流体システムに対する制御系設計論の構築

流体系统控制系统设计理论的建立

• 批准号: 20J20869
• 负责人: 志水 孝至
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20869/
• 关键词: 非線形システム; 状態推定; モデル予測制御; 無香カルマンフィルタ; 流体システム; 数値シミュレーション; 縮小写像法; 偏微分方程式

制御工学の分野では，モデル予測制御（MPC: Model Predictive Control）と呼ばれる制御手法が注目されている．MPCとは，有限評価区間の最適制御問題を時間が進むごとに評価区間を移動させながら継続的にその最適制御問題を解くことにより，最適フィードバック制御を実現させる手法である．近年，非線形偏微分方程式で記述される流体システムに対して，MPCに基づく制御系設計法が考案されている．MPCでは，システムの全状態変数は既知であるという仮定のもとでのみ適用可能であるため，適用範囲が限定的であると考えられてきた．そこで本研究では，流体システムの状態変数が部分的にしか観測できない場合に対して，観測された状態変数の情報から，不可観測の状態変数を推定する手法に着目した．本研究では，システムの状態を推定する手法として，非線形カルマンフィルタの一つである無香カルマンフィルタを用いた．無香カルマンフィルタは，ノイズや外乱の影響を考慮した手法であり，非線形性の強いシステムに対しても，推定精度が高く，高次元のシステムに対しても適用が容易であるという利点がある．非線形MPCにおける最適制御問題を制御周期以内に解くことで，オンライン最適化を達成するための高速数値解法として，C/GMRES法と呼ばれる数値解法が提案されている．本年度（2022年度）では，Burgers方程式で記述されるシステムに対する非線形MPCにおいて，制御入力が可能な点を対象とする領域の角の4点から，3点,2点，1点と減らしていき，制御入力が可能な場所と個数の違いによる制御性能への影響を明らかにした．さらに，数値シミュレーションにより，非線形MPCにおいて，適用可能なレイノルズ数を明らかにした．

The discipline of Control engineering is divided into で で, モデ Model Predictive control (MPC: Model Predictive Control) と, ばれる, が, されて, されて, る. MPC と は, limited review の 価 interval optimal suppression problem を time が into む ご と に review 価 interval を mobile さ せ な が ら 継 続 of に そ の optimal suppression を solutions く こ と に よ り, optimum フ ィ ー ド バ ッ ク suppression を be presently さ せ る gimmick で あ る. In recent years, nonlinear partial differential equations account で さ れ る fluid シ ス テ ム に し seaborne て, MPC に base づ く suppression system design method が test case さ れ て い る. MPC で は, シ ス テ ム の full state - several は already know で あ る と い う 仮 set の も と で の み may apply で あ る た め, applicable van 囲 が qualified で あ る と exam え ら れ て き た. そ こ で this study で は, fluid シ ス テ ム の state part number - が に し か 観 measuring で き な い occasions に し seaborne て, 観 measuring さ れ た state - several の intelligence か ら, presumption 観 の measuring state - number を す る gimmick に the mesh し た. This study で は, シ ス テ ム の state を presumption す る gimmick と し て, nonlinear カ ル マ ン フ ィ ル タ の a つ で あ る without perfume カ ル マ ン フ ィ ル タ を with い た. Without perfume カ ル マ ン フ ィ ル タ は, ノ イ ズ や outside disorderly の affects を consider し た gimmick で あ り, strong nonlinear sex の い シ ス テ ム に し seaborne て も, presumption が く high precision, high dimensional の シ ス テ ム に し seaborne て も applicable が easy で あ る と い う tartness が あ る. Nonlinear MPC に お け る optimal suppression problem を suppression cycle に solution く こ と で, オ ン ラ イ ン optimization を reached す る た め の high-speed the numerical solution と し て, C/GMRES method と shout ば れ る が the numerical solution proposal さ れ て い る. Burgers was not this year (2022) で は, equation で account さ れ る シ ス テ ム に す seaborne る nonlinear MPC に お い て, suppression が into force may be な point を like と seaborne す の る field Angle の 4 か ら, 3 points, 2 points, 1 point と minus ら し て い き, Suppression が into force may place な と number の violations い に よ る suppression performance へ の influence を Ming ら か に し た. さ ら に, the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り, nonlinear MPC に お い て, may apply な レ イ ノ ル ズ number を Ming ら か に し た.

项目成果

大阪工業大学 工学部 機械工学科 システムデザイン研究室

大阪工业大学工学部机械工学科系统设计实验室

System Design of State Estimation Based on Unscented Kalman Filter and Nonlinear Model Predictive Control for Burgers' Equation

基于无迹卡尔曼滤波器和非线性模型预测控制的汉堡状态估计系统设计

• DOI: 10.2322/jjsass.71.33
• 发表时间: 2023
• 期刊: JOURNAL OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES
• 作者: 志水 孝至;橋本 智昭
• 通讯作者: 橋本 智昭

State estimation based on nonlinear Kalman filter for fluid systems described by Burgers’ equation

Burgers方程描述的流体系统基于非线性卡尔曼滤波器的状态估计

• DOI: 10.1299/transjsme.21-00061
• 发表时间: 2021
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: Dani Nandiyanto Asep Bayu;Kito Yusuke;Hirano Tomoyuki;Ragadhita Risti;Le Phong Hoai;Ogi Takashi;志水 孝至，橋本 智明
• 通讯作者: 志水 孝至，橋本 智明

バーガース方程式に対する状態推定とモデル予測制御のシステム設計

Burgers方程状态估计和模型预测控制系统设计

• 发表时间: 2021
• 作者: 志水孝至;橋本智昭
• 通讯作者: 橋本智昭