2017 Fiscal Year Annual Research Report
実時間最適化と代数的手法による複雑システム制御の展開と多分野応用
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15H02257
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大塚 敏之 京都大学, 情報学研究科, 教授 (40272174)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
湯野 剛史 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (10756232)
佐藤 康之 東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 研究員 (40738803)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 非線形システム / 最適制御 / 最適化 / 代数学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，非線形最適制御の実時間最適化アルゴリズムと代数的解法をそれぞれ発展させるとともに，それらを融合し，きわめて複雑な動的システムの実時間最適制御を実現することである．平成29年度には，まず，並列計算による実時間最適化アルゴリズムの検討を進め，いくつかの基礎的な結果によって有望な方向性を見出した．また，状態のジャンプやシステムの切替えを含むハイブリッドシステムの実時間最適制御に関しても，問題設定を工夫することで従来のアルゴリズムが適用できることを示し，衝突現象を含むコンパス型歩行ロボットの数値シミュレーションによって有効性を確認した．これにより，実時間最適制御の適用範囲を拡げることができた．代数的な解法についても，終端拘束条件付きの非線形最適制御問題に対して，局所最適性の十分条件を得た．これは，従来は局所最適性が保証できなかった場合にも適用できる一般的なものとなっている．さらに，ドローンにおけるロータ停止時の位置姿勢制御や目標追従制御，ヒューマノイドロボットのクライミング制御，浮体式洋上風力発電施設のブレードピッチ角制御など複雑なタスクに対して，非線形性や拘束条件を陽に考慮した実時間最適制御の定式化と数値シミュレーションを行い，複雑なタスクが実現できることを示した．とくに，ヒューマノイドロボットのクライミング制御では，適切な拘束条件と評価関数を設定することで，使うホールド（手掛かりや足場）を切替えながら壁面を登っていく動作が，切替えルールの作り込み無しに実時間最適制御として統合的に実現できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実時間最適化アルゴリズムについては，有効な並列計算手法を開発しつつある．さらに，ハイブリッドシステムの実時間最適化アルゴリズムについても，効率的かつ汎用的な手法を開発することができた．代数的な解法についても順調に理論が発展しており，多分野の応用についても順調に成果が上がっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
並列計算による実時間最適化アルゴリズムに関して，理論的な性能保証や体系的性能評価を進める必要がある．また，多分野応用については，適切な問題設定や計算時間が課題であったが，数値シミュレーションによっておおむね検証できたので，今後は実機での実験検証もさらに進めるべきである．代数的解法については，理論を発展させるとともに実時間最適化アルゴリズムとの融合が課題である．最適制御問題の変形などにも代数的手法の適用を検討する．
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