共同研究・競争的資金等の研究課題

• デマンドレスポンスの実施診断：性能１０倍への挑戦とオンデマンド情報取得学の創成
  科学研究費助成事業
  2021年04月05日 - 2026年03月31日
  東 俊一, 山口 順之, 小林 孝一
  デマンドレスポンスとは，スマートグリッドにおいて，需要家から報酬と引換えに節電量を得るしくみである．これを実現するためには，各参加者が契約量を確実に供給することが重要であるが，現実には予期せぬ障害により未達の参加者が現れる．その場合，すぐに原因を突き止め解決しなくてはならないが，そのためにはすべての参加者のスマートメーターを検針するという膨大な量の情報取得が必要であった．そこで，すべてのスマートメーターを検針することなく，わずかな回数の検針をオンデマンドで実施するだけで，未達参加者を正確に検出する方法が必要となる．本研究では，従来法の10倍の性能を有する方法の開発と，それを他分野の一般的な推定問題に展開するための基礎理論を構築することを目指している．本年度の成果は以下の通りである．
  （１）既存の実施診断の性能を向上させるためには，需要家の性質を適切に分類し，診断のための事前情報としてモデル化することが重要である．そこで，需要家の性質を多方面から考察し，おおよそ４つの性質に分類できること，また，それらはベクトルのブロックスパース性としてモデル化できることを明らかにした．
  （２）ネットワークシステムにおいては，フィードバック頂点集合と呼ばれる特殊なノードが，制御や観測に重要な役割を演じていることが知られているが，合意制御の場合にその役割を明らかにした．
  （３）未知環境におけるマルチエージェントシステムの被覆制御を対象に，空間重要度の推定方法を検討した．
  日本学術振興会, 基盤研究(A), 名古屋大学, 21H04558
• サイバーフィジカルシステムのセキュアなイベントベースト制御とモビリティへの展開
  科学研究費助成事業
  2022年04月01日 - 2025年03月31日
  小林 孝一
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 22K04163
• 協調多層型防御技術のための事象駆動型制御理論の構築
  科学研究費助成事業
  2019年04月01日 - 2023年03月31日
  澤田 賢治, 小林 孝一, 市原 裕之
  本研究は様々な制御機器が協調・連携し，通常・縮退・回復時の制御システムのサイバー攻撃に対するレジリエンスを向上させる“協調多層型防御技術のための事象駆動型制御理論の構築”を目的とする．2021度は課題a)「事象駆動型制御の有向グラフ上の最適経路探索表現」，課題b)「誤り訂正符号に基づくセキュアな制御機器の状態管理」，課題c)「状態遷移時の制御機器の同期方法」の成果拡張を実施した．課題a)について，2021年度はマルチエージェント型の制御対象に対して，制御入力の印加タイミングをセルフトリガ型に拡張するマルチレート制御手法について着手した．1つの拡張として，大規模エージェント系に対する群体制御手法も検討した．課題b)については，制御システムの仕様と脆弱性の関係をスーパーバイザ制御理論の観点から検討した．制御システム側にとっての制御アルゴリズムの不透明度（Opacity）が攻撃ポイントになる可能性とその対策方法の基礎的な検討を行った．また，システムを有限オートマトンで表現し，システムの通常状態と攻撃状態をBDDで表現する方法についても検討を行った．同手法を残業制御システムで実装するために，制御システムの3Dシミュレータ上での検討を行った．課題c)については，合意制御に基づく分散協調全状態オブザーバの拡張を実施した．推定対象が時変になる場合の分散協調全状態オブザーバのオンライン更新法をスパースモデリングの観点から明らかにした． また，同手法のReceding Horizon Estimationへの拡張も開始した．
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 電気通信大学, 19H02158
• 不連続あるいは正定でない入力コストを用いた省エネルギー制御
  科学研究費助成事業
  2019年04月01日 - 2022年03月31日
  山下 裕, 小林 孝一
  エネルギー消費最小の定常点と状態の目標値が一致しない場合の省エネルギーな最適制御問題を考え、入力コストを最小限の改変で状態量を含む関数とすることで、問題を定式化し漸近安定性を保証する非線形最適レギュレータを構築した。また、アクチュエータが待機パワーを必要とする場合、冗長入力系では状態量の値に応じて非効率なアクチュエータを休止させる動作が省エネルギーに寄与し、そのような動作を行う最適制御制御器設計法を提案した。さらに、出力値に応じたセンサー値の通信の一時停止を含む制御手法も提案した。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H02157
• セキュアなサイバーフィジカルシステムのための制御・検証手法の開発
  科学研究費助成事業
  2017年04月01日 - 2022年03月31日
  小林 孝一
  サイバーフィジカルシステム（CPS）とは，物理システムと情報システムが相互結合したシステムである．情報システムの計算機能力を活用した高性能な制御システムを構築することが可能である．応用は電力，医療，交通など多岐に渡る．さらに，多くの機器がインターネットを介して接続している社会において，外部からの攻撃を考慮した制御手法の必要性が高まっている．そこで本研究では，セキュアなCPSを構築するための制御・検証手法に着目する．具体的には次の３点に取り組んだ．（１）分散型イベント駆動制御，（２）電力ネットワークにおけるサイバー攻撃検知，（３）ブロックチェーンを用いたエネルギー管理システムの分散最適化．
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 17K06486
• 制御リアプノフ関数を用いた入力分配制御
  科学研究費助成事業
  2016年04月01日 - 2019年03月31日
  山下 裕, 小林 孝一, 中村 文一
  冗長入力系で安定性等を保証する制約の下で最適入力を選ぶ問題は入力分配問題と呼ばれ、その良し悪しは省エネ性に直結する。状態の時間微分を指定する従来法の代わりに、本研究では制御リアプノフ関数を用いて状態依存の一般的な集合値で入力候補を与える方法を採用し、様々な要求仕様を満足する柔軟で実用的な入力分配手法を開発した。動的拡張系に対し拡張ポテンシャルを構成する方法では、連続な拘束集合の導出、2段階制約、コスト係数設定、オフセット関数の省略、車両系への適用等に関して成果を得た。また、線形改計画・二次計画を毎時刻解く方法では、スパース安定化、ベストエフォート型制御、チャタリング防止機構等の成果を得た。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 16H04380
• 看護・介護サービスの質を高める音声つぶやきによる気づきプラットフォームの研究
  科学研究費助成事業
  2015年04月01日 - 2018年03月31日
  内平 直志, 崔 舜星, 平石 邦彦, 小林 孝一, 佐々木 康朗, 水流 聡子, 金井 秀明
  音声つぶやきによる気づきプラットフォームの要素技術である（１）気づき体系化（介護プロセスモデルの構築），（２）気づきマイニング（行動パターン解析手法と行動制御手法の確立），（３）学習型気づき誘発（気づきの誘発のメカニズムの検討），（４）気づき組織学習（組織の気づき力を高める学習モデルの提案），の開発を行い，その成果を国内外の会議・雑誌で発表するとともに，各要素技術を統合した（５）気づき支援システム（手法・ツール）の開発を行い，気づきプラットフォームとして汎化し，ハウス農業，イベント警備，船舶機器保守などの様々な状況適応・行動型サービス分野の気づき支援に応用し，試行評価を行い，有効性を確認した．
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北陸先端科学技術大学院大学, 15H02785
• サイバーフィジカルシステムのための通信と制御の同時最適化
  科学研究費助成事業
  2014年04月01日 - 2017年03月31日
  小林 孝一
  サイバーフィジカルシステムでは，制御対象と制御器は通信ネットワークを介して接続されている．制御系設計においては，通信を抑制しつつ高い制御性能を得ることが重要である．本研究課題では，サイバーフィジカルシステムにおける通信と制御の同時最適化に関する研究に取り組んだ．主な成果として，マルチホップ制御ネットワークのモデル予測制御，制御入力列の送信に基づく自己駆動モデル予測制御，および分散型イベント駆動制御に関する新しい手法を提案した．
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 26420412
• 確率ハイブリッドシステムの制御とシステムバイオロジーへの展開
  科学研究費助成事業
  2011年 - 2013年
  小林 孝一
  本研究課題では，確率ハイブリッドシステムの最適制御および離散抽象化，確率ブーリアンネットワークの制御に取り組んだ．主な成果として，確率ハイブリッドシステムの確率的拘束付き最適制御問題の解法，および有限時間区間における離散抽象化の手順を提案した．また，バイオシステムへの応用についても計算機実験により検討した．さらに，確率ブーリアンネットワークに対しては，複数薬剤の効果を考慮した制御手法や確率的モデル検査に基づく検証に関して新しい手法を提案した．
  日本学術振興会, 若手研究(B), 北陸先端科学技術大学院大学, 23760387
• 離散ダイナミクスの流体化によるシステムの安全性検証
  科学研究費助成事業
  2009年 - 2011年
  平石 邦彦, 小林 孝一
  指数分布の発火遅延時間をもつ一般化確率ペトリネットに対して,各プレースにおける確率分布の分散を,流体モデル上のトランジションの区間発火速度で表現する方法を考案し,さらに,モデルが区間パラメータをもつ区分的線形システムで等価的に表現できることを示した。また,モデルのシミュレーションのために,常微分方程式に対する区間法を拡張した手法,および,連続状態システムに対する離散抽象化手法の一つである箱抽象化計算の高速化手法の2つを開発した。
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 北陸先端科学技術大学院大学, 21500009
• 有限オートマトンの新しいモデルに基づくハイブリッドシステム制御論
  科学研究費助成事業
  2008年 - 2010年
  小林 孝一
  本研究課題では,ハイブリッドシステムの制御における計算の効率化に取り組んだ.成果として,有限オートマトンの安定化に基づくモデル予測制御手法,およびオフライン計算とオンライン計算の両方を用いた精度保証付き近似解法を提案した.また,数値実験により計算の効率化が実現されたことを確認した.さらに応用として,ブーリアンネットワークモデルで表現される遺伝子ネットワークの解析と制御にも取り組んだ.
  日本学術振興会, 若手研究(B), 北陸先端科学技術大学院大学, 20760278