Next-Generation Mechanism Design based on Control Theory and Economics and its Application to Smart Cities

基于控制理论和经济学的下一代机构设计及其在智慧城市中的应用

• 批准号: 22H01513
• 负责人: 滑川 徹
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01513/
• 关键词: サイバーフィジカルシステム; メカニズムデザイン; スマートシティ; 分散協調最適化; Plug & Play 制御; スマートパーキング; 費用便益分析; 制御バリア関数; 分散最適化

スマートシティを大規模分散サイバーフィジカルヒューマンシステムと捉え、ネットワーク結合した異種・異構造インフラシステムの各コンポーネントをモデル化し、制御学と経済学の観点から数理的解析とメカニズム設計を行った。具体的には、以下の４つの成果が得られた。１．システムの受動性及びPassivity-shortの性質に基づき、デマンドレスポンスを含む負荷周波数制御系における安定性解析を制御学の観点から行った。電力システムを、火力発電機、需要家のデマンドレスポンス、ネットワークシステムに分解し、それぞれのシステムの受動性、Passivity-short を示すことで安定性解析と制御系設計を行い、システムのPlug & Play性質を示した。２．貨物輸送と同時にライドシェアサービスを提供する貨客混載車両の運行に関して、安定マッチングに基づくライドシェア同乗者決定を含む経路最適化アルゴリズムを提案した。利用客の迂回距離を基準とした選好決定と、GSアルゴリズムによる同乗者マッチングを用いて、到達コスト最小化アルゴリズムを構築した。３．Plug & Play スマートシティの要素技術として開発されたスマートパーキングシステム、電気自動車を利用したバーチャル・パワー・プラント・システムが社会に実装される際に発生する社会的な費用と便益を経済学の観点から整理した。さらに、再生可能エネルギー由来の水素（グリーン水素）エネルギーマネジメントシステムによる経済性を分析した。４．ビル内の人流データに基づいて照明を制御する新規の分散最適化アルゴリズムを提案した。提案法は受動性に基づく分散最適化アルゴリズムに制御バリア関数に基づく実時間最適化を併合することで、制約条件の違反を禁止し、瞬間的な照度不足によって人が感じる不快度を抑制した。また、照明制御シミュレータを用いて提案法の有効性を実証した。

智能城市被视为一个大规模分布的网络物理人类系统，并且对网络耦合的异质和异质结构基础设施系统的每个组成部分进行了建模，并且从控制和经济学的角度进行了数学分析和机制设计。具体而言，获得以下四个结果：1。基于系统的被动性和被动性 - 偏差性能，从控制科学的角度进行了负载频率控制系统中的稳定性分析，包括需求响应。将电源系统分解为热发电机，客户和网络系统的需求响应，并通过显示每个系统的被动性和被动性，进行了稳定性分析和控制系统设计，并证明了系统的插头和播放属性。 2。提出了一种路线优化算法，包括基于稳定匹配的乘车共享乘客决策，用于运行混合货物车辆，这些货物可以通过货运运输同时提供乘车共享服务。使用GS算法的乘客绕道距离和乘客匹配的绕行距离，使用偏好确定构建了覆盖成本的最小化。 3.插头和游戏是当从经济学的角度实施了在社会中实施的智能停车系统作为智能城市的组成技术和使用电动汽车的虚拟电动机系统开发的社会成本和收益的摘要。此外，分析了从可再生能源得出的氢（绿色氢）能量管理系统的经济学。 4。提出了一种新颖的分布式优化算法，以根据建筑物中的人员流数据来控制照明。提出的方法将基于控制障碍功能的实时优化与基于被动性的分散优化算法相结合，以防止违反约束，并抑制人们由于瞬时缺乏照明而感到的不适程度。此外，使用照明控制模拟器证明了该方法的有效性。

项目成果

Real-time Lighting Optimization via Generalized Primal-dual Dynamics and Control Barrier Function

通过广义原始对偶动力学和控制屏障函数进行实时照明优化

• DOI: 10.9746/sicetr.58.481
• 发表时间: 2022
• 期刊: Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers
• 作者: 山下 駿野;土屋 将大;畑中 健志
• 通讯作者: 畑中 健志