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2023 年度 実績報告書

流れのリアルタイム制御を可能にする動的スパース観測の実現

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0174
配分区分基金
研究機関東北大学

研究代表者

山田 圭吾  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
キーワード最適化 / センシング / データ駆動型モデル
研究実績の概要

データ解析からモデルを作るデータ駆動的なアプローチを発展させる研究提案を実施した。複雑な流体現象の近似モデルの構築・最適化された少数のセンサによる観測系を組み合わせて、効率的な現象観測手段の開発を目指した。
最終年度となる2023年度に新たに取り組んだ項目は以下の二つに大別される。
1. 流れの低次元な動的モデルを少数のセンサ観測から構築する手法の開発
2. 上記の項目1を効率的に行うセンサ位置の最適化手法の開発
項目1では前年度より検討していた、動的モード分解と圧縮センシングを組み合わせる既存の方法を改良するアプローチをとった。流れの空間構造が持つ基礎的な特徴を事前情報(構造スパース性)として与えることで、圧縮センシングの解探索が効率的に行えることを示した。また、様々な特徴を重ね合わせ的に用いる定式化を提案した。国内学会への発表を2件行い、学会誌論文への投稿準備は今後進める。項目2に関しては、これまで行ってきたセンサ計測の位置最適化の枠組みを圧縮センシングでの利用に拡張した。圧縮センシングのパラメータ感度を最大にする事前最適化と推定されたパラメータの不確かさに着目した事後最適化の二つを行い、ランダムに配置する一般的な方法より少ない計測量でパラメータを求めた。上記の項目1と併せて、研究成果の公開を進めている。
以上より、流体現象の効率的な観測手段の基盤部分の開発・検証を完了し、研究提案で設定した目標の一つをおおむね達成した。一方で、非常に単純な流体現象に対するテストのみ実施できていること・当初目標としていた制御項ありのモデルの構築が達成できていないことなど、今後の解決が必要な課題も認識している。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Efficient Sensor Node Selection for Observability Gramian Optimization2023

    • 著者名/発表者名
      Yamada Keigo、Sasaki Yasuo、Nagata Takayuki、Nakai Kumi、Tsubakino Daisuke、Nonomura Taku
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 23 ページ: 5961~5961

    • DOI

      10.3390/s23135961

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Randomized Group-Greedy Method for Large-Scale Sensor Selection Problems2023

    • 著者名/発表者名
      Nagata Takayuki、Yamada Keigo、Nakai Kumi、Saito Yuji、Nonomura Taku
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 23 ページ: 9536~9548

    • DOI

      10.1109/JSEN.2023.3258223

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensor Selection With Cost Function Using Nondominated-Solution-Based Multiobjective Greedy Method2023

    • 著者名/発表者名
      Saito Yuji、Nakai Kumi、Nagata Takayuki、Yamada Keigo、Nonomura Taku、Sakaki Kazuki、Nunome Yoshio
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 23 ページ: 31006~31016

    • DOI

      10.1109/JSEN.2023.3328005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensor Selection by Greedy Method for Linear Dynamical Systems: Comparative Study on Fisher-Information-Matrix, Observability-Gramian and Kalman-Filter-Based Indices2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Shun、Sasaki Yasuo、Nagata Takayuki、Yamada Keigo、Nakai Kumi、Saito Yuji、Nonomura Taku
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 11 ページ: 67850~67864

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2023.3291415

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 構造スパース性に基づく圧縮セ ンシング動的モード分解による低次元流れモデルの構築2024

    • 著者名/発表者名
      山田 圭吾,佐々木 康雄,永田 貴之,渡辺 昌仁,野々村 拓
    • 学会等名
      第11回計測自動制御学会制御部門 マルチシンポジウム
  • [学会発表] Study on Efficient Sensor Node Selection for Observability Gramian Optimization2023

    • 著者名/発表者名
      Keigo Yamada, Takayuki Nagata, Kumi Nakai, Taku Nonomura, Yasuo Sasaki, and Daisuke Tsubakino
    • 学会等名
      International Federation of Automatic Control
    • 国際学会
  • [学会発表] 流体場の低次元再構成に向けた 圧縮センシング動的モード分解の設計2023

    • 著者名/発表者名
      山田 圭吾,永田 貴之,佐々木 康雄,渡辺 昌仁,野々村 拓
    • 学会等名
      第66回自動制御連合講演会

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公開日: 2024-12-25  

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