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2011 年度 実績報告書

大規模複雑非線形系のRH制御に対する実時間アルゴリズムとその応用

研究課題

研究課題/領域番号 21560465
研究機関大阪大学

研究代表者

大塚 敏之  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (40272174)

キーワード制御工学 / 非線形 / 最適制御 / 実時間計算 / 計算量低減
研究概要

本研究の目的は,従来不可能だった大規模複雑非線形系の制御を実現するために,非線形Receding Horizon制御(RH制御)の計算量を今まで以上に低減することである.非線形RH制御の実時間アルゴリズムであるC/GMRESでは,各サンプリング時刻で連立1次方程式を1回解くのみで最適制御入力が更新できる.したがって,計算の大部分を占める連立1次方程式のサイズを低減したり,計算を簡略化したりできれば計算量を減らすことができる.そこで,オフライン・シミュレーションの結果を利用して重要度の高い入力時系列成分を決定し,連立1次方程式のサイズを減らす手法を開発し,オンラインの計算量と精度のトレードオフが可能なことを示した.さらに,連立1次方程式を直接解く代わりに,縮小写像の原理を利用して,ごく簡単な計算の反復で置き換えることも検討した.その結果,適用対象は若干限定されるものの,従来手法に比べて10倍程度高速なアルゴリズムを開発することができた.このアルゴリズムによって,従来は非線形RH制御の適用が不可能と考えられていた非線形分布定数系に対しても,実時間で非線形RH制御を実装できる可能性が出てきた.たとえば,非線形偏微分方程式で記述される熱流体現象が非線形分布定数系の例であり,そのような複雑な現象に対して非線形RH制御のシミュレーションを行い良好な応答を得た.鋼板の熱間圧延工程における冷却の非線形RH制御にも提案アルゴリズムを適用し,数値シミュレーションによって有効性を確認した.また,不等式拘束条件が課された問題を精度良く解くためにアルゴリズムを改良し,従来手法では計算に失敗する問題でも解けるようになった.さらに,数値計算を補完する手法として,数式処理によって非線形RH制御問題を解く方法についても検討し,限られたクラスではあるが,解析的に解ける場合があることを示した.

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (13件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Nonlinear Receding Horizon Control of Thickness and Tension in a Tandem Cold Mill with a Variable Rolling Speed2012

    • 著者名/発表者名
      Ozaki, K., Ohtsuka, T., Fujimoto, K., Kitamura, A., Nakayama, M.
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 52 ページ: 87-95

    • DOI

      DOI:10.2355/isijinternational.52.87

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 線形放物型偏微分方程式のモデル予測制御2011

    • 著者名/発表者名
      橋本智昭, 吉岡佑輔, 大塚敏之
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 47 ページ: 230-237

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solutions to the Hamilton-Jacobi Equation with Algebraic Gradients2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ohtsuka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 56 ページ: 1874-1885

    • DOI

      DOI:10.1109/TAC.2010.2097130

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nilpotency of a Finitely Iterated Polynomial Map2011

    • 著者名/発表者名
      Kawano, Y., Ohtsuka, T., Hibi, T.
    • 雑誌名

      International Journal of Algebra

      巻: 5 ページ: 1475-1479

    • 査読あり
  • [雑誌論文] NMPC for Stiff, Distributed Parameter System : Semi-Automatic Code Generation and Optimality Condition Evaluation2011

    • 著者名/発表者名
      Rafal Noga, Toshiyuki Ohtsuka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18th International Conference on Process Control

      ページ: 415-418

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation Study on Application of Nonlinear Model Predictive Control to the Superfluid Helium Cryogenic Circuit2011

    • 著者名/発表者名
      Rafal Noga, Toshiyuki Ohtsuka, Cesar de Prada, Enrique Blanco, Juan Casas
    • 雑誌名

      Reprints of the 18th IFAC World Congress

      ページ: 3647-3652

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Algebraic Approach to Local Observability at an Initial State for Discrete-Time Polynomial Systems2011

    • 著者名/発表者名
      Yu Kawano, Toshiyuki Ohtsuka
    • 雑誌名

      Reprints of the 18th IFAC World Congress

      ページ: 6449-6453

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Particle Model Predictive Control for Probability Density Functions2011

    • 著者名/発表者名
      Kohei Ohsumi, Toshiyuki Ohtsuka
    • 雑誌名

      Reprints of the 18th IFAC World Congress

      ページ: 7993-7998

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Algebraic Solution Method for the Unsteady Hamilton-Jacobi Equation2011

    • 著者名/発表者名
      Yu Kawano, Toshiyuki Ohtsuka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 50th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference

      ページ: 7741-7746

    • 査読あり
  • [学会発表] 熱流体システムに対するReceding Horizon制御の数値解法2012

    • 著者名/発表者名
      吉岡佑輔, 橋本智昭, 大塚敏之
    • 学会等名
      第12回計測自動制御学会制御部門大会
    • 発表場所
      奈良県文化会館(奈良)
    • 年月日
      2012-03-16
  • [学会発表] 非線形適応モデル予測制御の血糖値制御問題への応用2012

    • 著者名/発表者名
      藤井信宏, 大塚敏之
    • 学会等名
      第12回計測自動制御学会制御部門大会
    • 発表場所
      奈良県文化会館(奈良)
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] 離散時間多項式システムの局所可観測性2012

    • 著者名/発表者名
      河野佑, 大塚敏之
    • 学会等名
      第12回計測自動制御学会制御部門大会
    • 発表場所
      奈良県文化会館(奈良)
    • 年月日
      2012-03-14
  • [学会発表] 線形相補性条件に基づく非線形Receding Horizon制御のアルゴリズム2012

    • 著者名/発表者名
      内田健斗, 大塚敏之
    • 学会等名
      第12回計測自動制御学会制御部門大会
    • 発表場所
      奈良県文化会館(奈良)
    • 年月日
      2012-03-14
  • [学会発表] 非線形モデル予測制御入門:最適制御の基礎から実時間アルゴリズムと先端応用まで2011

    • 著者名/発表者名
      大塚敏之
    • 学会等名
      計測自動制御学会中部支部制御理論ワーキングセミナー
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知)(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-21
  • [学会発表] 離散時間多項式システムの有限時間安定性の解析2011

    • 著者名/発表者名
      河野佑, 大塚敏之, 日比孝之
    • 学会等名
      第40回計測自動制御学会制御理論シンポジウム
    • 発表場所
      コスモスクエア(大阪)
    • 年月日
      2011-09-27
  • [学会発表] Relation between Transfer Functions of Input-Affine Nonlinear Systems and Input-Output Linearization2011

    • 著者名/発表者名
      Yu Kawano, Toshiyuki Ohtsuka
    • 学会等名
      第40回計測自動制御学会制御理論シンポジウム
    • 発表場所
      コスモスクエア(大阪)
    • 年月日
      2011-09-26
  • [学会発表] Input-Dependent Adaptive Immersion and Invariance Control2011

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiro Fujii, Toshiyuki Ohtsuka
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2011
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      2011-09-16
  • [学会発表] An Algebraic Approach to Hamilton's Canonical Equations2011

    • 著者名/発表者名
      Yu Kawano, Toshiyuki Ohtsuka
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2011
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] Receding Horizon Nash Game Approach for Distributed Nonlinear Control2011

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Azuma, Toshiyuki Ohtsuka
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2011
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] Vehicls Dynamics Control for Collision Avoidance Considering Physical Limitations2011

    • 著者名/発表者名
      Masashi Nanao, Toshiyuki Ohtsuka
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2011
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] Hamilton正準方程式における代数的共状態の存在条件2011

    • 著者名/発表者名
      河野佑, 大塚敏之
    • 学会等名
      第55回システム制御情報学会研究発表講演会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪)
    • 年月日
      2011-05-19
  • [学会発表] 外乱推定による連続時間モデル予測制御のオフセット補償2011

    • 著者名/発表者名
      櫻井優太, 大塚敏之
    • 学会等名
      第55回システム制御情報学会研究発表講演会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪)
    • 年月日
      2011-05-17
  • [図書] 数理工学事典2011

    • 著者名/発表者名
      大塚敏之(分担)
    • 総ページ数
      251-258
    • 出版者
      朝倉書店
  • [備考]

    • URL

      http://www-sc.sys.es.osaka-u.ac.jp/~ohtsuka/research_j.htm

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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