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2019 年度 実施状況報告書

省エネルギーのためのスパース分散最適制御理論の構築とフォーメーション制御への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K23519
研究機関北九州市立大学

研究代表者

池田 卓矢  北九州市立大学, 国際環境工学部, 講師 (00848319)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
キーワードマルチエージェントシステム / 分散制御 / スパースモデリング / 最適制御 / 凸最適化 / ネットワーク化制御
研究実績の概要

本年度に得られた成果は以下の通りである.
(1)これまでの予備研究で得られた集中制御系に対するスパース最適制御の理論的成果を,分散制御系のフォーメーション制御へと拡張した.より具体的には,モデル予測制御の概念を導入し,各サンプリング時刻上でスパース最適制御を用いて軌道計画を行う分散制御アルゴリズムを導出した.提案する制御アルゴリズムはエージェント間の角度情報に基づいており,隊形の縮小や拡大といったスケールに関する自由度を持つ.その解析的な最適制御則を陽に特徴づけ,数値計算負荷の低減化を行った.
(2)無人航空機等を利用した分散制御系において障害物回避などの高度な制御性能を実現するために,リーダーと呼ばれる系全体を効率よく導くエージェントの選定問題に取り組んだ.より具体的には,リーダーの個数制約にのみ注目する従来研究に対し,外部入力の印加時間量の制約にも注目した新しいリーダー選択問題を設計し,最適解として選択されるエージェントの性質やその数値計算手法を記述した.
(3)一般的な線型システムに対するスパース最適制御問題と凸緩和問題との等価性の解明や,非線型システムに対する状態フィードバック型のスパース最適制御則の導出を行った.
以上の成果は, IEEE Conference on Decision and Control や IEEE Transactions on Automatic Control などの国際会議および国際学術誌にて発表した.

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

初年度の研究計画通り,スパースモデリングに基づく分散制御則の導出および数値解法の提案を行うことができた.加えて,ネットワーク系におけるリーダー選択問題にも取り組むことができており,研究は概ね順調に進んでいると考える.

今後の研究の推進方策

今年度の成果をもとにして,スパースモデリングに基づく分散制御系の研究をさらに進める.本年度の活動では,主問題の凸化を利用した計算方法を与えたが,今後は緩和手法が妥当でない場合も調査対象に含み,さらに有効な数値解法を与えたい.また,ネットワーク内部のノード間の接続構造(トポロジー)は既知であるとしていたが,数値実験を通してトポロジーにより制御性能が大きく変化することを確認している.制御にかかる消費エネルギーを低減するようなトポロジーの設計問題への応用にも着手したい.

次年度使用額が生じた理由

本年度は,研究期間が1年間のみである他機関の助成事業にも採択されることとなり,支出予算を優先的にそちらに指定したたため,当初の予定より次年度使用額が生じた.また翌年度では,新型コロナウィルスの流行から,旅費に関する支出額は当初の予定より小額になることが予想される.本研究では,組み合わせ最適化問題に対する数値計算方法の提案や実機検証まで行うため,これらの予算は高性能のPCや無人航空機の購入費,および論文投稿料に充てる予定である.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] Technion, Israel Institute of Technology(イスラエル)

    • 国名
      イスラエル
    • 外国機関名
      Technion, Israel Institute of Technology
  • [雑誌論文] On Sparse Optimal Control for General Linear Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Takuya、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 64 ページ: 2077~2083

    • DOI

      10.1109/TAC.2018.2863220

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Maximum Hands-Off Distributed Control for Consensus of Multiagent Systems with Sampled-Data State Observation2019

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Takuya、Nagahara Masaaki、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Control of Network Systems

      巻: 6 ページ: 852~862

    • DOI

      10.1109/TCNS.2018.2880296

    • 査読あり
  • [学会発表] Optimal control node scheduling with multiple sparsity constraints2021

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda and K. Kashima
    • 学会等名
      International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Continuity of the value function for stochastic sparse optimal control2020

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, T. Ikeda, and K. Kashima
    • 学会等名
      IFAC World Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] Sparse optimal feedback control for continuous-time systems2019

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda and K. Kashima
    • 学会等名
      European Control Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Maximum hands-off distributed bearing-based formation control2019

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda, D. Zelazo, and K. Kashima
    • 学会等名
      IEEE Conference on Decision and Control
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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