信号のスパース表現にもとづくネットワーク化制御系での高効率情報伝送

2012 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24560543
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 永原 正章 京都大学, 情報学研究科, 講師 (90362582)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ネットワーク化制御 / L1最適化 / 圧縮センシング / スパース表現 / 最適制御 / 情報圧縮 / 安定化 / 量子化

研究概要

ネットワーク化制御系における伝送情報の高効率圧縮技術に関して，L0最適化およびL1-L2最適化を用いた信号のスパース表現による新しい方法を提案し，招待論文1件(IEICE Trans. Communications), 学術論文1件(IEICE Trans. Fundamentals)，国際会議3件(MTNS2012, IEEE APWCS2012, および IEEE CDC 2012), 招待講演1件（超高信頼性無線通信システム研究会），および国内学会発表3件の成果を得た．これらの研究は，従来の「エネルギーを最小化する」という従来のL2評価規範による制御に比べて，情報圧縮の効率がきわめて良く，ネットワーク化制御系において重要な手法である．
また，上記に関連して，データ量子化・圧縮の手法であるデルタシグマ変調の新しい方法，および遠隔制御系において軌道生成の基礎となる制約付き制御理論的スプラインの設計法を提案し，学術論文にまとめた(IEEE Trans. Signal Processing および Asian Journal of Control).

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画であったフィードバック系の安定性のための十分条件の導出を行い，さらにシステムが安定であるためのパラメータ設定の具体的な方法も示した．また，既存の高速アルゴリズムの実装も可能であることを示した．以上の点から，当初の計画以上に進展していると言える．

今後の研究の推進方策

これまでの研究で得られた安定性の十分条件をさらに精密化する．特に量子化や通信ノイズなどの安定性や圧縮率への影響を見積もることも重要な課題である．さらに，制御系の特徴を活かした高速アルゴリズムの開発も同時に進行する．

次年度の研究費の使用計画

該当なし．

研究成果

• [雑誌論文] Monotone Smoothing Splines Using General Linear Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara and C. F. Martin
  • 雑誌名: Asian Journal of Control 巻: 5 ページ: 461-468
  • DOI: 10.1002/asjc.557
  • 査読あり
• [雑誌論文] A User's Guide to Compressed Sensing for Communications Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashi, M. Nagahara, and T. Tanaka
  • 雑誌名: IEICE Trans. on Communications 巻: E96-B ページ: 685-712
  • DOI: 10.1587/transcom.E96.B.685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency Domain Min-Max Optimization of Noise-Shaping Delta-Sigma Modulators (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Signal Processing 巻: 60 ページ: 2828-2839
  • DOI: 10.1109/TSP.2012.2188522
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compressive Sampling for Remote Control Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara, T. Matsuda, and K. Hayashi
  • 雑誌名: IEICE Trans. on Fundamentals 巻: E95-A ページ: 713-722
  • DOI: 10.1587/transfun.E95.A.713
  • 査読あり
• [学会発表] Packetized predictive control for rate-limited networks via sparse representation (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara, D. E. Quevedo, and J. Ostergaard
  • 学会等名: 51th IEEE Conference on Decision and Control (CDC)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20121210-20121213
• [学会発表] H-infinity control of microgrids involving gas turbine engines and batteries (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara, Y. Yamamoto, S. Miyazaki, T. Kudoh, and N. Hayashi
  • 学会等名: 51th IEEE Conference on Decision and Control (CDC)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20121210-20121213
• [学会発表] ネットワーク化制御のためのパケット化予測制御とスパース表現 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永原，D.E.Quevedo, J. Ostergaard
  • 学会等名: 第41回制御理論シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 20120918-20120920
• [学会発表] Sparsity-promoting methods in remote control systems (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara
  • 学会等名: The 9th IEEE VTS Asia Pacific Wireless Communications Symposium(APWCS2012)
  • 発表場所: Kyoto, JAPAN
  • 年月日: 20120823-20120824
• [学会発表] A Brief Introduction to Compressed Sensing (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashi and M. Nagahara
  • 学会等名: The 9th IEEE VTS Asia Pacific Wireless Communications Symposium(APWCS2012)
  • 発表場所: Kyoto, JAPAN
  • 年月日: 20120823-20120824
• [学会発表] 制御のための無線伝送―制御からみた通信― (2012)
  • 著者名/発表者名: 永原
  • 学会等名: 超高信頼性無線通信システム研究会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20120803-20120803
  • 招待講演
• [学会発表] Sparsely-packetized predictive control by orthogonal matching pursuit (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara, D. Quevedo, and J. Ostergaard
  • 学会等名: Mathematical Theory of Networks and Systems (MTNS2012)
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 20120709-20120713
• [学会発表] H-infinity optimal fractional delay filters with application to pitch shifting (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara and Y. Yamamoto
  • 学会等名: 2012 IFAC Workshop on Time Delay Systems
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20120622-20120624
• [学会発表] 遠隔制御に適した圧縮センシング手法の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永原
  • 学会等名: 2012年度第1回高信頼制御通信研究会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20120605-20120605
• [図書] Active noise control with sampled-data filtered-x adaptive algorithm (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nagahara, K. Hamaguchi, and Y. Yamamoto （分担執筆）
  • 総ページ数: 508
  • 出版者: CreateSpace
• [備考] Min-Max Design of FIR Digital Filters
  • URL: http://www-ics.acs.i.kyoto-u.ac.jp/~nagahara/fir/
• [備考] Min-Max Optimization of DS Modulators
  • URL: http://www-ics.acs.i.kyoto-u.ac.jp/~nagahara/ds/
• [備考] H-inf Optimal Fractional Delay Filters
  • URL: http://www-ics.acs.i.kyoto-u.ac.jp/~nagahara/fdf/
• [備考] H-infinity optimal fractional delay filter
  • URL: http://www.mathworks.co.jp/matlabcentral/fileexchange/40558
• [備考] Min-Max Optimization for DS Modulators
  • URL: http://www.mathworks.co.jp/matlabcentral/fileexchange/36187