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2020 年度 実施状況報告書

システム同定法による二酸化炭素測定値からの植物単細胞リズム分離とその実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 18K04208
研究機関大分大学

研究代表者

末光 治雄  大分大学, 理工学部, 客員研究員 (50162839)

研究分担者 小西 忠司  大分大学, 減災・復興デザイン教育研究センター, 客員教授 (00225468)
星野 修  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00303016)
松尾 孝美  大分大学, 理工学部, 教授 (90181700)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワードCAM光合成 / 信号分離 / リアルタイム最適化手法
研究実績の概要

本研究では,CAM型光合成(ベンケイソウ型有機酸代謝)の単細胞生理学的モデル(4次微分方程式系)を制御対象として,周波数・位相制御系設計を非線形制御論の立場から研究してきた.特に昨年度から今年度は,細胞同期の仕組に迫るために,実験データとシミュレーションデータの差をうめるための基礎理論に取り組んだ.CO2アナライザとインキュベータで測定できるのは,植物全体の二酸化炭素取り込み量である.このため,細胞単独の内部二酸化炭素濃度を算出することはできず,植物全体の平均化された内部二酸化炭素濃度が推定できるにすぎない.そこで測定が容易な外部二酸化炭素取り込み量から精密モデル内の内部状態やパラメータをどこまで推定できるかをシステム同定の立場から行った.ここでは,慣性項付き勾配法による最適化計算からパラメータ同定を行う手法を提案した.特に今年度は,スカラーの決定変数で有効な最適化器を時間ごとに切り替えて,1つの時間区間では,単一の最適化器で探索することを繰り返すことにより,多変数の決定変数による最適化を行うスイッチング最適化器を提案した.また,川崎らが提案した非線形の減衰項を除去し計算仮定を単純化した方法を採用した.まず,提案手法が有効であることをExtremum Seeking Controlとの性能比較を行った.ついで,2セグメントのCAM細胞の数理モデルに適用し,性能を検証した.さらに,実データに適用するために,大分高専の小西研究室で作成された実験装置の再設計と高性能の二酸化炭素濃度計測センサを装備した実験装置として組みなおし,データ計測を試みた.今年度の本研究の大部分の時間は実験装置の設計と制作に費やした.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

実データに適用するために,大分高専の小西研究室で作成された実験装置の再設計と高性能の二酸化炭素濃度計測センサを装備した実験装置として組みなおし,データ計測を試みた.今年度の本研究の大部分の時間は実験装置の設計と制作に費やした.この中で,高精度の二酸化炭素濃度センサが測定中に故障し,その原因を探ったところ,二酸化炭素濃度測定器内での結露にあることがわかった.このため,植物チャンバー内から流入した空気から水分を取り除く必要があるためにサンプリングシステムを設計した. 湿り空気線図を用いた水分除去量の計算,円管の対流熱伝達,配管の圧力損失の計算により配管長さやポンプ性能などの検証をしたが,その結果の妥当性と学会で未公表である.

今後の研究の推進方策

植物チャンバー内から流入した空気から水分を取り除く必要があるためにサンプリングシステムによる二酸化炭素濃度測定器の精度の検証とそれに基づく論文の公表を今後行う予定である.

次年度使用額が生じた理由

実験装置の設計と制作に時間がかかり,実験データ収集できず,発表も延期した.このため,再構成した植物チャンバー内から流入した空気から水分を取り除くサンプリングシステムによる二酸化炭素濃度測定器を用いた実験を実施するための二酸化炭素ボンベ等の消耗品の購入とそれに基づくデータ収集および論文の発表を今後行う予定である.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Adaptive Fault-Detector of Power Systems Using Active Electrical Power Dynamics2020

    • 著者名/発表者名
      Yi Shan、Ueno Shohei、Suemitsuo Haruo、Matsuo Takami
    • 雑誌名

      Proc. of SICE2020 (Online)

      巻: 1 ページ: 1850-1855

    • DOI

      10.23919/SICE48898.2020.9240459

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-Varying Parameter Estimation Using Nonlinear Parameterization and Application to Disturbance Estimation of Quadrotor Control2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Moriyama、 Shohei Ueno、Haruo Suemitsu、 Takami Matsuo
    • 雑誌名

      Proc. of SICE2020 (Online)

      巻: 1 ページ: 245-248

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Repeated Replay Attacks and Detection Monitor for Adaptive Cruise Control System Control2020

    • 著者名/発表者名
      Masaya Matsushita、Shohei Ueno、 Kotaro Murakami、 Takami Matsuo
    • 雑誌名

      Proc. of SICE2020 (Online)

      巻: 1 ページ: 1912-1915

    • 査読あり
  • [学会発表] クアッドロータの風外乱の適応推定とその補償法2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤大和,上野尚平,末光治雄,松尾孝美
    • 学会等名
      第 39 回 計測自動制御学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 基底関数展開を用いたクアッドロータの並進外乱と質量の同時推定2020

    • 著者名/発表者名
      森山智之,上野尚平,末光治雄,松尾孝美
    • 学会等名
      第 39 回 計測自動制御学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 送電系のPMUデータによるパラメータ変動検出器の設計2020

    • 著者名/発表者名
      易 杉,上野尚平,末光治雄,松尾孝美
    • 学会等名
      第 39 回 計測自動制御学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 協調型車間距離維持支援システムに対するリプレイ攻撃の性能評価2020

    • 著者名/発表者名
      松下真也,上野尚平,松尾孝美
    • 学会等名
      第 39 回 計測自動制御学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 協調型車間距離維持支援システムに対するリプレイ攻撃と外乱オブザーバによる検出2020

    • 著者名/発表者名
      松下真也,上野尚平,松尾孝美
    • 学会等名
      第63回自動制御連合講演会
  • [備考] 松尾研究室~Mat'sLab~大分大学福祉メカトロニクスコース

    • URL

      https://onsen-mula.org/

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公開日: 2021-12-27  

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