実時間最適化による制御や推定の高速アルゴリズムと応用

線形システムの最適制御問題はきれいに解けますが,非線形システムの場合は解けません.そこで,世界に先駆けて高速な数値計算アルゴリズムを開発し,ミリ秒単位の計算時間での実装に成功しました.研究室ではホバークラフト模型などを用いた制御実験で有効性を検証しますが,同じアルゴリズムは船舶の自動操縦システムで実用化されたり,飛行機の自動操縦実験に適用されたりしています.応用範囲はきわめて広く,制御・推定のみならず微分ゲームや適応・学習も統一的に扱える新しい枠組みへの発展が期待されます.また,数式処理を用いたプログラム自動生成,評価関数の調整方法,並列計算など,研究課題も多岐にわたります.



図:ホバークラフト模型



図:自動操船システム(写真提供:川崎重工)


■キーワード

非線形システム,最適制御,実時間最適化,数値計算,数式処理

参考文献

  • T. Ohtsuka, and H. A. Fujii: Real-Time Optimization Algorithm for Nonlinear Receding-Horizon Control, Automatica, Vol. 33, No. 6, pp. 1147-1154 (1997) DOI:10.1016/S0005-1098(97)00005-8
  • 大塚敏之: 非線形Receding Horizon制御の計算方法について, 計測と制御, Vol. 41, No. 5, pp. 366-371 (2002) JOI:JST.Journalarchive/sicejl1962/41.366
  • T. Ohtsuka, and A. Kodama: Automatic Code Generation System for Nonlinear Receding Horizon Control, Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 38, No. 7, pp. 617-623 (2002) JOI:JST.Journalarchive/sicetr1965/38.617
  • H. Seguchi, and T. Ohtsuka: Nonlinear Receding Horizon Control of an Underactuated Hovercraft, International Journal of Robust and Nonlinear Control, Vol. 13, Nos. 3-4, pp. 381-398 (2003) DOI:10.1002/rnc.824
  • T. Ohtsuka: A Continuation/GMRES Method for Fast Computation of Nonlinear Receding Horizon Control, Automatica, Vol. 40, No. 4, pp. 563-574 (2004) DOI:10.1016/j.automatica.2003.11.005
  • 大塚敏之, 下村卓: 重み職人のユーウツ, システム/制御/情報, Vol. 48, No. 9, pp. 389-390 (2004) NAID:110003892321
  • 大塚敏之: 非線形最適制御入門, コロナ社 (2011) ISBN:978-4-339-03318-2 [計測自動制御学会著述賞]
  • N. Fujii, and T. Ohtsuka: Nonlinear Adaptive Model Predictive Control via Immersion and Invariance Stabilizability, システム制御情報学会論文誌, Vol. 25, No. 10, pp. 281-288 (2012) DOI:10.5687/iscie.25.281 [システム制御情報学会論文賞]
  • T. Hashimoto, Y. Yoshioka, and T. Ohtsuka: Receding Horizon Control with Numerical Solution for Nonlinear Parabolic Partial Differential Equations, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 58, No. 3, pp. 725-730 (2013) DOI:10.1109/TAC.2012.2208318
  • 大塚敏之 編著: 実時間最適化による制御の実応用, コロナ社 (2015) ISBN:978-4-339-03210-9
  • 自動コード生成システム AutoGenU [Maple Version] [Mathematica Version]
  • Maplesoft Webinar: Real Time Code Generation for Nonlinear Model Predictive Control [YouTube]