数値最適化とゲーム理論に基づく非線形制御系の机上検証手法開発とその応用

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K04279
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 堀内 伸一郎 日本大学, 理工学部, 特任教授 (30181522)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 制御系検証 / 微分ゲーム

研究成果の概要

非線形制御系の性能を保証できるシステムパラメタ変動と外乱の範囲を解析的に決定できる机上検証手法の開発を目指して研究を実施した．本手法では微分ゲーム理論に基づき，制御器の制御入力をプレイヤ1，システムパラメタ変動と外乱をプレイヤ2と見なし，プレイヤ1はシステムを安定化，プレイヤ2はシステムを不安定化させようとする非協力ゲーム問題として検証問題を定式化した．この問題をmultiple shooting法と呼ばれる数値最適化手法を用いて解き，２人のプレイヤの最悪・最適方策を求めた．この手法を車両の操舵および4輪トルク制御系に適用し，制御性能を保証できる範囲を特定できることを確認した．

自由記述の分野

車両運動制御

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年の複雑化した人工物を目的通りに作動させるためには，高度な制御システムが不可欠である．このような制御システムの性能を維持できる制御コマンド，パラメタ変動，外乱などの条件を定量化することは実システムの安全性確保の面から重要である．本研究の成果は特に人命や環境に重大な影響を及ぼすsafety critical systemの安全性向上に寄与するものである．
また学術的には，本研究は非線形微分ゲーム問題の解法に１つの方向を与えるものであると同時に，実際の制御系開発においてはコントローラ設計と同等以上に重要な制御系の性能保証問題に1つのアプローチを提案するものである．