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Data-driven prediction of time-response of control system with a certain controller using one-shot data

使用一次性数据对具有特定控制器的控制系统的时间响应进行数据驱动预测

基本信息

批准号：
22K04174
负责人：
小坂学
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Kindai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、2020年に提案されたV-Tiger（Virtual Time-response based Iterative Gain Evaluation and Redesign）という手法を、より実用的にするために改良することを目的とする。V-Tigerは、制御対象の数式モデルを必要とせず、実験データを直接利用して閉ループ系の時間応答を予測し、その応答から整定時間とオーバーシュートを計測し、それらと安定余裕を繰り返し評価することで、拘束条件付き非線形最適化問題を解いて線形な制御器を求める手法であり、PID制御器を1回の実験データで設計できるという利点がある。しかし、問題点として、①単一入出力系にしか対応しておらず、多入出力系には適用できないこと、②フィードバック系が不安定の場合には予測した応答と真の応答との誤差が発散すること、そして③ノイズが存在しないことを仮定していることが挙げらる。本研究では、まず問題点①を解決するために、V-Tigerを多入出力系に拡張する手法を提案し、多リンクロボットに適用して有用性を確認した。次に、問題点②を解決するために、1回の実験データのみで閉ループ系の安定余裕を計算する手法や、不安定な系の場合には予測した応答を解析して安定判別する手法を考案し、最適化の拘束条件に加えることで系が不安定になることを回避する手法を提案した。最後に、問題点③を解決するために、モデルの次数等の情報が不要なウィーナーフィルタや、FFTアナライザ・スペクトラムアナライザや、高次ARX同定を利用してノイズを除去する手法や、予測した応答の信頼区間を推定する手法を提案し、その有用性を確認した。これらの手法の適用により、V-Tigerの実用性が向上し、より広範な制御問題に対応できるようになった。

This study proposes V-Tiger (Virtual Time-response based Iterative Gain Evaluation and Redesign) for 2020. V-Tiger control object numerical expression necessary to show, implement, directly use, close the system time to predict, all the answer set time to calculate, all the stability margin to return to the evaluation, constraint conditions to pay, non-linear optimization problem solution linear controller design method, PID controller to a loop design, the middle of the advantage point. 1. Single input output system is applicable to the case of instability; 2. Error dispersion in the case of uncertainty; 3. Existence of error. This study is aimed at solving the problem and confirming the usefulness of V-Tiger multi-input power system. Second, the problem point ② to solve the problem, the first loop of the closed system stability margin calculation method, unstable system in the case of prediction, analysis, stability determination method, examination, optimization of the constraint conditions, increase, avoid the proposed method Finally, the problem point ③ is solved, the information such as the number of times of detection is not required, the FFT is used, the high-order ARX is used, the method of removal is used, the method of estimating the information interval of detection is proposed, and the usefulness of the method is confirmed. The application of these techniques, V-Tiger, and the control of the problem are discussed.

项目成果

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专著数量（0）

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会议论文数量（0）

专利数量（0）

Noise Reduction for Data-driven Control by Correlation Analysis and High-order ARX Identification

通过相关分析和高阶 ARX 识别来降低数据驱动控制的噪声

DOI：
10.9746/sicetr.59.62
发表时间：
2023
期刊：
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers
影响因子：
0
作者：
吉岡　璃皇;浦川　禎之;Shigemasa Takai;高井重昌;M. Ishikawa;石川昌明;M. Ishikawa;M. Ishikawa;小坂　学
通讯作者：
小坂　学

データ駆動予測の最近の展開ー周波数データに基づくV-Tigerを中心としてー

数据驱动预测的最新进展 - 聚焦基于频率数据的 V-Tiger -