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2022 年度 実績報告書

四元数ニューラルネットワークによるダイナミカルシステムの制御系設計

研究課題

研究課題/領域番号 20K11980
研究機関同志社大学

研究代表者

高橋 和彦  同志社大学, 理工学部, 教授 (90332808)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード高次元ニューラルネットワーク / 四元数 / 適応・学習制御
研究実績の概要

ダイナミクスを有するシステムに対する適応・学習制御手法として,代数表現に基づいて高次元化されたニューラルネットワークを用いて制御系を設計する手法を確立し,その特性を明らかにすることを目的に,四元数ニューラルネットワークをサーボレベルのコントローラとして用いる適応型の制御系の安定性解析を行うとともに,性能比較の対象となる異なる代数系やネットワーク構造について調査・検討した.
・一般化ハミルトン実数微分により評価関数の勾配計算を行うことで学習する四元数ニューラルネットワークを用いた制御システムについて,リアプノフ法を用いて局所安定解析を行う手法を提案し,制御系の実現と学習の安定条件を明らかにした.
・一般の四元数と異なる性質を有する楕円型可換四元数,放物型可換四元数,双曲型可換四元数,楕円双曲型可換四元数を用いるニューラルネットワークとその学習アルゴリズムを導出し,フィードフォワードフィードバック型制御へ応用した.ロボットマニピュレータや非線形プラントの制御を行うシミュレーション実験を行い,四元数ニューラルネットワークとの比較により,四元数ニューラルネットワークの学習性能と制御性能の有効性を明らかにした.
・四元数リカレントニューラルネットワークによる制御性能を評価する際に比較対象として使用するエコーステートネットワークをサーボレベルのコントローラとして使用する手法を提案し,非線形プラントの制御を行うシミュレーション実験により制御系が実現可能であることを確認した.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Feedforward-Feedback Controller Based on a Trained Quaternion Neural Network Using a Generalised HR Calculus with Application to Trajectory Control of a Three-Link Robot Manipulator2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Takahashi, Eri Tano, Masafumi Hashimoto
    • 雑誌名

      Machines

      巻: 10 ページ: 333~333

    • DOI

      10.3390/machines10050333

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Remarks on a Direct Controller based on an Echo State Network with Application to Dynamic Systems Control2023

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, N. Kita, M. Sasaki, M. Hashimoto
    • 学会等名
      The 11th IIAE International Conference on Industrial Application Engineering 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Remarks on a Commutative Quaternion Neural Network-based Controller and Its Application in Controlling a Robot Manipulator2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, D. Kawamoto, T. Naba, H. Okamoto, T. Onodera, M. Hashimoto
    • 学会等名
      The 2022 Australian & New Zealand Control Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Remarks on Direct Controller using a Commutative Quaternion Neural Network2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, S. T. Hwang, K. Hayashi, M. Yoshida, M. Hashimoto
    • 学会等名
      The 6th IEEE International Conference on Robotic Computing
    • 国際学会
  • [学会発表] Remarks on a Feedforward Feedback Controller Using an Echo State Network for Controlling Dynamic Systems2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, N. Kita, M. Hashimoto
    • 学会等名
      The 2022 (12th) International Conference on Advanced Mechatronic Systems
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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