制御リアプノフ関数による非入力アファイン非線形システムの制御

本研究課題は，制御入力に関して線形でない（非入力アファインな）非線形システムに対する統一的な制御系設計の枠組みを提案することを目的としており，具体的には以下の2つの側面から研究を進めている．(1)これまで入力アファインな非線形システムに対して構築されてきた，制御リアプノフ関数に基づいた制御系設計法の非入力アファインシステムに対する拡張と安定性解析(2)剛体の位置・姿勢系など，非入力アファインなサブシステムを含む階層構造を持つシステムに対して制御リアプノフ関数・制御バリア関数を設計するためのバックステッピング法の構築本年度は，まず(1)に関して，連続な状態フィードバック制御則による漸近安定化について検討を進めた．具体的には，システムに対して適切な仮想入力制約を導入することで，凸最適化の解として得られる制御入力が連続になる可能性があることを発見した．また，前年度に導出した不連続状態フィードバック制御則に関して，事象駆動制御・自己駆動制御の枠組みで取り扱うことでより適切な解析が可能になるとの知見を得た．(2)に関しては，昨年度に得られた知見を元に，階層構造を持つシステムに対して逆数型制御バリア関数を設計するためのバックステッピング法を構築した．また，この設計法を剛体姿勢系に適用し，数値シミュレーションによりその有効性を確認するとともに，より「良い」制御バリア関数を設計するためにはバックステッピングの際に用いる仮想フィードバックの設計が重要であることを明らかにした．

本研究課題は，制御入力に関して線形でない（非入力アファインな）非線形システムに対する統一的な制御系設計の枠組みを提案することを目的としており，具体的には以下の2つの側面から研究を進めている．(1)これまで入力アファインな非線形システムに対して構築されてきた，制御リアプノフ関数に基づいた制御系設計法の非入力アファインシステムに対する拡張と安定性解析(2)剛体の位置・姿勢系など，非入力アファインなサブシステムを含む階層構造を持つシステムに対して制御リアプノフ関数・制御バリア関数を設計するためのバックステッピング法の構築本年度は，まず(1)に関して，連続な状態フィードバック制御則による漸近安定化について検討を進めた．具体的には，システムに対して適切な仮想入力制約を導入することで，凸最適化の解として得られる制御入力が連続になる可能性があることを発見した．また，前年度に導出した不連続状態フィードバック制御則に関して，事象駆動制御・自己駆動制御の枠組みで取り扱うことでより適切な解析が可能になるとの知見を得た．(2)に関しては，昨年度に得られた知見を元に，階層構造を持つシステムに対して逆数型制御バリア関数を設計するためのバックステッピング法を構築した．また，この設計法を剛体姿勢系に適用し，数値シミュレーションによりその有効性を確認するとともに，より「良い」制御バリア関数を設計するためにはバックステッピングの際に用いる仮想フィードバックの設計が重要であることを明らかにした．