拘束条件と可変ダイナミクスを含む非線形系の実時間最適制御アルゴリズム

具有约束和可变动态的非线性系统的实时最优控制算法

• 批准号: 15760319
• 负责人: 大塚 敏之
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760319/
• 关键词: 非線形系; 拘束条件; 可変ダイナミクス; モデル予測制御; Receding Horizon制御; 実時間最適化; 高速アルゴリズム; 前処理手法

本研究では,非線形モデル予測制御(Receding Horizon制御)の実時間アルゴリズムに対する改良を行った.モデル予測制御とは,各時刻で有限時間未来までの最適制御問題を解き,得られた最適制御の初期値のみを実際の制御入力として用いるフィードバック制御手法である.計算量の大きい非線形最適制御問題を実時間で解かなければならないため実装が困難だったが,代表者が効率的なアルゴリズムを近年提案し,いくつかの適用例によって有効性を示した.ただし,拘束条件や可変ダイナミクス等を含む複雑な問題では数値計算が発散してしまう場合もあったので,本研究では計算精度と安定性の向上に重点を置いた.平成15年度には,解くべき問題を数値計算に適した形へ等価変換する前処理と呼ばれる手法を導入してある程度の精度向上に成功した.そして,ひもでつながれたホバークラフト模型の曳航制御実験に前処理を適用し,従来は不可能だった計算が実装可能となることを示した.平成16年度には,さらに精度を向上させるため,最適化問題の定式化自体を見直した.従来は制御入力の系列のみを最適化問題の未知変数としてシステムの状態や共状態は入力の関数と見なしていたが,状態と共状態も未知変数として扱えば,最適性条件の誤差が多数の条件に分散されて誤差の下限値が減少するため,結果的に精度の向上が期待される.そのような定式化を数値計算によって評価したところ,従来の定式化では計算が破綻するが新たな定式化によって初めて計算可能となる例が確認された.したがって,問題のサイズ増大が問題にならない範囲においてではあるが,定式化の変更によって計算限界を一層広げることができた.以上と異なるアプローチで拘束条件を扱う例として,デザー衛星の力学を利用した切替制御則を提案し,衛星をつなぐデザー(ひも)を切れた場合でも母船との衝突回避が保証できることを示した.

In this study, で で and non-linear モデ are Receding Time Horizon royal) の be ア ル ゴ リ ズ ム に す seaborne る improved line を っ た. モ デ ル to our royal と は, each moment で finite time future ま で の optimal suppression き を solutions, to ら れ た optimal suppression on early の numerical の み を be interstate の suppression into force と し て in い る フ ィ ー ド バ ッ ク system method of equestrian で あ る. の large amount of calculation き い nonlinear optimal suppression problem を be time で solution か な け れ ば な ら な い た め be loaded が difficult だ っ た が, representatives が sharper rate な ア ル ゴ リ ズ ム を し proposed in recent years, い く つ か の applicable example に よ っ て have sharper sex を shown し た. た だ し, constraint conditions や can - ダ イ ナ ミ ク ス を containing such as む complex 雑 な problem で は the numerical computing が 発 し て し ま う occasions も あ っ た の で, this study で は と stability calculation precision の に key を set up い た. Pp.47-53 15 year に は, solution く べ き problem を the numerical computing に optimum し た form へ 価 variations in す る 処 before Richard と shout ば れ る gimmick を import し て あ る degrees upward に の precision success し た. そ し て, ひ も で つ な が れ た ホ バ ー ク ラ フ ト model の drag navigation system royal be 験 に before 処 を applicable し, 従 to は impossible だ っ た computing が loading may be と な る こ と Youdaoplaceholder0 indicates た. In the 16th year of Heisei, に に,さらに, precision を, upward させるため, the optimization problem is set to the formalized self を, see directly た た. 従 to は suppression の series into force の み を optimization problems are unknown の - と し て シ ス テ ム の state や total state は の into force masato number と see な し て い た が, state と altogether unknown state も - と し て Cha え ば, optimum conditions が の error conditions most の に scattered さ れ の て error on lower numerical が reduce す る た め, results に precision の upward が expect さ れ る. そ の よ う な demean を the numerical computing に よ っ て review 価 し た と こ ろ, 従 の to demean で は calculation flaw が す る が new た な demean に よ っ て early め て computing may と な が る cases confirmed さ れ た. し た が っ て, problem の サ イ ズ raised problems が に な ら な い van 囲 に お い て で は あ る が, demean の - more に よ っ て calculating marginal を layer Hiroshima げる とがで た た. Above と different な る ア プ ロ ー チ で constraint conditions を Cha う example と し て, デ ザ ー を using satellite の mechanics し た cut for suppression is し を proposal, satellite を つ な ぐ デ ザ ー (ひ も) cut を れ た occasions で も mother ship と の conflict avoidance が guarantee で き る こ と を shown し た.

项目成果

前処理付きC/GMRESアルゴリズムによる曳航系の非線形Receding Horizon制御

使用带有预处理的 C/GMRES 算法的拖曳系统的非线性后退地平线控制

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第4回計測自動制御学会制御部門大会資料
• 作者: 谷田拓磨;大塚敏之
• 通讯作者: 大塚敏之

An optimal path generator using a receding horizon control scheme for intelligent automobiles

• DOI: 10.1109/cca.2004.1387604
• 发表时间: 2004-09
• 期刊: Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Control Applications, 2004.
• 作者: T. Kawabe;H. Nishira;T. Ohtsuka

大塚敏之: "はめ込みによるモデル構造簡略化の代数的特徴づけ"計測自動制御学会論文集. 39・12. 1117-1123 (2003)

Toshiyuki Otsuka：“通过插入简化模型结构的代数表征”仪器与控制工程师学会会刊 39・12（2003 年）。

非線形Receding Horizon制御の数値計算の精度向上への試み

提高非线性地平线后退控制数值计算精度的尝试

• 发表时间: 2005
• 期刊: 平成16年度計測自動制御学会関西支部学生研究発表会予稿集
• 作者: 清水雄一;大塚敏之
• 通讯作者: 大塚敏之

情報化と制御による自動車交通の高効率化と安全性向上に関する調査報告

通过信息化和控制提高汽车交通效率和安全性研究报告

• 发表时间: 2005
• 作者: 谷田拓磨;大塚敏之;車外情報を利用する自動車交通の高効率化と安全性向上制御に関する調査専門委員会(共著)
• 通讯作者: 車外情報を利用する自動車交通の高効率化と安全性向上制御に関する調査専門委員会(共著)