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2021 年度 実施状況報告書

動的スパースモデリング理論によるネットワーク系の最適ノードスケジューリング

研究課題

研究課題/領域番号 21K14188
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, 准教授 (00848319)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードネットワーク化制御 / マルチエージェントシステム / スパースモデリング / 最適制御 / 省エネルギー
研究実績の概要

本研究の目的は,ネットワークを有する大規模系のための動的スパースモデリング理論を構築し,省エネルギーの観点から高効率なノードスケジューリング手法を開発することである.このため,2021年度はスパース性制約下における可制御性グラミアンの最大化問題について取り組み,その最適解の数理的性質の解明や高効率な数値解法の提案を行った.より具体的には,本問題がある最適制御問題として等価に表現可能であることを示し,これに最適制御分野の数学的道具である最大値原理を適用することで,最適解の必要条件を導出した.この性質にもとづき,凸緩和手法や確率的手法を用いた数値解法を導出した.その他,ネットワーク系の制御問題に関連して,自律分散制御やデータ駆動制御にも取り組んだ.エージェントの視野角制約に対応可能なフォーメーション制御則を記述し,またノード間の接続構造等が未知であっても制御の最適性を保障可能な観測データに基づく制御手法を与えた.

これらの得られた成果に関して,国際学術誌IEEE Transactions on Automatic ControlやIEEE Transactions on Control of Network Systemsなどに5件の論文が採録された.また,国際会議IEEE Conference on Decision and ControlやAmerican Control Conferenceなどでの5件の発表,および国内会議での2件の発表を行った.

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

研究計画通りに一定の理論的成果を導出しており,また制御分野の国際的なトップジャーナルやトップ会議にて多数の結果を発表しているため.

今後の研究の推進方策

本年度はいくつかの問題に対して,解析の容易化のためにある近似手法を採用したアプローチを行ったが,来年度にはこの近似を介さない最適化手法について検討する.この最適解の必要条件を導出し,また評価関数値や数値計算時間などの観点から近似手法との比較を行う.また,分散最適化手法などを取り入れた,より高速な計算アルゴリズムについて検討する.

次年度使用額が生じた理由

感染症の流行状況により,国際会議等が全て遠隔での開催となり,予定していた旅費を支出する機会を失したため.翌年度は数値計算手法の改善に取り組む予定であり,翌年度分と合わせて計算機の購入に使用する.また,最近は対面形式の会議も開催されるようになってきているため,状況に応じてそのための旅費に使用する.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Sparse control node scheduling in networked systems based on approximate controllability metrics2022

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

      IEEE Transactions on Control of Network Systems

      巻: - ページ: 1~1

    • DOI

      10.1109/TCNS.2022.3154666

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Resource-aware time-optimal control with multiple sparsity measures2022

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

      Automatica

      巻: 135 ページ: 109957~109957

    • DOI

      10.1016/j.automatica.2021.109957

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Constrained Smoothing Splines by Optimal Control2022

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Takuya、Nagahara Masaaki、Chatterjee Debasish、Srikant Sukumar
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 6 ページ: 1298~1303

    • DOI

      10.1109/LCSYS.2021.3092638

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiple sparsity constrained control node scheduling with application to rebalancing of mobility networks2021

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

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: - ページ: 1~1

    • DOI

      10.1109/TAC.2021.3115441

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Maximum Hands-Off Control With Time-Space Sparsity2021

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

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 5 ページ: 1213~1218

    • DOI

      10.1109/LCSYS.2020.3023265

    • 査読あり
  • [学会発表] Optimal time-varying topology for network systems2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ikeda, Kenji Kashima
    • 学会等名
      13th Asian Control Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Distributed formation control for discrete-time systems with field of view constraint2022

    • 著者名/発表者名
      Fumiya Matsuzaki, Takuya Ikeda
    • 学会等名
      13th Asian Control Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Data-driven optimal control for discrete-time linear systems2022

    • 著者名/発表者名
      Shota Nomasa, Takuya Ikeda
    • 学会等名
      13th Asian Control Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] スタッフの移動ダイナミクスを考慮したワンウェイ型カーシェアリングサービスにおけるスパースリバランシング2021

    • 著者名/発表者名
      安田俊平, 池田卓矢, 櫻間一徳, 加嶋健司
    • 学会等名
      第64回自動制御連合講演会
  • [学会発表] 最適制御による平滑化スプライン2021

    • 著者名/発表者名
      永原正章, 池田卓矢
    • 学会等名
      第36回信号処理シンポジウム

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公開日: 2022-12-28  

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