Makishi Nakayama

We discuss a new obstacle avoidance technique for a UAV（Unmanned Aerial Vehicle）using PSO（Particle Swarm Optimization）called optimization imitated animal foraging．In this method，the avoidance orbit is generated by the response by step change of the target position in the left and right direction and the response by the step change of the target speed in the forward direction. The magnitude of the change of the two target values is determined by the PSO based on the unique evaluation function. The evaluation function is a function consisting of collision risk based on the closest distance to the obstacle, energy based on magnitude of step change of the target value to be applied, and avoidance time based on speed change in the forward direction. Here, the calculation of the closest approach distance is obtained by performing a simulation based on the mathematical model expressing the flight trajectory of the obstacle and the own vehicle each time the evaluation function calculation of the repetitive calculation in the optimization calculation of the PSO is performed. We confirmed that this technique is effective by the numerical simulation．

ドローンタイプのUAVの高さ制御において，最適サーボ系を構築した．このサーボ系の最適ゲインは，ドローンの動特性パラメータから解析に求めることができ，最適性が保障できるゲインの範囲も明らかにした．サーボ系は単純はPID制御系として構築でき，シミュレーションと実機実験によりその有効性を確認した．

For the precise control of tension and thickness in a tandem cold mill during acceleration and deceleration, we have developed a nonlinear model including the rolling speed as a time-varying parameter. It is demonstrated from simulation results that nonlinear receding horizon control by real-time optimization results in a satisfactory performance for the nonlinear model.

制御システムの動特性のパラメータが確率パラメータで表現されるシステムのとき、出力のばらつき（分散）がもっともおさえられるようなフィードバック制御則をもとめるためのアルゴリズムを導出した。

In this paper, we consider an optimal control problem for a linear discrete time system with stochastic parameters. Whereas traditional stochastic optimal control theory only treats systems with deterministic parameters with stochastic noises, this paper focuses on systems with both stochastic parameters and stochastic noises. We derive an optimal control law for a novel cost function by which the designer can adjust the trade-off between the average and the variance of the states. Furthermore, a numerical simulation shows the effectiveness of the proposed method. © 2011 IFAC.

In this paper, we consider an optimal control problem for a linear discrete time system with stochastic parameters in the infinite time horizon case. This paper focuses on optimal control for systems with stochastic parameters whereas the traditional stochastic optimal control theory mainly considers systems with deterministic parameters with stochastic noises. This paper extends the authors' former result on the same subject in the finite time horizon case to the infinite time horizon case. The main result is to provide a feedback controller suppressing the variation of the state and to prove stochastic stability of the corresponding feedback system by taking care of both the average and the variance of the state transient. Furthermore, a numerical simulations demonstrate the effectiveness of the proposed method.

冷間タンデムミルにおいて加速減速時にフィードフォワード的に張力目標値とロール間隙の目標値を修正し、制御性能を劣化させることなく安定して圧延を行うことを可能にした。実機に適用し良好な結果が得られたので報告する。

圧延プロセスに追い速度が低速の場合から加速し、定常運転に移行し、また減速して低速圧延にもどる時に、加速減速時においてその制御性能が劣化しないようにモデル予測制御の考えに基づいて圧延速度とロール間隙を操作して制御を行うシステムを考案した。シミュレーションにより効果を確認した

圧延プロセスに追い速度が低速の場合から加速し、定常運転に移行し、また減速して低速圧延にもどる時に、加速減速時においてその制御性能が劣化しないようにモデル予測制御の考えに基づいて圧延速度とロール間隙を操作して制御を行うシステムを考案した。シミュレーションにより効果を確認した

冷延タンデムミルにおいて、圧延荷重、圧下率、モータ電流からなる評価関数を最適化する各スタンド出側板厚目標値を決定する、パススケジュール最適化法を開発した。本システムでは、形状などに影響がある圧延荷重や圧下率と速度制限から逸脱しないモータ電流値などを評価関数と制約条件を用いて記述（モデル化）し、確率変数としての最適化理論に基づき求解するものである。本システムを実機に適用した結果、良好な結果を得ることができた。

The dynamics modeling of a plant was developed by using Q-learning, which is one method of reinforcement learning. We thought the modeling of the dynamical system to be the function approximation problem for the system output response signal, and enhanced reinforcement learning to the modeling method of the dynamical system. We describe that this modeling method guarantee to offer highly accurate dynamics models by numerical samples, which deals with incinerator's combustion. Results of numerical simulation show that the predictive control method using these models has robust tracking property.

冷延タンデムミルにおいて、各スタンドの荷重バランスと電流バランスを適切な値に保つために、パススケジュール最適化とオンラインミルバランス制御からなるトータルバランス制御システムを開発した。本システムでは板形状の不良と関連が高い荷重バランスと生産性に関連のあるモータ電流バランスを評価関数にとりこみ、ミルセットアップ時とオンライン制御により適正化する制御・学習システムである。本システムを実機に適した結果良好な結果を得られた。

汚泥旋回溶融炉において、スラグの流下状態をＣＣＤカメラでとらえ、定量化した特徴量を制御量とし、バーナ油糧を操作量とする適応型のビジュアルフィードバック制御システムを構築した。本システムではスラグ流下量の動特性を伝達関数によりモデル化し、そのパラメータを逐次推定し、その推定値に基づきフィードバック制御ゲインをオンラインで適正化するものである。本制御系の効果をシミュレーションにより確認したことを示す。

A virtual laboratory system to introduce the cutting-edge of the developmental biology to the general public is developed in close cooperation with RIKEN Kobe Institute, Center for Developmental Biology (CDB). In addition to the description of research topics at CDB in plain terms using ample illustrations and animations, simulations are incorporated to promote the interest and active attitude.

冷延タンデムミルにおいて、圧延荷重、圧下率、モータ電流からなる評価関数を最適化する各スタンド出側板厚目標値を決定する、パススケジュール最適化法を開発した。本システムでは、形状などに影響がある圧延荷重や圧下率と速度制限から逸脱しないモータ電流値などを評価関数と制約条件を用いて記述（モデル化）し、逐次２次計画法により求解するものである。本システムを実機に適用した結果、良好な結果を得ることができた。

冷延タンデムミルにおいてＩＬＱ（Inverse Linear Quadratic）設計手法を用いたミルバランス制御システムを開発した。圧延中に中間スタンドの出側板厚目標値と全スタンド間張力目標値を逐次修正し（８操作量）、カスケードに板厚・張力制御系を駆動することにより全スタンドの荷重比率とミルモータ電流比率（８出力）をオンラインで適切な値に制御するものである。さらにフィードバックゲインを圧延速度の関数として解析的に求めているため、ロールの加速に応じてゲインが適正化され、常に安定なバランス状態を維持できる。本システムを実機に適用し、生産性と品質の向上を達成した。

流動床式ガス化溶融炉における蒸気系モデル予測制御システムを構築した。本システムは、給塵機スピード、押込空気量、蒸気弁開度を操作量とし、ボイラドラム圧、砂層温度、蒸気発生量を制御量とする第１のモデルと、給塵機スピードをＩＤＦ回転速度に置き換えた第２のモデルをスイッチングすることにより将来のプラントの挙動を制度よく予測し、最適な操作量を求めている。本システムを実機に適用し、良好な結果を得られたことを示した。

流動床ゴミ炉において酸素濃度計のセンシング量に着目したモデルを構築し、これに基づく蒸気系のモデル予測制御系を開発した。本システムでは将来のプロセスバリューを現時点の操作量がこのまま持続する場合の出力を第１のモデルにより求め、これを目標軌道に追従させるための操作入力を第２のモデルを用いて求めることにより予測し、非常に精度の高い制御系を構成した。本システムを実機に適用して効果を確認した。

Pass schedules for a tandem cold mill affect the productivity and quality of rolled strips. This paper describes optimization of pass schedules, which are optimized via Sequential Quadratic Programming method. Performance functions and constraint conditions are chosen to achieve desired rolling conditions such as rolling forces, motor electric currents and reductions in thickness. Consequently, strips with small gage tolerance can be produced at higher productivity. The newly optimized pass schedules are applied to a 5-stand tandem cold mill. The results showed 3% decrease in off-gage length and 0.4% increase in productivity.

In data mining approach, the quantitative attributes should be appropriately dealt with as well as the Boolean attributes. This paper describes a fuzzy rule extraction method based on the mining generalized association rules from database. The objectives of the method are to improve the computational time of mining and the accuracy of the extracted rules for the actual application. In our approach, we construct a hierarchical taxonomic fuzzy sets structure in each attribute. Two algorithms are shown based on the structure and the Apriori algorithm. We propose a multistage fuzzy rule extraction algorithm and a multiscan algorithm. From the results of numerical experiments, our methods are found to be effective in terms of computational time.

This paper describes a mill balance control (MBC) for a tandem cold mill (TCM) with an automatic gage control system (AGC). The stand exit gages are controlled by the AGC, but the motor currents and the rolling forces of stands cannot be controlled. When the setup control is not proper or when the incoming strip has variations in gage and hardness, the distribution pattern of the motor currents and the rolling forces (mill balance) sometimes becomes inappropriate. When a motor current exceeds its rated value, usually all roll speeds are reduced manually, and the productivity decreases. When a rolling force varies to a great extent, strip shape defects may occur. The MBC operates the stand exit gages except for the finish gage and the interstand tensions, and it controls the distribution pattern of the motor currents and the rolling forces while guaranteeing the finish gage accuracy. The MBC controller is designed based on the ILQ design method and is applied to an actual process. Experimental results show that desired mill balance is achieved and the finish gage accuracy is maintained.

高効率熱回収型流動床炉において、蒸気系の多変数予測制御系を構築し、実証炉においてその有効性を検証した。本システムでは、炉内の燃焼状態をオンラインでカメラ画像として取りこみ、ＣＯ発生を迅速に検知し、これに基づき２次空気を制御するＣＯ制御系と多変数モデル予測制御に基づく蒸気系の制御により燃焼の安定化と低公害化を達成している。本システムを実証炉に適用し、良好な結果が得られた。

時間不変の線形動特性と時変の非線型静特性からなるシステムに対する制御手法を提案した。本手法を板幅制御システムに適用し、シミュレーションによって効果を確認した。本システムでは、変動範囲内の非線型ゲインを扇形領域で近似し、この範囲内において、制御器がロバストな特性となるように、ＬＰＶ（Linear Parameter Varying）の考え方に基づき安定化補償器を設計した。

高効率熱回収型流動床炉において、蒸気系の多変数予測制御系を構築し、実証炉においてその有効性を検証した。本システムの特徴は、多変数モデル予測制御系を構築することで、操作量の干渉を考慮しながら流量・温度・圧力の３つの制御量をバランスよく制御できる。また燃焼制御系で調節された負荷に対し安定して蒸気を回収するようにトータル制御系を構築することで、燃焼系と蒸気系をともに安定化することができる。さらに目標値変更機能により無理な熱回収を抑制し、熱バランスを保ちつつ制御を継続することができる。

時間不変の線形動特性と時変の非線型静特性からなるシステムに対する制御手法を提案した。本手法を板幅制御システムに適用し、シミュレーションによって効果を確認した。本システムでは、変動範囲内の非線型ゲインを扇形領域で近似し、この範囲内において、制御器がロバストな特性となるように、ＩＱＣ（Integral Quadratic Constraint）の考え方に基づき安定化補償器を設計した。

in this paper, a new visual feedback control systems for a swirling-flow melting furnace is proposed. The method controls the furnace combustion by manipulating the burner fuel based on image data, which shows the melting condition inside the furnace. The feature of this control system is that a tracking property is realized by using an adaptive control algorithm, which changes the control gain based on image evaluation as if the melting point varies. Through actual experiments, it is clear that this visual feedback control system can control its combustion stably.

オペレータが熱分解溶融炉のようにプロセスの状態を画像情報により判断し操作を行うようなプラントを想定し、オペレータの意思伝達や操業ノウハウの共有化等のための動画像の生成やパラメータを変更させて様々な流下状態をシミュレーションする目的で流体、特に液滴の２次元表現モデルを構築した。本モデルは比較的少ないパラメータで液滴の流下する様子を高速に２次元的に表現できることに特徴がある。本手法の妥当性を物理計測画像と対比することにより確認した。

旋回溶融炉において現在オペレータが常時モニタリングしているスラグ流下状態を示す画像をとりこみ、画像処理に基づく物理的な特徴量からファジィ理論を用いてオペレータが操業時によく用いる言語情報（オペレータ言 語）に結び付け、これに基づいて溶融するためのバーナの油量を修正することにより溶融を自動制御することを提案する。本手法を実機に適用したところ、良好な結果が得られ本手法の有効性を確認したことを示した。

知的なヒューマンインタフェース技術の１つとして印象言語表現に基づく画像情報の関連付けに関して述べた。本論では顔画像から数十個の物理的な特徴量を基にファジィ推論により「目が非常に大きい」などの顔の部位に関する人に印象度合いを自動生成する。また逆に「知的な」などの抽象的な印象言語と「目が大きい」などの具体的な印象言語をキーワードにして顔画像を検索できる検索システムを構築したことを示した。

高炉における２つのアプリケーションについて述べた。一つは、ファジィロジックを用いた炉熱低下の予測システムで、もう一つはニューラルネットを用いた炉況診断システムである。前者は高炉に関する多数のプロセスデータの中から炉熱と関連が深いものを選択し、これらの値を前件部に与えてファジィ推論により炉熱低下を予測する。後者はコホーネンネットを用いてかべ落ち現象を認識したことを示した。

ファジィロジックに基づく過去のデータ傾向に基づき効率的にサーチを行うことができるサーチアルゴリズムを開発し、シミュレーションにより効果を確認した。本手法では過去のデータ傾向をファジィ推論により把握し、その傾向を考慮してサーチするため効率が高くなる。従来法としてバイナリーサーチ法を用いた結果と比較したが、本手法の有効性を確認したことを示した。

知的なヒューマンインタフェース技術の１つとして印象言語表現に基づく（１）言語表現生成部，（２）顔画像検索部，の２つの部分を持つ顔画像検索システムを開発した。（１）では顔画像の物理的特徴量に基づきファジィプロダクションルールにより印象言語に結び付け、（２）では抽象的な印象言語と具体的な印象言語を用いてファジィマッチングを行うことにより検索する。本システムを用いた実験によりその有効性を確認したことを示した。

知的なヒューマンインタフェース技術の１つとして顔画像情報から自動的に「目が非常に大きい」などの印象言語表現を生成するする言語表現生成部と印象言語をキーワードに目的とする顔画像の候補を抽出する顔画像検索部，の２つの部分を持つ顔画像検索システムを開発した。本システムを用いデモを実施したところ、２０名程度のサンプルの中からシステムが抽出したほぼ上位３名の中に正解がある結果が得られ、本システムの有効性を確認したことを示した。

ファジィ推論を用いたトップダウン画像処理を用いた特徴抽出手法について述べた。本手法では、対象とする特徴やオブジェクトに関する知識をファジィプロダクションルールで記述しておき、これを基にサーチし、サーチ過程で得られた情報を考慮しながら繰り返し手続きにより特徴を抽出する。本手法を自然画像の中から花びらのみを抽出するタスクに適用したところ、良好な結果が得られることを示した。

圧延の特徴に合わせた方法として，厚板圧延ではスラブ噛み込み時のステップ状に近いＡＧＣ信号を利用し，周波数領域においてパラメータをフィッティングさせる動特性推定方法を考案し、その推定値に基づいてサーボ系の劣化を診断する手法を考案した。また，薄板圧延では定常圧延時のＡＧＣ信号を用いた逐次形パラメータ推定による動特性推定方法を提案した。動特性推定方法の詳細と実機適用結果，およびその考察結果について述べた。

各構成要素の特徴解析に基づくローカルな確信度と，他の周辺部の構成要素間の制約関係に基づく確信度の２面から各構成要素らしさを表し，これらを統合し各構成要素本来の持つ確信度を求める手法を述べた。認識手法の具体的なアルゴリズムとシミュレーション結果と共に，本手法の概念と説明を述べた。数値例としては地図上におけるビルや信号などのオブジェクトを異なる地点からの断片的な説明文からあるルートを特定するものを挙げ、本手法の効果の確認したことを示した。

張力が板幅に与える干渉を考慮した多変数制御による熱延仕上げミルの板幅制御システムを開発した。本手法は，スタンド間板幅計を用いた板幅モデルによって板幅を演算し，全スタンド間の張力操作によって板幅を制御するというものである。本手法では各スタンド出側板幅である７つの制御量を各スタンド間張力である６つの操作量を最適制御の考えに基づいて制御する。本手法により，板幅変動が平均１ｍｍ減少することを示した。

熱延仕上ミルにおける自動板幅制御システムを構築し、実機化した。本システムでは特定スタンド間に設置された板幅計とダイナミック板幅モデルにより全スタンド出側の板幅を予測する。この各スタンドの出側板幅の予測値を目標に適合する様に最適制御の理論を用いて各スタンド間張力の目標値を修正する。また本システムでは張力の板厚への干渉も考慮してこれを補償するロールギャップ操作も行っている。本システムの有効性を実機を用いて検証したことを示した。

熱延仕上ミルにおける自動板幅制御システムについて述べた。本システムでは特定スタンド間に設置された板幅計と動特性を含む板幅モデルにより全スタンド出側の板幅を予測する。この各スタンドの出側板幅の予測値をなるべく目標板幅に近づける様に最適制御の理論を用いて各スタンド間張力の目標値を修正する。また本システムでは張力の板厚への干渉も考慮してこれを補償するロールギャップ操作も行っている。本システムの有効性を実機を用いて検証したことを示した。

プラントに補償器を合体して得られる閉ループシステムのインパルス応答行列が与えられたモデルのそれと一致するように補償器を設計するモデル追従問題（ＭＦＰ）のＷｅｌｌ‐Ｐｏｓｅｄｎｅｓｓについて考察し，ＭＦＰのｇｅｎｅｒｉｃｉｔｙ Ｗｅｌｌ‐Ｐｏｓｅｄｎｅｓｓ について必要十分条件を与えＭＦＰＮＩ（初期状態を考慮したＭＦＰ）のそれらとの関係を明らかにしたことを示した。また任意のモデルに対する可解性の条件を与えたことも示した。