18K04202
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
佐藤 訓志 大阪大学, 工学研究科, 講師 (60533643)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 非線形制御 / 確率制御 / 最適制御 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，以下の三点の課題に取り組んでいる．
① 観測出力から非線形フィルタによる状態推定値に基づき最適FB入力を求める，出力FB型確率最適制御問題の解法の構築
② 有限評価区間確率最適制御から，評価区間を後退させながらサンプル時刻毎に実時間で解く非線形確率モデル予測制御への拡張
③ 実装上重要な実時間最適化の計算速度について，並列化と統計的重要度評価による計算速度高速化手法の開発，および非線形性，未知環境，通信の不確実性を伴う小型無人ヘリコプタの最適飛行制御による実機検証
平成30年度は，非線形状態推定法の検討とモデル予測制御に関する基礎研究，および実機作成について取り組んだ．第一に，非線形状態推定として一般の非線形システムに対する非線形フィルタの導出は応用上の制約が大きいため，非線形システムのクラスを適切に限定し，実装可能な非線形フィルタの導出を目指した．平成30年度は，剛体の姿勢推定などにおいて非常に有用な３次元特殊直交群SO(3)に着目し，確率微分方程式で記述されるSO(3)上の確率キネマティクス方程式を導出し，システム・観測ノイズおよび未知バイアス存在下における非線形姿勢推定フィルタを新たに導出し，さらに確率システム理論に基づく誤差システムの安定性解析を行った．第二に，モデル予測制御に関する基礎研究として，既存研究の手法として知られる目標値整形機構つき線形モデル予測制御法をクアッドコプタモデルに適用し，数値実験による効果を確認した．第三に，実機検証を予定している小型無人ヘリコプタの飛行制御についてクアッドコプタ試験機の作成を行った．
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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
前述の研究課題①～③に関して，課題①においては，非線形システムの中の応用上重要なクラスであるSO(3)に関する具体的な非線形姿勢推定フィルタの導出および推定誤差の安定定理を得た．課題②に関して，有用な目標値整形機構つき線形モデル予測制御法をクアッドコプタモデルに適用し，数値実験により効果が確認できた．また課題③に関して，実機検証のためにクアッドコプタ試験機の作成を行った．これらのことから，本研究課題の進歩についておおむね順調に進展していると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成31年度（令和元年度）は，課題①については非線形確率システムにおける状態推定値を用いた出力ＦＢ安定化制御の検討から始め，確率最適制御へと進む．課題②については，後退有限時間評価区間による経路積分法の解法の導出を行う．課題③については，重点サンプリング法による解法の検討と，マルチコアCPUおよびGPGPUを活用した並列計算による高速計算法の開発を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由は，交付申請書作成時に想定していた計算機用ＰＣと同等のスペックのＰＣが予算よりも安価に購入できたためである．この差額を利用し，交付額が申請額よりも低かったために購入を断念していたGPGPUの購入費用に充てる予定である．GPGPUの購入は研究課題の一つである並列計算に基づく高速計算法の開発の遂行に有用である．
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