| 研究課題/領域番号 |
19K04858
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
牧 敦生 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50556496)
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| 研究分担者 |
梅田 直哉 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20314370)
秋本 洋平 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20709654)
白川 真一 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 講師 (90633272)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 自動着桟技術 / 低速操縦運動 / 動的モデルの逆推定 / 人工知能 / 大域的最適化 |
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| 研究実績の概要 |
２０１９年度は当初計画通り、着桟技術の自動化に必要な要素技術の研究を実施した。研究の内容は大きく２つあり、オフライン／オンラインの自動着桟制御技術と制御に用いるモデルの逆推定である。
１つ目の自動着桟制御技術については、これまでの申請者の研究で、進化計算手法の一つであるCMA－ESを用いた大域的最適化手法を用いたオフラインでの制御手法の開発を行ってきた。本研究では、評価関数や変数の取り扱いの工夫により、本手法をさらに深化させ、ロバストな計算手法を確立することに成功した。また、オンライン制御についても、変分法に基づく計算法にとどまらず、数理計画問題を時々刻々解く手法なども新たに考えてチャレンジをした。
２つ目の制御に用いるモデルの逆推定については、最適化理論と人工知能技術の２つの観点からの研究を実施した。まず、船舶制御に必要な動的モデルの逆推定手法について、船舶運動を表す動的モデルを運動軌跡のみから推定する手法の確立を目的とし、研究を実施した。その方法論として、「ホワイトボックス」的手法と「ブラックボックス」的手法の２つのアプローチを採用した。前者では、運動方程式中の係数を未知数として、その係数を大域的な最適化手法により求めた。また後者では、遺伝的プログラミングや、人工知能技術の一つであるニューラルネットワークといった手法により、動的モデルの逆推定に定性的には成功した。
２０２０年度については、上記の２つのテーマについて、さらに新たな計算法を開発すると共に、野外試験等による検証を行う予定である。また、得られた成果については、国際英文論文集に投稿する。
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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
２０１９年度に予定していた研究内容について、概ね順調な進展を見ることができた。
まず、自動着桟制御技術について、オフラインでの自動着桟制御技術については、ロバストな手法の開発に成功した。ただし、オンライン制御については、実用という観点で考えると、未だ確固たる手法を確立するには至っておらず、制御理論に留まらず、例えば人工知能技術の適用なども含め、複数のアプローチを引き続き行うことを試みる。
また、動的モデルの逆推定については、最適化理論と人工知能技術の２つの観点からの研究が概ね順調に進展した。ただし、いずれについても研究の第一段階であり、運動予測精度の向上に向けた取り組みなどについて課題が山積しており、これらの解決に加え、新たな理論や手法を確立し、解決を図る必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
自動着桟時の船舶の制御と運動の推定という２つの課題は一般に解決が容易ではなく、既存の技術の組み合わせだけではロバストなものとならない可能性がある。よって、新たな理論や技術を新規に考案・適用する必要がる。
まず、自動着桟制御技術については、オフライン制御手法は一応の解決を既にみているので、オフライン計算により得られた最適軌道をオンライン制御で辿るpath trackingをまずは研究の第一段階として考え、その制御手法の確立を目的として研究を行う。その際には、PID制御、モデル予測制御のような制御理論に基づく計算手法など、制御理論に立脚した手法の適用を実施する。またその範疇に留まらず、ニューラルネットワークなどの人工知能技術や遺伝的プログラミングによる制御則の獲得についても考えこととする。
また、動的モデルの逆推定については、これまでの研究で、ホワイトボックスモデルとブラックボックスモデルのそれぞれの長短所がある程度明らかとなっているため、両者の長所を生かすために、これらを組み合わせたような、新しい手法（本研究中ではグレーボックスと呼称）などについても考え、運動の予測及び動的モデルの逆推定精度の向上を試みる。また、現在ある程度成功をしつつあるホワイトボックス的及びブラックボックス的アプローチについても、個々の性能を最大限向上させるよう、アルゴリズムの改良についても取り組むことを考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度の成果を今年度開催の学会等参加旅費等に使用するために繰り越しをすることとなった。今年度の助成金と併せ、成果の公表のために使用することしたい。
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