システム制御工学 / 足立 修一 研究室

■構成

教授

足立修一

大学院（７名）

大明準治（D3），服部泰治（M2），大室　篤(M1)，河原井瑛子(M1)，大甲真嗣(M1)，平尾朋子(M1)，室井秀夫(M1)

学部（５名）

池　康宏，城殿　敦嗣，高橋　知子，竹中　裕司，福永　しおり

■研究概要

足立研究室では 「モデリングと制御 （modeling and control）」に関する研究を行っている。制御とは，対象のダイナミクス（動き，動特性，力学）を望みどおりにアクティブに変化させるもので，われわれの日常生活のさまざまな場面で制御は大活躍している。たとえば，部屋の室温をエアコンで調節することも制御の一例であるし，ロボットの中にも制御の考え方はたくさん入っている。また，最近の自動車は電子制御の力なしでは動くことができないだろう。制御理論とは，日常生活で何気なく利用している制御の考え方を一般的に体系化した学問のことである。制御理論を適用するためには，対象のモデリングが必要不可欠であり，本研究室では実験データに基づいた有力なモデリング法であるシステム同定についても研究している。
主な理論研究テーマを以下に列挙する。
(1) システム同定理論

  1. ΣΔ変換を用いたシステム同定 ： ディジタル信号処理とシステム同定理論の融合領域
  2. 実用的なシステム同定理論 ： ASYM法（漸近的推定法）
  3. プロセス制御のための実用的なシステム同定理論
  4. 時系列解析を用いた異常診断／故障検出

(2) 非線形・非ガウシアン最適フィルタリング理論（状態推定問題）

  1. 無香料カルマンフィルタ（Unscented Kalman filter : UKF）
  2. カルマンフィルタ理論の実用化検討

(3) 制御系設計理論 ：モデル予測制御 （Model Predictive Control）
さまざまな対象に対して制御理論を適用できるが，本研究室では以下に示すテーマを通して制御理論の研究を進めている。
(1) 自動車（企業共同研究）

  1. ディーゼルエンジンのモデリングと制御
  2. 自動車車室内のアクティブノイズコントロール
  3. リチウムイオン二次電池の状態推定
  4. タイヤのモデリング

(2) ロボット

  1. シリアル2リンク2慣性系のモデリング・状態推定・制御
  2. SICE DDアームによる倒立振子のビジュアルフィードバック制御
  3. e-nuvo WHEEL を用いたモデリングと制御実験 ，制御実験教材の製作

(3) ロケット航法系（企業共同研究）
(4) 医用機器（たとえば，超音波診断装置）へのシステム同定の適用（企業共同研究）
(5) システムバイオロジーへのシステム同定の適用（学外共同研究）
(6) 量子系のシステム同定（学内共同研究）
(7) 精密機器のモデリングと制御（企業共同研究）
これらの研究の一部は企業との共同研究であり，最新の実験装置を用いて制御理論の産業応用研究を行っている。

■学位論文

修士論文

  • 服部泰治：ディーゼルエンジンの吸気システムのモデリングと制御系設計

学士論文

  • 池　康宏：周波数領域におけるアクティブノイズコントロールシステムの設計
  • 城殿敦嗣：外乱オブザーバを用いたSICE DDアームによる倒立振子の制御
  • 高橋知子：酵母のセルサイクルにおけるタンパク質ネットワークの推定
  • 竹中祐司：連続時間部分空間法を用いた量子デコヒーレンスの推定
  • 福永しおり：リチウムイオン二次電池の充電状態推定

■進路

ソニー株式会社
慶應義塾大学大学院理工学研究科進学　5名

■足立研セミナー

東京大学航空工学専攻の中須賀真一教授をはじめとして，学内外の著名な研究者に足立研セミナーでご講演いただいた。今年度は11回，足立研セミナーを開催した。

■足立研HP

足立研究室HPのさらなる充実を図った。詳細は　http://arx.appi.keio.ac.jp/　を参照のこと。

■受賞

佐野　昭，足立修一 ： 2008年度 計測自動制御学会　学会賞 （教育貢献賞） 　「SICEセミナーにおける教育貢献」　（2008.8.21）
高橋知子：物理情報工学科主任賞（優秀卒論賞） （2009.3.23）
竹中祐司：物理情報工学科特別賞（ベストプレゼン発表者） （2009.3.23）

■著書

足立修一（分担執筆）：制振工学ハンドブック，コロナ社　（2008.5）

■発表論文・学会発表・特許など

論文

  1. 平田光男，野口　栄，足立修一 ： 速度や変位の絶対値で切り替わるメカニカルハイブリッドシステムの同定法，電気学会論文誌C, Vol.128, No.5, pp. 781 – 787 （2008
  2. 大明準治，足立修一 ： シリアル2リンク2慣性系の非干渉化同定と物理パラメータ推定，電気学会論文誌D, Vol.128, No.5, pp.669 – 677 （2008）
  3. 長村謙介，小林真也，永野雅春，平田光男，足立修一：非常用メカリンク付シフトバイワイヤの２自由度モデルマッチング制御，電気学会論文誌D， Vol.128, No.11, pp.1262-1268 （2008）

解説

  1. 足立修一，橋本誠司：自動車パワートレイン制御におけるシステム同定への期待，の韓国語翻訳版，自動化技術（Automation Systems），尖端社　 （2008.10)
  2. 足立修一：周波数領域におけるシステム同定の性能評価， 計測と制御　特集 次世代プラント操業に期待される制御技術， Vol.47, No.11, pp.915-920（2008）

学会発表

  1. M. Hirata, S.Noguchi and S.Adachi ： A hybrid modeling method for precise positioning systems, pp.1797 – 1802, 17th IFAC World Congress, Seoul, Korea (July 2008)
  2. M. Hirata, A. Setoyama, S. Adachi and H. Sakaniwa : Attitude control system design of a seated stair lift on a single rail by using two-degrees-of-freedom control, International conference on motion and vibration control (MoViC 2008), Munich (Sept. 2008)
  3. T. Azuma, H. Kato and S. Adachi : An experimental result of system identification over networks using Delta-Sigma transformation, 3rd International Conference on Sensing Technology, pp.595-599, IEEE, Tainan, Taiwan (2008)
  4. 室井秀夫，足立修一：高次ARXモデル推定に基づくシステム同定法， SC’I08，京都　（2008.5.17）
  5. 平尾朋子，足立修一：システム同定理論を用いた時系列解析による共振 ピークの検出法，SC’I08，京都　（2008.5.17）
  6. 河原井瑛子，足立修一：二輪型倒立振子システムのモデリングと制御系設計，SC’I08，京都　（2008.5.18）
  7. 大明準治，足立修一：物理パラメータ推定に基づくシリアル２リンク２慣性系の外乱推定型状態オブザーバ，ROBOMEC2008，長野 （2008.6）
  8. 東 剛人，嘉藤 裕寿，足立 修一：1ビットΔΣ変換器を用いたネットワークを介したシステム同定のための一手法，SICE 第37回制御理論シンポジウム， pp.101-104，霧島 (2008.9.17）
  9. 大明 準治，足立 修一：シリアル2リンク2慣性系の非干渉化同定と物理パラメータ推定— 同定条件の緩和と精度評価，SICE 第37回制御理論シンポジウム，pp.123-128，霧島 (2008.9.17）
  10. 倉田 真考，榎戸 聡，東 剛人，足立 修一：酵母のセルサイクルに関するタンパク質ネットワークの推定とロバストネス解析，SICE 第37回制御理論シンポジウム，pp.139-142，霧島 (2008.9.17）
  11. 平田丈英，浅野一哉，戸村寧男，丹治雅之，足立修一：表面疵検査装置における疵種・等級の自動判別技術，日本鉄鋼協会 第156回秋季講演大会　討論会「統計モデリング技術の発展と鉄鋼プロセスへの展開」，熊本大学　（2008.9.24）
  12. 足立 修一，室井秀夫：周波数領域におけるシステム同定の性能評価，第51回自動制御連合講演会，山形大学 （2008.11.22）
  13. 橋本 洋平，平田 光男，足立 修一：変位や速度の絶対値で切り替わるメカニカルハイブリッドシステムの同定 — バネマスダンパシステムによる実験的検証，第51回自動制御連合講演会，山形大学 （2008.11.22）
  14. 足立修一：IFAC2008から見た制御工学の研究動向 — システム同定とモデリング分野 –，第51回動制御連合講演会　OS IFACにおける研究動向と日本の取り組み，山形大学 （2008.11.23）
  15. 大甲正嗣，足立修一，馬場達朗，神山直久，河崎修一：システム同定理論の超音波ドプラ血流計測への応用，第9回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会，pp.609-610，長良川国際会議場 (2008.12.6)
  16. 大明準治，足立修一：シリアル２リンク２慣性系の非干渉化同定　－ 閉ループ要素を考慮した精度評価 －，SICE 第９回制御部門大会，広島大学　（2009.3.5）
  17. 高橋知子，東　剛人，足立修一：周期信号に対する時変システム同定法に基づく酵母の細胞分裂ネットワークの推定，SICE 第９回制御部門大会，広島大学　（2009.3.6）
  18. 藤井　奨，裏山晃史，加嶋健司，井村順一，黒川哲明，足立修一：鋼材加熱炉の装入スケジューリングと燃焼制御の同時最適化，日本鉄鋼協会第157回春季講演大会，東工大 （2009.3.29)

招待・依頼講演，セミナー

  1.  第２回 次世代自動車安全システム研究会 「システム同定理論の自動車制 御への応用」，沖縄コンベンションセンター （2008.7.25）
  2.  日本テクノセンターセミナー：MATLABによるモデル予測制御基礎講座，西新宿　（2008.9.3～4） 
  3.  NE（日経エレクトロニクス）アカデミー　：　モービルパワーエレクト ロニクス　実践講座　：　自立走行車，ロボットなどの開発に必要な制御技術，システム化技術，秋葉原　（2008.9.5）
  4. リコー　MPCセミナー　「第１部　モデルベース制御とは，第２部　モデル予測制御の基礎」，リコーテクノロジーセンター （2008.9.24）
  5. 神戸大学工学部システム制御研究室セミナー　「システム同定の基礎」 （2008.10.1～2）
  6. 日産自動車セミナー　「部分空間法によるシステム同定」，日産横浜ビル （2008.10.3）
  7. SICEセミナー　「制御のためのシステム同定 in 九州」，九州大学　 (2008.10.30) 
  8. 電気学会群馬支所講演会：モデルベーストアプローチの可能性，群馬大学工学部（2009.1.19）
  9. 京大杉江研セミナー：IFAC2008 にみるシステム同定とモデリングの研究動向，京都大学宇治キャンパス　（2009.2.27）
  10. 日本テクノセンターセミナー：MATLABによる制御のためのシステム同定基礎講座，西新宿　（2009.3.18～19）

研究助成

  • 科学研究費補助金：低分解能なAD変換器を用いたシステム同定に関する研究，基盤研究（C）（一般）
  • 本田技術研究所：ディーゼルエンジン吸気制御システムに関する研究, 受託研究
  • 本田技術研究所：アクティブノイズコントロール技術における伝達経路変化に対するロバスト制御技術の検討，受託研究
  • 東芝メディカルシステムズ：システム同定理論の医用工学への応用（超音波ドプラ血流計測への応用），受託研究
  • カルソニックカンセイ：カルマンフィルタを用いたリチウムイオンバッテリの状態推定の研究，受託研究
  • IHI：低コスト航法装置の研究，受託研究