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

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  • 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; Matlab Interface] [Python Version]
  • Maplesoft Webinar: Real Time Code Generation for Nonlinear Model Predictive Control [YouTube]
  • H.Deng, and T. Ohtsuka: A Parallel Newton-type Method for Nonlinear Model Predictive Control, Automatica, Vol. 109, No. 12, 108560 (2019) DOI:10.1016/j.automatica.2019.108560
  • H. Deng, and T. Ohtsuka: A Parallel Code Generation Toolkit for Nonlinear Model Predictive Control, Proceedings of the 57th IEEE Conference on Decision and Control, pp. 4920-4926 (2018) DOI:10.1109/CDC.2018.8619035
  • 並列最適化ツール ParNMPC [GitHub]