Organization
Institute of Integrated Research Supercomputing Research Center Researcher
Title
Researcher
External link
HARA SHINJI
Research Interests
-
環境制御
-
システムバイオロジー
-
グローカル制御
-
制御系統合化設計
-
ロバスト制御
-
システム制御理論とその応用
Research Areas
-
Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Control and system engineering
Education
-
東京工業大学大学院理工学研究科修士課程 修了
- 1976.3
-
東京工業大学工学部制御工学科 卒業
- 1974.3
-
広島学院高等学校 卒業
- 1970.3
-
東京工業大学工学博士
1981.9
Research History
-
東京大学大学院 情報理工学研究科 副研究科長
2012.4 - 2013.3
-
The University of Tokyo Professor
2002.4 - 2017.3
-
東京大学大学院 情報理工学系研究科 システム情報学専攻 教授
2001.4 - 2017.3
-
Tokyo Institute of Technology Global Scientific Information and Computing Center
2001.4 - 2002.3
-
The University of California, Berkeley Department of Mechanical Engineering Springer Professor
2001.3
Country：United States
-
Tokyo Institute of Technology Professor
2000.4 - 2002.3
-
Tokyo Institute of Technology
1997.4 - 2001.3
-
Tokyo Institute of Technology Professor
1996.5 - 2000.3
-
Tokyo Institute of Technology Professor
1992.9 - 1996.4
-
University of Waterloo, Ontario, CANADA Visiting Researcher
1988.9 - 1989.8
Country：Canada
-
Tokyo Institute of Technology
1984.4 - 1992.8
-
Nagaoka University of Technology
1980.4 - 1984.3
-
日本電信電話公社 電気通信研究所) 研究員
1976.4 - 1980.3
Professional Memberships
-
計測自動制御学会
-
IEEE
Committee Memberships
-
International Federation of Automatic Control Council Member
2011 - 2017
Committee type：Academic society
-
計測自動制御学会 会長
2009.2 - 2010.2
Committee type：Academic society
-
IEEE Control Systems Society： Vice-President
2009.1 - 2010.12
Committee type：Academic society
-
日本学術会議 連携会員
2008.10 - 2020.9
-
計測自動制御学会 副会長
2008.2 - 2009.2
Committee type：Academic society
-
横断型基幹科学技術研究団体連合 会誌 編集委員長
2007 - 2009
Committee type：Academic society
-
日本シミュレーション学会 編集委員会委員長
1997.6 - 2000.6
Committee type：Academic society
Papers
-
Instability margin analysis for parametrized LTI systems with application to repressilator
Hara, S., Iwasaki, T., Hori, Y.
Automatica 136 2022
-
Xin Xin, Yannian Liu, Shinji Hara, Yoshinori Muraoka
Asian Journal of Control 2021.12
-
Koji Tsumura, Binh Minh Nguyen, Hisaya Wakayama, Shinji Hara
CoRR abs/2005.03193 2020
-
Koji Tsumura, Binh Minh Nguyen, Hisaya Wakayama, Shinji Hara
59th IEEE Conference on Decision and Control(CDC) 1884 - 1889 2020
-
Slip control for IWM vehicles based on hierarchical LQR
Nguyen, B.-M., Hara, S., Fujimoto, H., Hori, Y.
Control Engineering Practice 93 104179 - 104179 2019
-
Hara, S., Iwasaki, T., Hori, Y.
Automatica 105 2019
-
Wang, Y., Fujimoto, H., Hara, S.
IEEE Transactions on Industrial Electronics 64 ( 4 ) 2017
-
Wang, Y., Fujimoto, H., Hara, S.
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 21 ( 1 ) 2016
-
Coordinated Spatial Pattern Formation in Biomolecular Communication Networks
Hori, Y., Miyazako, H., Kumagai, S., Hara, S.
IEEE Transactions on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications 1 ( 2 ) 2015
-
Collective Oscillation Period of Inter-Coupled Biological Negative Cyclic Feedback Oscillators
Wang, Y., Hori, Y., Hara, S., Doyle, F.J.
IEEE Transactions on Automatic Control 60 ( 5 ) 2015
-
Backstepping observer design for parabolic PDEs with measurement of weighted spatial averages
Tsubakino, D., Hara, S.
Automatica 53 179 - 187 2015
-
Wang, Y., Hori, Y., Hara, S., Doyle III, F.J.
IEEE Transactions on Automatic Control 59 ( 1 ) 2014
-
Generalizing the KYP lemma to multiple frequency intervals
Pipeleers, G., Iwasaki, T., Hara, S.
SIAM Journal on Control and Optimization 52 ( 6 ) 2014
-
Comments and Corrections on 'Stability of Genetic Regulatory Networks with Time Delay'
Takada, M., Hori, Y., Hara, S.
IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers 61 ( 9 ) 2014
-
Stability analysis of systems with generalized frequency variables
Hara, S., Tanaka, H., Iwasaki, T.
IEEE Transactions on Automatic Control 59 ( 2 ) 2014
-
Biochemical oscillations in delayed negative cyclic feedback: Existence and profiles
Hori, Y., Takada, M., Hara, S.
Automatica 49 ( 9 ) 2013
-
Eigenvector-based intergroup connection of low rank for hierarchical multi-agent dynamical systems
Tsubakino, D., Hara, S.
Systems and Control Letters 61 ( 2 ) 354 - 361 2012
-
Achievable sensitivity bounds for MIMO control systems via an information theoretic approach
Ishii, H., Okano, K., Hara, S.
Systems and Control Letters 60 ( 2 ) 2011
-
Achievable sensitivity bounds for MIMO control systems via an information theoretic approach
Ishii, H., Okano, K., Hara, S.
Systems and Control Letters 60 ( 2 ) 2011
-
Kim, T.-H., Hori, Y., Hara, S.
Systems and Control Letters 60 ( 6 ) 2011
-
Existence criteria of periodic oscillations in cyclic gene regulatory networks
Hori, Y., Kim, T.-H., Hara, S.
Automatica 47 ( 6 ) 1203 - 1209 2011
-
Symbolic computation in analysis and synthesis for homogeneous multi-agent dynamical systems Reviewed
Shinji Hara, Hirokazu Anai
Proceedings of the IEEE International Symposium on Computer-Aided Control System Design 1702 - 1707 2010
-
Kim, T.-H., Hara, S., Hori, Y.
International Journal of Control 83 ( 10 ) 2010
-
Fujioka, H., Hara, S.
Journal of the Chinese Institute of Engineers, Transactions of the Chinese Institute of Engineers,Series A/Chung-kuo Kung Ch'eng Hsuch K'an 33 ( 3 ) 2010
-
A unified approach to decentralized cooperative control for large-scale networked dynamical systems
Hara, S.
Lecture Notes in Control and Information Sciences 398 2010
-
Fujioka, H., Hara, S.
Journal of the Chinese Institute of Engineers, Transactions of the Chinese Institute of Engineers,Series A/Chung-kuo Kung Ch'eng Hsuch K'an 33 ( 3 ) 2010
-
Okano, K., Hara, S., Ishii, H.
Automatica 45 ( 2 ) 2009
-
Sum-of-squares decomposition via generalized KYP lemma
Hara, S., Iwasaki, T.
IEEE Transactions on Automatic Control 54 ( 5 ) 2009
-
Anai, H., Hara, S., Kanno, M., Yokoyama, K.
Journal of Symbolic Computation 44 ( 7 ) 703 - 725 2009
-
Masaaki Kanno, Shinji Hara, Hirokazu Anai
2009 IEEE CONTROL APPLICATIONS CCA & INTELLIGENT CONTROL (ISIC), VOLS 1-3 1619 - + 2009
-
A Maple toolbox for parametric robust control system design using symbolic computation
Noriko Hyodo, Hirokazu Anai, Shinji Hara
ICCAS-SICE 2009 - ICROS-SICE International Joint Conference 2009, Proceedings 3520 - 3524 2009
-
A subband coding approach to control under limited data rates and message losses
Ishii, H., Hara, S.
Automatica 44 ( 4 ) 2008
-
Bakhtiar, T., Hara, S.
Automatica 44 ( 3 ) 2008
-
Sensitivity analysis of networked control systems via an information theoretic approach Reviewed
Kunihisa Okano, Hideaki Ishii, Shinji Hara
Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control 3360 - 3365 2008
-
Characterization of a complementary sensitivity property in feedback control: An information theoret Reviewed
Okano K, Hara S, Ishii H
IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline) 17 ( 1 PART 1 ) 5185 - 5190 2008
-
Best achievable tracking performance in sampled-data systems via LTI controllers
Chen, J., Hara, S., Qiu, L., Middleton, R.H.
IEEE Transactions on Automatic Control 53 ( 11 ) 2467 - 2479 2008
-
Xin, X., Hara, S., Kaneda, M.
IEEE Transactions on Automatic Control 53 ( 5 ) 2008
-
When is a linear continuous-time system easy or hard to Control in Practice?
Hara, S., Kanno, M.
Lecture Notes in Control and Information Sciences 371 2008
-
H_2 Performance Limitations for Single-input/Single-output Linear Systems with Time Delay
BAKHTIAR Toni, HARA Shinji
Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers 20 ( 2 ) 87 - 89 2007.2
-
Feedback control through networks with packet loss: Mixed H-2/H-infinity approach and application to a teleoperating system
Ornwadee Ratanapinunchai, Hideaki Ishii, Shinji Hara
PROCEEDINGS OF THE 2007 IEEE CONFERENCE ON CONTROL APPLICATIONS, VOLS 1-3 887 - + 2007
-
Towards Recognition of "Koto-Tsukuri" and Integration of Knowledge
HARA Shinji
Oukan (Journal of Transdisciplinary Federation of Science and Technology) 1 ( 1 ) 2 - 2 2007
-
Feedback control of quantum entanglement in a two-spin system
Yamamoto, N., Tsumura, K., Hara, S.
Automatica 43 ( 6 ) 981 - 992 2007
-
The best achievable ℋ2 tracking performances for SIMO feedback control systems
Hara, S., Bakhtiar, T., Kanno, M.
Journal of Control Science and Engineering 2007 2007
-
Feedback control synthesis of multiple frequency domain specifications via generalized KYP lemma
Iwasaki, T., Hara, S.
International Journal of Robust and Nonlinear Control 17 ( 5-6 ) 2007
-
Yamamoto, N., Hara, S.
Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics 76 ( 3 ) 2007
-
Hyodo, N., Hong, M., Yanami, H., Hara, S., Anai, H.
Applicable Algebra in Engineering, Communications and Computing 18 ( 6 ) 2007
-
Hara, S., Iwasaki, T., Shiokata, D.
IEEE Control Systems 26 ( 1 ) 2006
-
Tracking control and system development for laser-driven micro-vehicles
Kajiwara, I., Hoshino, K., Hara, S., Shiokata, D., Yabe, T.
Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 49 ( 164 ) 71 - 76 2006
-
Iwatani, Yasushi, Hara, Shinji
Automatica 42 ( 10 ) 2006
-
Development of a MATLAB toolbox for parametric robust control - new algorithms and functions - Reviewed
Noriko Hyodo, Myunghoon Hong, Hitoshi Yanami, Hirokazu Anai, Shinji Hara
2006 SICE-ICASE INTERNATIONAL JOINT CONFERENCE, VOLS 1-13 499 - + 2006
-
Tracking control and system development for laser-driven micro-vehicles
Kajiwara, I., Hoshino, K., Hara, S., Shiokata, D., Yabe, T.
Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 49 ( 164 ) 71 - 76 2006
-
A parameter space approach to fixed-order robust controller synthesis by quantifier elimination
Anai, H., Hara, S.
International Journal of Control 79 ( 11 ) 1321 - 1330 2006
-
Local reachability of stochastic quantum dynamics with application to feedback control of single-spin systems
Naoki Yamamoto, Hiroshi Machida, Koji Tsumura, Shinji Hara
2005 44th IEEE Conference on Decision and Control & European Control Conference, Vols 1-8 8209 - 8214 2005
-
Time domain interpretations of frequency domain inequalities on (semi)finite ranges
Iwasaki, T., Hara, S., Fradkov, A.L.
Systems and Control Letters 54 ( 7 ) 681 - 691 2005
-
Kiyama, T., Hara, S., Iwasaki, T.
International Journal of Robust and Nonlinear Control 15 ( 17 ) 873 - 901 2005
-
Generalized KYP lemma: Unified frequency domain inequalities with design applications
Iwasaki, T., Hara, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 50 ( 1 ) 41 - 59 2005
-
Suboptimal quantum-error-correcting procedure based on semidefinite programming
Yamamoto, N., Hara, S., Tsumura, K.
Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics 71 ( 2 ) 2005
-
Fixed-structure robust controller synthesis based on symbolic-numeric computation: Design algorithms with a CACSD toolbox
Hirokazu Anai, Hitoshi Yanami, Shinji Hara, Kei Sakabe
Proceedings of the IEEE International Conference on Control Applications 2 1540 - 1545 2004
-
Tracking control for laser-driven micro-airplane Reviewed
Hoshino K, Kajiwara, I., Hara S, Ishikawa H, Shiokata D
Proceedings of the IEEE International Conference on Control Applications 1 1 - 6 2004
-
Analysis and Control of a Trident Snake-Like Mobile Robot Reviewed
IWATANI Yasushi, ISHIKAWA Masato, HARA Shinji
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 39 ( 12 ) 1159 - 1161 2003.12
-
Dynamical system design from a control perspective: Finite frequency positive-realness approach
Iwasaki, T., Hara, S., Yamauchi, H.
IEEE Transactions on Automatic Control 48 ( 8 ) 1337 - 1354 2003
-
Best tracking and regulation performance under control energy constraint
Chen, J., Hara, S., Chen, G.
IEEE Transactions on Automatic Control 48 ( 8 ) 2003
-
A parameter space approach for fixed-order robust controller synthesis by symbolic computation
Hirokazu Anai, Shinji Hara
IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline) 15 ( 1 ) 359 - 364 2002
-
Some conditions which make the constantly scaled H<inf>∞</inf> control synthesis problems convex
Asai, T., Hara, S.
International Journal of Robust and Nonlinear Control 12 ( 1 ) 21 - 39 2002
-
Global optimization for robust control synthesis based on the matrix product eigenvalue problem
Yamada, Y., Hara, S.
International Journal of Robust and Nonlinear Control 11 ( 9 ) 2001
-
Characterization of robust finite frequency positive-real property
Yamauchi, H., Hara, S., Iwasaki, T.
Proceedings of the American Control Conference 4 2001
-
Anai, H., Hara, S.
Proceedings of the American Control Conference 2 2000
-
Yamada, Y., Hara, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 45 ( 10 ) 2000
-
Structure/control design integration with finite frequency positive real property
Iwasaki, T., Hara, S., Yamauchi, H.
Proceedings of the American Control Conference 1 2000
-
HARA Shinji, VIDYASAGAR Mathukumalli
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 39 ( 12 ) 737 - 742 2000
-
Structure/control design integration with finite frequency positive real property
Iwasaki, T., Hara, S., Yamauchi, H.
Proceedings of the American Control Conference 1 2000
-
Optimal tracking performance: Preview control and exponential signals
Chen, J., Ren, Z., Hara, S., Qiu, L.
Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control 2 2000
-
Simultaneous parametric uncertainty modeling and robust control synthesis by LFT scaling
Asai, T., Hara, S., Iwasaki, T.
Automatica 36 ( 10 ) 2000
-
Direct reduced order discretization of continuous-time controller
Anderson, B.D.O., Chongsrid, K., Limebeer, D.J.N., Hara, S.
International Journal of Robust and Nonlinear Control 9 ( 3 ) 1999
-
A unified approach to LMI-based reduced order self-scheduling control synthesis
Asai, T., Hara, S.
Systems and Control Letters 36 ( 1 ) 1999
-
Analysis and synthesis of the robust impulse-to-peak performance
Tokunaga, H., Iwasaki, T., Hara, S.
Automatica 34 ( 11 ) 1473 - 1477 1998
-
Global optimization for H<inf>∞</inf> control with constant diagonal scaling
Yamada, Y., Hara, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 43 ( 2 ) 1998
-
Iwasaki, T., Hara, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 43 ( 5 ) 1998
-
Relating H<inf>2</inf>- and H<inf>∞</inf>-norm bounds for sampled-data systems
Hara, S., Anderson, B.D.O., Fujioka, H.
IEEE Transactions on Automatic Control 42 ( 6 ) 1997
-
Computational Complexity Reduction in Scaled ℋ<inf>∞</inf> Synthesis
Iwasaki, T., Hara, S., Rotea, M.A.
Automatica 33 ( 7 ) 1325/1332 1997
-
An LMI approach to local optimization for constantly scaled H control problems
Yamada, Y., Hara, S.
International Journal of Control 67 ( 2 ) 1997
-
Kojima, M., Shindoh, S., Hara, S.
SIAM Journal on Optimization 7 ( 1 ) 1997
-
Feedback linearization for pneumatic actuator systems with static friction
Kimura, T., Hara, S., Fujita, T., Kagawa, T.
Control Engineering Practice 5 ( 10 ) 1997
-
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 36 ( 11 ) 756 - 761 1997
-
H∞ Robust servo problem with H∞ norm constraint
Hozumi, J., Hara, S., Fujioka, H.
International Journal of Control 66 ( 6 ) 1997
-
Linear Matrix Inequality(LMI) and Riccati Inequality.
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 35 ( 12 ) 971 - 973 1996
-
Hankel Norm of Sampled-Data Systems
Chongsrid, K., Hara, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 40 ( 11 ) 1995
-
State covariance assignment for sampled-data feedback control systems
Fujioka, H., Hara, S.
International Journal of Control 61 ( 3 ) 1995
-
Frequency‐restricted norm bounds for interval systems
Kimura, T., Hara, S.
International Journal of Robust and Nonlinear Control 4 ( 4 ) 575 - 593 1994
-
A hybrid state-space approach to sampled-data feedback control
Hara, S., Fujioka, H., Kabamba, P.T.
Linear Algebra and Its Applications 205-206 ( C ) 675 - 712 1994
-
Fujioka, H., Hara, S.
Linear Algebra and Its Applications 203-204 ( C ) 1994
-
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 32 ( 2 ) 113 - 119 1993
-
Worstcase Analysis and Design of Sampled-Data Control Systems
Kabamba, P.T., Hara, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 38 ( 9 ) 1993
-
H<inf>∞</inf> control problem with jω-axis zeros
Hara, S., Sugie, T., Kondo, R.
Automatica 28 ( 1 ) 1992
-
Yamamoto, Y., Hara, S.
Automatica 28 ( 1 ) 1992
-
Inner-outer factorization for strictly proper functions with jω-axis zeros
Hara, S., Sugie, T.
Systems and Control Letters 16 ( 3 ) 1991
-
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 30 ( 8 ) 655 - 662 1991
-
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 29 ( 9 ) 830 - 838 1990
-
The Relationship Between Real Poles and Real Zeros in SISO Sampled Data Systems
Hara, S., Katori, H., Kondo, R.
IEEE Transactions on Automatic Control 34 ( 6 ) 1989
-
KONDO Ryou, HARA Shinji
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 25 ( 11 ) 1178 - 1185 1989
-
Sensitivity improvement by a stable controller in SISO digital control systems
Hara, S., Sung, H.-k.
Systems and Control Letters 12 ( 2 ) 1989
-
Properties of complementary sensitivity function in 8180 digital control systems
Sung, H.-K., Hara, S.
International Journal of Control 50 ( 4 ) 1989
-
Properties of zeros in digital control systems with computational time delay
Hara, S., Kondo, R.
International Journal of Control 49 ( 2 ) 1989
-
H<inf>∞</inf>- suboptimal control problem with boundary constraints
Sugie, T., Hara, S.
Systems and Control Letters 13 ( 2 ) 1989
-
Constraints on sensitivity characteristics in linear multivariable discrete-time control systems
Hara, S., Sung, H.-k.
Linear Algebra and Its Applications 122-124 ( C ) 1989
-
On cancellation in H<inf>∞</inf> optimal controllers
Kondo, R., Hara, S.
Systems and Control Letters 13 ( 3 ) 1989
-
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 27 ( 12 ) 1065 - 1070 1988
-
Yamamoto, Y., Hara, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 33 ( 11 ) 1044 - 1052 1988
-
Sung, H.-K., Hara, S.
International Journal of Control 48 ( 6 ) 1988
-
Hara, S., Sugie, T.
IEEE Transactions on Automatic Control 33 ( 1 ) 1988
-
Repetitive Control System: A New Type Servo System for Periodic Exogenous Signals
Hara, S., Yamamoto, Y., Omata, T., Nakano, M.
IEEE Transactions on Automatic Control 33 ( 7 ) 659 - 668 1988
-
Constraints on Sensitivity Characteristics in Multi-Input Multi-Output Discrete-Time Control Systems
HARA Shinji, SUNG Hak-kyung
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 24 ( 11 ) 1165 - 1172 1988
-
Kondo, R., Hara, S., Furuta, K.
International Journal of Control 46 ( 5 ) 1987
-
Hara, S.
International Journal of Control 45 ( 3 ) 1987
-
Special issue on robust control. H.INF. optimal control and robust stability.
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 26 ( 5 ) 393 - 399 1987
-
Nonlinear repetitive control with application to trajectory control of manipulators
Omata, T., Hara, S., Nakano, M.
Journal of Robotic Systems 4 ( 5 ) 1987
-
Redution of Rotational Speed Fluctuation in Motors Using the Repetitive Control
Kobayashi, F., Hara, S., Nakano, M., Tanaka, H.
IEEJ Transactions on Industry Applications 107 ( 1 ) 29 - 34 1987
-
HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 25 ( 12 ) 1111 - 1119 1986
-
COMPUTER AIDED CONTROL SYSTEM ANALYSIS USING SYMBOLIC MANIPULATION WITH NUMERICAL COMPUTATION.
Hara, S., Akahori, I., Kaneda, M.
Control, theory and advanced technology 2 ( 3 ) 1986
-
Design of non-undershooting multivariable servo systems using dynamic compensators
Hara, S., Kobayashi, N., Nakamizo, T.
International Journal of Control 44 ( 2 ) 1986
-
On Constrained H∞ Optimization Problem for SISO Systems
Hara, S., Katori, H.
IEEE Transactions on Automatic Control 31 ( 9 ) 1986
-
A Class of Stabilizing Controllers for Robust Servo Systems
HARA Shinji, KATORI Hideo
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 21 ( 6 ) 644 - 646 1985
-
Repetitive control for linear periodic systems
Omata, T., Hara, S., Nakano, M.
IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems 105 ( 6 ) 133 - 139 1985
-
HARA Shinji
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 20 ( 8 ) 691 - 697 1984
-
Unknown input observability for discrete-time linear multivariable systems and its application
Hara, S.
International Journal of Control 39 ( 5 ) 1984
-
Solvability of Servo Problem and Synthesis of Servo Systems for Decentralized Control Systems
HARA Shinji
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 19 ( 12 ) 943 - 949 1983
-
HARA Shinji
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 18 ( 4 ) 324 - 328 1982
-
Solvability of Servo Problem for Partial Parameter Perturbations
HARA Shinji
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 18 ( 9 ) 879 - 885 1982
-
A Synthesis of Linear Multivariable Servo Systems with Parameter Perturbations
HARA Shinji
Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 17 ( 7 ) 742 - 748 1981
-
Observability for bilinear systems
Hara, S., Ftjruta, K.
International Journal of Control 26 ( 4 ) 1977
-
A Class of Systems with the Same Observer
Furuta, K., Hara, S., Mori, S.
IEEE Transactions on Automatic Control 21 ( 4 ) 1976
-
Minimal order state observers for bilinear systems
Hara, S., Furuta, K.
International Journal of Control 24 ( 5 ) 1976
Books
-
次世代電力システム設計論 : 再生可能エネルギーを活かす予測と制御の調和
井村, 順一, 原, 辰次
オーム社 2019.11 （ ISBN:9784274507533 ）
-
太陽光発電のスマート基幹電源化 : IoT/AIによるスマートアグリゲーションがもたらす未来の電力システム
井村, 順一, 原, 辰次（ Role： Joint editor）
日刊工業新聞社 2019.3 （ ISBN:9784526079559 ）
-
水大循環と暮らし―21世紀の水環境を創る
所 眞理雄, 高橋 桂子（ Role： Contributor第6章「21世紀の水環境の構築：制御の観点から」）
丸善プラネット 2016.4 （ ISBN:4863452802 ）
-
Perspectives in mathematical system theory, control, and signal processing : a festschrift in honor of Yutaka Yamamoto on the occasion of his 60th birthday
Willems, Jan C., Hara, S., Ohta, Y., Fujioka, H.（ Role： Joint editor）
Springer 2010.2 （ ISBN:9783540939177 ）
-
ビデオライブラリー：サンプル値制御理論とその応用
山本 裕, 原 辰次, 藤岡 久也
システム制御情報学会 2001
-
ミンスクのにわとり : やわらかな発想を養う100問
Chernyak, Yuri B., Rose, Robert M.著, 原, 辰次, 岩崎, 徹也 訳（ Role： Joint translator）
翔泳社 1996.6 （ ISBN:4881353799 ）
-
繰返し制御
中野, 道雄, 井上, 悳, 山本, 裕, 原, 辰次（ Role： Joint author）
計測自動制御学会 1989.12 （ ISBN:4339083429 ）
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基礎ディジタル制御
美多, 勉, 原, 辰次, 近藤, 良（ Role： Joint author）
コロナ社 1988.1 （ ISBN:4339001325 ）
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メカニカルシステム制御
古田, 勝久, 川路, 茂保, 美多, 勉, 原, 辰次（ Role： Joint author）
オーム社 1984.3 （ ISBN:4274085511 ）
MISC
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「わ」のコンセプトに基づく新しいシステム理論構築に向けて Invited Reviewed
原 辰次
計測と制御 57 ( 2 ) 73 - 78 2018.2
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New Directions in Systems Control via the Concept "Wa" Invited Reviewed
ASAMA Hajime, ISHII Hideaki, HARA Shinji
Journal of The Society of Instrument and Control Engineers 57 ( 2 ) 69 - 72 2018
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社会的課題解決に向けた「知の統合」推進の「場」の構築 Invited Reviewed
原 辰次
学術の動向 22 ( 12 ) 12_18 - 12_22 2017.12
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Glocal (global/local) control synthesis for hierarchical networked systems Reviewed
Shinji Hara, Jun-ichi Imura, Koji Tsumura, Takayuki Ishizaki, Tomonori Sadamoto
2015 IEEE Conference on Control Applications (CCA) 2015.9
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New Trend of Control Theory and Technology in IFAC 2011 and Concept for Propoal of Hosting IFAC 2020
Sugie Toshiharu, Adachi Shuich, Ishii Hideaki, Hirata Mitsuo, Namerikawa Tohru, Hara Shinji, Sano Akira
Proceedings of the Japan Joint Automatic Control Conference 54th ( 0 ) 473 - 473 2011
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New Development of Model and Modeling in Control
HARA Shinji
49 ( 7 ) 411 - 414 2010.7
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Toward Realization of SICE Anytime Everywhere
HARA Shinji
49 ( 1 ) 1 - 1 2010.1
-
Message from New President : SICE Anytime Everywhere
HARA Shinji
48 ( 4 ) 297 - 297 2009.4
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Control Theoretic Principles in Emerging Technologies : Overview of the Special Issue
HARA Shinji
46 ( 3 ) 157 - 162 2007.3
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一般化KYP 補題に基づくPID 制御器の設計 Invited Reviewed
原 辰次, 岩崎徹也
システム制御情報学会誌 50 ( 12 ) 2006.12
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Parametric Robust Control Toolbox by Quantifier Elimination
Anai Hirokazu, Hara Shinji
Journal of the Japan Society for Simulation Technology 25 ( 1 ) 53 - 61 2006.3
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制御とシステムインテグレーション
原 辰次
44 ( 11 ) 793 - 797 2005.11
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数式処理によるロバスト制御系設計 Invited Reviewed
穴井 宏和, 原 辰次
計測と制御 44 ( 8 ) 552 - 557 2005.8
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有周波数KYP補題とその動的システム設計への応用 Invited Reviewed
原 辰次
計測と制御 44 ( 8 ) 534 - 539 2005.8
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Preface to the Special Edition "Communication and Control"
Hara Shinji
Journal of the Japan Society for Simulation Technology 24 ( 2 ) 93 - 93 2005.6
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On Relationship between Eigenvalue Loci and Stability in Bimodal Piecewise Linear Systems
IWATANI Yasushi, HARA Shinji
39 ( 11 ) 1048 - 1053 2003.11
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Anai Hirokazu, Hara Shinji
RIMS Kokyuroku 1295 150 - 160 2002.11
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SICE 2nd Annual Conference on Control Division
HARA Shinji
41 ( 10 ) 761 - 761 2002.10
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449 Design of Piezoelectric Actuator Shape for Smart Structures : Approach with Numerical Optimization and Positive-Real Property
KAJIWARA Itsuro, HARA Shinji, UEHARA Manabu, YAMAUCHI Hirokazu
The Computational Mechanics Conference 2001 ( 14 ) 501 - 502 2001.11
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Editorial Essay : Expectation to Simulation Technology (Special Features on "Simulations toward the 21st Century")
HARA Shinji
Journal of the Japan Society for Simulation Technology 19 ( 4 ) 236 - 237 2000.12
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Robust Control System Design by Quantifier Elimination
ANAI Hirokazu, HARA Shinji
Systems, control and information 44 ( 6 ) 307 - 311 2000.6
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Simulation as a Fundamental Technology
HARA Shinji
Journal of the Japan Society for Simulation Technology 17 ( 1 ) 1 - 1 1998.3
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Semidefinite Program (SDP) : Numerical Optimization by SDP
HARA Shinji
Journal of the Japan Society for Simulation Technology 15 ( 4 ) 258 - 264 1996.12
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Synthesis for Degital Robust Control
HARA Shinji
1995 15 - 18 1995.6
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The Internal Model Principle and Stabilizability of Repetitive Control System
YAMAMOTO Y.
Trans. of the Society of Instrument and Control Engineers 22 ( 8 ) p830 - 834 1986.8
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Hara Shinji
Technical report of the Technological University of Nagaoka 3 29 - 36 1982.2
Presentations
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<Plenary Talk> Toward Glocal Control : A Unified Approach to Decentralized Cooperative Control for Networked Large Scale Dynamical Systems Invited
Shinji Hara
ICCAS2010 2010
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<Semi-plenary Talk> Plant/controller design integration Invited
Shinji Hara
Advanced Control of Industrial Processes 2008
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<Tutorial Seminar> Multi-objective Robust Synthesis based on Generalized KYP Lemma Invited
Shinji Hara
SICE Annual Conference 2007
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<Semi-plenary Lecture> When is a linear system easy or difficult to control in practice? Invited
Shinji Hara
17th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems 2006
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<Semi-Plenary Lecture> Glocal (Global/Local) Control: Theoretical Challenges to Practice Invited
Shinji Hara
The 59th IEEE Conference on Decision and Control (CDC2020) 2020.12
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Glocal<Special Talk> Glocal (Global/Local) Control - Control Perspective on IoT towards Smart Cities- Invited
Shinji Hara
The 10th International Conference on Information and Communication Technology for Embedded Systems 2019
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<Plenary Talk> Hierarchically Decentralized Control for Networked Dynamical Systems towards Smart Cities Invited
Shinji Hara
The First International Symposium on Instrumentation, Control, Artificial Intelligence, and Robotics 2019
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<Semi-plenary talk> Hierarchical Decentralized Control for Networked Dynamical Systems: Framework, Theory, and Applications in Biology Invited
Shinji hara
IFAC NecSys 2016
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<Plenary Talk> Robustness in Networked Dynamical Systems Invited
Shinji Hara
IFAC ROCOND 2012 2012
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<Plenary Talk> Glocal Control: Realization of Global Functions by Local Measurement and Control Invited
Shinji Hara
The 8th Asian Control Conference 2011
Awards
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Nonlinear Theory and Its Applications, Best Paper Award
2018.9 電子情報通信学会 "Decomposition of Energy Function and Hierarchical Diagnosis of Power Grid Swing Instabilities"
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計測自動制御学会論文賞
2016.9 計測自動制御学会 "Characterization of Finite Frequency Properties for n-Dimensional Behaviors Using Quadratic Differential Forms"
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計測自動制御学会論文賞・武田賞
2014.8 計測自動制御学会 "Performance Competition in Cooperative Capturing by Multi-Agent Systems"
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計測自動制御学会 制御部門大会賞
2014.3 計測自動制御学会 「単一拡散因子による反応拡散系の時空間パターン形成」
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計測自動制御学会制御部門大会賞
2010.3 計測自動制御学会 「環状遺伝子制御ネットワークにおける周期振動の存在条件」
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IFAC フェロー
2010.1 IFAC "For fundamental contribution to robust control, sampled-data control and control system synthesis"
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計測自動制御学会論文賞
2008.8 計測自動制御学会 「有限周波数位相・ゲイン特性に着目した連続時間制御対象の制御しやすさの特徴づけ」
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日本シミュレーション学会論文賞
2007.6 日本シミュレーション学会 「数式処理を用いた多項式のロバスト根配置とその制御系設計への応用」
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George S. Axelby Outstanding Paper Award
2006.12 IEEE Control System Society "Generalized KYP Lemma: Unified Frequency Domain Inequalities with Design Applications"
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IEEE Fellow
2006.1 IEEE "Robust, Servo Tracking, and Sample-data Control Theories"
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計測自動制御学会論文賞
2005.8 計測自動制御学会 「量子制御ダイナミクスの平衡点解析」
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計測自動制御学会教育賞
2005.8 計測自動制御学会 「制御理論とその応用に関する教育と啓蒙活動」
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SICEフェロー
2003.8 計測自動制御学会
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船井情報科学振興賞
2003.3 船井情報科学振興財団
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システム制御情報学会論文賞
2002.5 システム制御情報学会 「探索空間拡張による二次形式の０-１最適化」
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日本シミュレーション学会論文賞
2001.6 日本シミュレーション学会 「設計支援システムにおける並列プログラミングのためのマクロデータフローモデル」
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手島記念研究賞
2000 東京工業大学 "Well-Posedness of Feedback Systems: Insights into Exact Robustness Analysis and Approximate Computations"
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計測自動制御学会論文賞
1998.8 計測自動制御学会 "Epsilon-Feasibility for H-infinity Control Problem with Constant Diagonal Scaling"
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計測自動制御学会論文賞
1997.8 計測自動制御学会 「パラメータ変動のモデリングと設計を同時に行うロバスト制御系設計法」
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創立30周年記念号表彰論文
1993.2 計測自動制御学会 「ディジタル制御系のロバスト安定化」
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計測自動制御学会論文賞
1991.8 計測自動制御学会 「Ｈ∞準最適補償器のパラメトリゼ－ション－極零相殺のメカニズムと計算法－」
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計測自動制御学会著述賞
1990.8 計測自動制御学会 「繰り返し制御」
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計測自動制御学会論文賞
1987.8 計測自動制御学会 「繰返し制御系の内部モデル原理と安定可能性」
Research Projects
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Systematic Study on Human Response to Noncontact Distributed Haptic Stimulation and Its Applications
Grant number：16H06303 2016.5 - 2021.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
Shinoda Hiroyuki
Grant amount：\169910000 （ Direct Cost: \130700000 、 Indirect Cost：\39210000 ）
In this study, we established the technologies of the ultrasound device, multi-phased array system, and 3D sound field reproduction for midair tactile presentation using airborne ultrasound. Using the technologies, we systematically elucidated the human haptic perception for various roles. We have achieved all the technical goals originally planned for this research theme, such as graspable VR object with a 3D visual image, motion guidance, and floating-object interface, based on a large and flexible workspace created in this study. We also discovered unexpected haptic perception properties such as Haptic Pursuit and high sensitivity to Lateral Modulation and achieved displaying static force sensation and thermal sensation.
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非接触での分布触覚提示によるインタラクションの研究
Grant number：16H01738 2016.4 - 2017.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
篠田 裕之, 原 辰次, 牧野 泰才
Grant amount：\43550000 （ Direct Cost: \33500000 、 Indirect Cost：\10050000 ）
超音波による空中触覚提示技術は、原理的には人間の運動を拘束することなく、刺激部位や力の空間分布を任意に変化させることを可能にするが、現時点ではごく狭いワークスペースでの実証実験が済んでいるに過ぎない。本研究では、まず着座した状態で手が届く領域内で、任意の位置、タイミングに多様な力分布を与えることができる触覚提示環境を実現する。そのシステムを用い、触覚が生み出す感性的効果を解明するとともに、３次元インタフェースとコミュニケーションの新しい姿を提案する。
基盤研究（Ｓ）交付内定に伴い、本課題が廃止されるまでの研究期間においては、研究実施計画に従って、以下の開発を行った。
まず「空中超音波基礎デバイスの開発」においては、本研究の基盤となる空中超音波フェーズドアレイ（AUPA)の設計を行った。大規模フェーズドアレイを実現するための基本ユニット、すなわち 19cm×15cm の領域を１ユニットとしてそれを自由に接続・拡張でき、かつ各素子が 1us の精度で同期動作できるデバイスの設計を行った。各ユニットにはプロセッサが搭載され、ユニット間の通信容量も従来のものより大幅に強化されている。
「軽量薄型の実用デバイス設計」においては、将来の実用化を目指した薄型の超音波デバイスの設計に着手し、理論計算・シミュレーションまでを行った。
「３次元ユーザインタフェース」においては、VR型UIの基礎検討を目的とした裸眼３次元空中映像提示装置の開発に着手し、その一次試作を行った。 -
Bidirectional Social System Design by Interaction of Real World and Simulations
Grant number：15H01785 2015.4 - 2019.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
FUJII Hideki
Grant amount：\39520000 （ Direct Cost: \30400000 、 Indirect Cost：\9120000 ）
In order to solve or relax complex and critical problems in modern society, a social simulation platform for quantitatively designing new technologies and social systems, and promoting stakeholders' consensus building for their social implementation had been developed. In particular, we focused on transportation systems and proposed their interaction models with surrounding urban dynamics and power grid systems. At the same time as aiming at the design of the real world, we proposed an input data estimation algorithm using inverse analysis method to design the simulation model.
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Optical non-Gaussian state generation via quantum feedback control
Grant number：25289127 2013.4 - 2017.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Tsumura Koji, FURUSAWA Akira, HARA Shinji
Grant amount：\8450000 （ Direct Cost: \6500000 、 Indirect Cost：\1950000 ）
The purpose of this research is to establish a theory and methods for generating optical non-classical non-Gaussian state, which is used for quantum information technology, via quantum feedback control, which is easily constructed with reliable devices and robust for noise and model error. In this research, we propose to apply nonlinear quantum feedback in order to generate optical non-classical non-Gaussian state. In details, we have derived the following results; (1) to propose a new optical system with homodyne measurement and phase-control actuation for quantum feedback control, (2) to derive a reasonable mathematical model, which is composed of stochastic differential equations, in order to represent the time evolution of the quantum state, (3) to verify and confirm generating non-classical non-Gaussian state by numerical simulations. We furthermore analyzed and discussed the effective initial conditions on the quantum state for generating Wigner-function negativity.
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地域統合エネルギーシステム設計に向けたシステム制御理論の構築: グローカル制御の視点
Grant number：12101616 2012 - 2014
科学技術振興機構 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/CREST
原 辰次
自然環境の変動や様々なレベルでの需要変動に対して安定的に稼動し、かつトータルエネルギーという視点で効率的な「地域統合エネルギーシステム」を構築することは極めて重要です。本研究では、グローカル制御(ローカルな計測・制御でグローバルな望みの状態を実現)の視点から、異なる3つのエネルギーシステムを対象とした実問題への適用を通して、システム設計に系統的手法を与えるためのシステム制御理論の構築を目指します。
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Design and realization of quantum feedback systems
Grant number：22560439 2010.4 - 2013.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
TSUMURA Koji, YONEZAWA Hidehiro, HARA Shinji, FURUSAWA Akira, YAMAMOTO Naoki
Grant amount：\4290000 （ Direct Cost: \3300000 、 Indirect Cost：\990000 ）
The main theme of this research is to design or realize quantum systems with optics systems for showing the effectiveness of the quantum filter theory or the quantum control theory. In particular, the actual objective is to clarify the indispensable property of systems for the quantum state estimations or generating and holding quantum entangled states based on the quantum filter theory and the feedback control theory. The results of this research is to specify a quantum optics system, a combined system composed of a quantum optics system and a spin system, and the corresponding control strategies. We also succeed to derive the corresponding quantum filter equations. With this equations, we can show the effectiveness of the quantum state estimation by the actual experiments or that the feedback systems can generate the entangled states by numerical simulations. Moreover, we can also prove the controllability of a quantum feedback system.
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Dynamical System Theory for Systems with Generalized Frequency Variables: Performance Evaluation for Large-scale Systems and Decentralized Estimation and Control
Grant number：21246067 2009.4 - 2013.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
HARA Shinji, TSUMURA Koji, ISHII Hideaki
Grant amount：\33670000 （ Direct Cost: \25900000 、 Indirect Cost：\7770000 ）
Recently, systems to be treated in various fields of engineering including control have become large and complex ,and they can be treated as multi-agent dynamical systems, where a bunch of subsystems or agents perform in a decentralized way with local objectives by interacting each other to achieve the global objective.
To this end, this research project has tried to establish a new framework based on "Dynamical Systems with Generalized Frequency Variables" proposed by the Principal Investigator. The main results include several systematic design procedures for hierarchical decentralized control as well as theoretical foundations. The usefulness of the results have been confirmed by applications in bio systems, and the applications to meteorological phenomena and energy networks are expected. -
遺伝子制御ネットワークの動的挙動の解明:制御論的理論解析と実験による検証
Grant number：21656106 2009 - 2010
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
原 辰次, 小原 収
Grant amount：\3100000 （ Direct Cost: \3100000 ）
本研究は、遺伝子制御ネットワークの動的挙動の解明を目指した理論体系化と実験系構築に向けた基礎的研究であり、「非線形フィードック制御論に基づく系統的理論解析手法の提案」と「実験環境を望み通りに調整可能な単純モデルによる実験的検証」からなる。理論解析とその実験による検証を有機的に結びつけ研究目的を達成するために、研究テーマを大きく「理論解析」、「モデル化」、「検証実験」の3つに分けて行っている。それぞれに対する本年度の研究成果は、以下の通りである。
(1)理論解析:「一般化周波数変数を持つ動的システムモデル」に基づいて、非線形遺伝子制御ネットワークの平衡点周りのロバスト安定性解析を行い、それを支配する重要な生物学的パラメータを抽出し、定性的性質を明らかにした。また、その周期現象発現を解析し、そのプロファイルと生物学的パラメータとの関係を明らかにした。
(2)モデル化:実験データから画像処理の前処理を経て、単一細胞の動的モデルを構築するパラメータ同定法について検討した。
(3)検証実験:バクテリアの各種リプレッサー蛋白質と蛍光蛋白質の融合タンパク質発現遺伝子の安定発現株を確立し、転写活性制御と蛋白質分解速度の制御のための実験系を用いて、転写活性、タンパク質分解速度と遺伝子産物蓄積量の平均値とそのゆらぎ量を計測する実験を試みた。しかし、検証のレベルには至らな
かった。 -
Uncertainty Principle and Attainable Control Performance of Quantum Systems
Grant number：19560436 2007 - 2009
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
TSUMURA Koji, HARA Shinji
Grant amount：\4420000 （ Direct Cost: \3400000 、 Indirect Cost：\1020000 ）
In this research, we deal with quantum spin feedback control systems under continuous measurements and derive theoretical limitation on convergence rate of quantum states to target states in quantum filters and quantum feedback systems. We also derive observation systems and feedback systems to attain multi-qbit entangled states on quantum spin systems.
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双対性がもたらす多視点モデル化:数学原理からシステム設計へ
Grant number：19656103 2007 - 2008
日本学術振興会 科学研究費助成事業 萌芽研究
室田 一雄, 原 辰次, 大石 泰章, 寒野 善博
Grant amount：\3300000 （ Direct Cost: \3300000 ）
前年度に得られた双対性の横断的な理解を受け,本年度は次の4つに大別される成果をあげた.
(1)「変位と力」「ひずみと応力」という共役関係は,応用力学における双対性概念の代表例である.本研究では,この概念を自己双対錐と呼ばれる集合の上での共役関係に拡張することにより,「ギャップと反力」「膜に生じるしわと許容応力」などのより複雑な関係が双対性を通じて統一的にモデル化できることを明らかにした.このモデル化に基づき,接触問題の解の列挙手法や平面膜の釣合解析手法などの新たな数値手法を提案した.
(2)工学モデルは,物理パラメータなどの「数」と対称性などの「本質的な構造」という双対性概念を含むことが普通である.本研究では,「数値的なデータ」のみが与えられた状況において,行列のブロック対角化という「対称性に由来する本質的な構造」を抽出するための理論および数値手法を開発した.さらに,提案したブロック対角化手法を用いることで,半正定値計画問題などの「自己双対錐上の最適化問題」がより効率よく解けることを明らかにした.
(3)(2)で取り上げた対称性について,さらに,構造系の不安定現象という別の観点から考察した.つまり,「対称性の破れ」という抽象的な変化と「構造物の座屈」という工学的に重要な現象の2つを,群論的分岐理論という統一的な枠組を用いて研究し,その成果を2編の論文として国際誌に発表した.
(4)新たな設計手法への展開として,構造物のロバスト最適設計法に対して,半正定値計画法に基づく手法を提案した.特に,トラスと呼ばれる構造物の位相を最適化する問題が,連続変数と整数変数の双方を含む半正定値計画問題として厳密に定式化できることを示し,さらに主双対内点法を繰り返し用いることで大域的な最適解を得る手法を提案した. -
多分解能動的システムのモデル化と解析
Grant number：19656104 2007 - 2008
日本学術振興会 科学研究費助成事業 萌芽研究
原 辰次, 井村 順一, 児島 晃, 津村 幸治
Grant amount：\3300000 （ Direct Cost: \3300000 ）
本研究の目的は,複雑で多様なシステムに対する制御系設計を実現するために「分解能」に着目にした新しい制御理論に向けた基礎理論を構築することにある.特に本研究では,時間,空間,レベル,周波数等異なる性質の分解能に着目した多分解能動的システムのモデル化とその解析に焦点を当てる.
本年度は,主に「多分解能動的システムのモデル化」に焦点を当てて研究を実施した.また,SICE Annual Conference 2009において,オアーガナイズドセッション「Multi-Resolved Dynamical System(MRDS)」を企画した.主たる成果は,以下の通りである.
1.階層化動的システムの表現と大規模系の近似モデリング:階層化動的マルチエージェントシステムの比較的一般的な表現を提案し,階層間接続行列の役割を明らかにした.また,気象モデルなどの大規模複雑系の,階層構造に着目した近似モデルの導出法を与えた.2.階層化動的システムの基本解析:同一ダイナミクスを持つ非常に多くの動的要素が結合された大規模系を対象に,その階層化表現を提案し,安定性など基本特性の解析を行った.さらにマルチロボットによる巡回追従型の協調捕獲の解析・設計や遺伝子制御ネットワークの解析への適用を通じてその有効性を確認した.3.モデル予測制御の性能解析の多分解能的アプローチ:モデル予測制御の閉ループ系である区分的アファインシステムの制御性能や安定性を解析する手段として,時間を遡って解を発展させることで状態空間を各時間ステッブごとに多分解能化し,制御性能値やリアプノフ関数を求める手法を提案した.4.状態設定,離散時間系の制御法:前年度導かれた有限時間線形系の特異値分解法を発展させ,制御系の状態設定,補償入力の設計問題を扱う分解表現を導いた.また,結果の一部が離散時間系においても有用であることを示した.5.ネットワーク構造と性能特性:複雑な構造を有するネットワークド制御系を対象とし,ネットワークの構造および通信容量とシステム全体の特性について解析した. -
Multi-objective Robust Control System Design Based on Finite Frequency KYP Lemma and Its Applications
Grant number：17360195 2005 - 2007
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
HARA Shinji, TSUCHIYA Takashi
Grant amount：\8950000 （ Direct Cost: \8500000 、 Indirect Cost：\450000 ）
The purpose of this research project is to develop a unified theory of control synthesis based on the analytical results on generalized KYP lemma, which is a finite frequency version of the original KYP lemma Especially, our main focus are on a systematic design method considering the more practical situations and on the design algorithms.
The results on the synthesis theory are as follows:
(1) PID controller synthesis based on the generalized KYP lemma.
(2) A time-domain interpretation of the generalized KYP lemma, which includes an equivalence of positive-realness in frequency-domain and passivity in time-domain as a special case. It is a first step of the investigation for nonlinear systems.
(3) An SoS (Sum of Squares) decomposition characterization of the generalized KYP lemma The result is useful for plant design from the view point of control.
(4) A dual characterization of the generalized KYP lemma and its computational complexity analysis.
A analysis/synthesis tool box has been developed based on our theoretical results. We also implemented primal-dual algorithms for solving the generalized KYP based optimization problems and compared the computational costs. The comparison shows that the positive semi-definite optimization problems derived from the generalized KYP lemma are very hard to solve in general. This motivates us to develop a new algorithm considering the structure. -
量子制御ダイナミクスのシステム制御理論構築
Grant number：17656137 2005 - 2006
日本学術振興会 科学研究費助成事業 萌芽研究
原 辰次, 津村 幸治
Grant amount：\2600000 （ Direct Cost: \2600000 ）
本研究では量子情報機器案現の基礎とすべく,速続測定が可能な量子力学系を念頭に,量子ダイナミクスのための制御理論の構築とその実用を目指している.連続測定下における量子ダイナミクスとして,非線形確率微分方程式となるマスター方程式(SME)が得られている.本研究では主としてこのSMEを制御対象とし,制御論的観点からみた解析や制御系設計について研究を進める.なお本研究は,カリフォルニア工科大学の山本直樹との共同研究である.
本年度は次の3点についての結果を得た
量子フィルタリングの安定性
近年,出力信号を用いて量子状態を連続時間的に推定するという,量子フィルタリングの理論が盛んに研究されている.しかし最適フィルタの安定性については,これまで十分な議論がなされておらず,その実用化にはこれを確かめる必要がある.本研究では最適量子フィルタの,ある条件化での安定性を理論的に示すことができた.
量子スピン系の安定化
量子コンピュータなどの実現には,情報表現の媒体として量子スピン系を利用することが考えられている.このスピン系を,外界からのノイズの影響に対してロバストに操作するためには,そのフィードバック制御が不可欠となる.ここでは出力信号から量子状態を推定する量子フィルタリングの理論を用い,スピン系のフィードバック制御を考える.従来,スイッチングにより,所望の基底状態へと確率収束させる手法が提案されてきたが,実用化にはスイッチングを用いない連続制御入力による安定化の手法が望まれるところである.ここでは,一般次元でそのような制御器が存在することを理論的に示すことに成功した.
エントロビーに基づく量子ダイナミクスの解析
連続測定下にある量子力学系のダイナミクスは,複雑な確率微分方程式により記述されるが,微分方程式中の各項の物理的意味について,これまで明らかにはされてこなかった.ここでは情報量と密接な関係をもつエントロピーに着目し,その増減に寄与する項を分類することにより,量子ダイナミクスの物理的構造について,特に観測量との関係を踏まえて明らかにした. -
複雑システムを制御する多分解能動的システム理論の創成
Grant number：17636007 2005
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
原 辰次, 井村 順一, 児島 晃, 鷹羽 清嗣, 津村 幸治, 増田 士朗
Grant amount：\3100000 （ Direct Cost: \3100000 ）
本企画調査では,一様でない複雑動的システムを解析・制御するための多分解能(マルチレゾルーション)に基づく,新しいシステム制御理論の構築に向けた準備段階として,制御分野に限らず,多分解能に関連する様々な研究分野について広く調査し,多分解能に基づく制御問題を分類,整理した.具体的な調査内容は以下のとおりである.
1.研究代表者および分担者による計6回の会議(第1回2005年5月24日,第2回6月17日-18日,第3回8月2日-3日,第4回8月19日-20日,第5回9月25日-26日,第6回3月10日-11日)を開催した.会議では研究分担者がおのおのの担当分野の研究調査報告を行うとともに,バイオ,ナノ,信号・画像処理,ファイナンスの分野の研究者に講演を依頼し,多分解能動的システムの応用事例に関して調査を行った.
2.下記の2つのオーガナイズドセッションにおいて,多分解能に関連する様々な研究分野の研究者に発表を依頼し,多分解能動的システム論の構築に向けた情報収集を行った.
・第22回センシングフォーラム計測部門大会(9月29,30日)にて,オーガナイズドセッション「計測と制御の接点を探る」を企画し,センサ分解能と制御性能の観点からの発表を中心に,計測と制御の観点から多分解能動的システムの問題設定に関する調査を実施した.
・第1回横幹連合コンファレンス(11月25,26日)にてオーガナイズドセッション「多分解能」を企画し,統計科学,設計工学,生体シミュレーション,信号処理,ファイナンスの各分野の観点から「多分解能」に関する研究話題について発表を行い,各研究分野間の共通点,相違点などの議論を通じて多分解能動的システムの本質を探った.
3.2006年5月に開催の計測自動制御学会制御部門大会にて,研究代表者・分担者による本企画調査報告をまとめたオーガナイズドセッションを企画中である.
4.調査の一部を計測自動制御学会誌「計測と制御」の解説記事の一部として紹介した. -
Elucidation of Information and Control Performance Limitation in Control System : Unification of Control Theory, Information Theory and Signal Processing
Grant number：16560379 2004 - 2006
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
TSUMURA Koji, HARA Shinji
Grant amount：\3800000 （ Direct Cost: \3800000 ）
System identification via quantized data : In this research, we deal with system identification by using quantized data and derive the necessary information for parameter estimation. We can derive the optimal quantizer under the case that the generation of I/O data is probabilistic and the error is hard bound.
Networked control : We derive a suboptimal subband coding for feedback control systems. We also deal with adaptive control problem with quantized signals for discrete and continuous time systems and show stabilizing controllers. Furthermore, we consider the case of packet losses in the data transmission, and give the corresponding results.
Approximation and stabilization under the limitation of memory : We propose bit memory systems for describing the complexity of dynamical systems. We consider approximation or stabilization problem under constraints of the bit length of the memory and derive its lower or upper bounds.
Congestion control of network : We deal with congestion control of packets in computer networks with TCP/IP. We can derive the parameterization of the stabilizing controllers and succeed to give the optimal controllers. -
次世代システム工学の構築のための横断型科学技術プラットフォーム
Grant number：16636008 2004
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
出口 光一郎, 原 辰次, 木村 英紀, 椿 広計, 眞溪 歩, 牛田 俊
Grant amount：\3400000 （ Direct Cost: \3400000 ）
本企画調査研究の目的は、広い科学技術の連携と集積を担う横断型基幹科学技術のあり方を具体化するものであった。サイズと複雑度がますます増してくる、人間や社会に絡む問題を解くためには、分野を横断した規範が理念として確固たる存在をしなくてはならない一方で、その横断型基幹科学技術が各分野を横に貫く共通プラットフォーム、共通ツールとして、実体的に整備されていなくてはならない。すなわち、科学的な論理と普遍性とで大規模複雑系に対応する、センシングと制御科学の横断的な展開、そして、複雑な対象のモデリングとそれらを繋ぐプラットフォームの体系化が必要とされている。本研究では、この体系化を「次世代システム工学」という形で構築し、横断型科学技術が異分野共通の基幹科学技術として、科学技術の高度化の駆動力足りうることをプラットフォームとしで提示している。本調査研究においては、既存の分野を横断した新融合科学の創生のための共通基盤に向けた具体的な検討を行った。そして、分野横断型の科学技術のあり方そのものを問い、さらに広範な科学技術の体系を確立するための特定領域研究の申請として研究をまとめた。
その目的は、「人間、社会、機械が互いにインタラクションをしネットワーク化している大規模複雑系」に対して、21世紀社会における科学技術の方法論の確立と、その応用展開としての安全で安心の出来る社会の最適設計のための「次世代システム化技術」を構築することである。このシステム化技術の根幹を成すのは、(1)モデル論(実世界の複雑さ、情報の不完全さ、不確実さをどう扱いモデル化するか)、(2)設計論(そのモデルにしたがって、社会ジレンマの下でのトレードオフの設計とコンフリクトの解消をどう設計するか)、(3)評価論(その戦略がどこまで有効であるかをどう評価するか)、の3つである。 -
Multidisciplinary Design Optimization of Structure/Fluid/Control and Application to Micro-Air Vehicle Development
Grant number：14350118 2002 - 2004
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
KAJIWARA Itsuro, YABE Takashi, HARA Shinji, NAGAMATSU Akio
Grant amount：\11400000 （ Direct Cost: \11400000 ）
A multidisciplinary design optimization method of Structure/Fluid/Control has been proposed to achieve the required performance of advanced mechanical system. An approach for optimization technology of the placement of the piezoelectric actuators and the control system in smart structures has been developed to improve the vibration control performance. The modeling approach based on FEA and modal analysis is appropriate to obtain the reduced-order system which is used for designing the control system. The optimal placement of the piezoelectric actuators and control system have been simultaneously designed by the presented two-step procedure with GA. The proposed method is applied to designing some mechanical systems to evaluate the effectiveness of the method. It has been verified from this study that the complexity of the optimization algorithm and the calculation efficiency are significantly improved and the enhanced control performance can be achieved by the proposed multidisciplinary design optimization method. Next, the laser tacking system and the integrated laser propulsion/tracking system have been designed and developed as elemental and key technologies for realizing an actual flight and control of the laser-driven micro-airplane. First, the characteristics and the performance of the developed laser tracking system composed of the He-Ne laser, condenser, beamsplitter, PSD and galvano-mirror have been evaluated by the experiment. It has been verified that the laser is traced to the moving reflector with the required accuracy in this system. Next, the integrated laser propulsion/tracking system has been developed with the laser tracking system, the YAG laser and the optical system. It has been verified that the repetitive ablation on the moving target has been caused by the developed laser propulsion/tracking system that is available to achieve the continuous flight and control of the laser-driven micro-airplane.
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Quantitative Characterization of Easily Controllable Systems Considering Physical Constraints
Grant number：14550439 2002 - 2004
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
HARA Shinji, ISHIKAWA Masato
Grant amount：\3000000 （ Direct Cost: \3000000 ）
The purpose of the research project is to characterize easily controllable dynamical systems under physical constraints and to propose a new integrated design method for plant and controller in feedback control systems. The following three issues have been investigated.
1)Control performance limitation :
We have examined the best achievable H_2 control performance under physical constraints for LTI systems including continuous-time systems, discrete-time systems, and sampled-data systems. A unified approach to derive analytical closed form expressions for the limitations has been proposed. The results clearly demonstrate the deteriorations caused by the plant gain characteristics as well as unstable poles/zeros of the plant, and some engineering applications have been provided.
2)Finite frequency KYP lemma :
We have first developed a necessary and sufficient condition for an S-procedure to be lossless, and used the result to generalize the Kalman-Yakubovic-Popov (KYP) lemma in two aspects ---the finite frequency range and the class of systems ---and to unify various existing versions by a single theorem. It has been shown that our result allows us to solve a certain class of system design problems with multiple specifications on the gain/phase properties in several frequency ranges. A soft wear tool for the analysis and synthesis has been also developed on MATLAB.
3)Nonlinear control system :
We have investigated the easiness and difficulties of controlling a class of non-holonomic systems. Especially, we have shown that the there exists no continuous control input which achieves complete tracking with set point of non-equilibrium point for both linear and nonlinear dynamical systems. -
Basic Structure and Design of Hybrid Controllers including logic information process
Grant number：14550438 2002 - 2004
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
IMURA Jun-ichi, HARA Shinji
Grant amount：\4000000 （ Direct Cost: \4000000 ）
This research have obtained the following results.
1.Modelling : We have proposed a new model of hybrid systems, which we call the sampled-data piecewise affine systems, where the discrete switching is executed according to the state condition at a given sampling time fixed by the programming in the digital device.
2.Well-posedness, Stability, Controllability analysis : For the class of piecewise affine systems and linear complementarity systems, the solution concept is defined and well-posedness conditions, which can be easily checkable, are derived. A new analytical method of stability based on the poles of the systems has been proposed for the piecewise linear systems. In addition, a probabilistic controllability method of piecewise affine systems has been developed, which allows us to determine the controllability of a larger class of hybrid system
3.Optimal control : We have derived an optimal controller for the class of sampled-data piecewise affine systems, and have shown one of the basic structures of the hybrid controller The approach has been applied to the control problem of CPU, and it has been shown that the proposed method is quite useful by numerical simulation, using the CPU model obtained identification. Furthermore, an efficient algorithm to solving the mixed integer quadratic programming problem, to which the optimal control problem is reduced, has been developed.
In this way, we have developed the basic theory of hybrid control systems by a series of research in this term, which will be important results toward the practical system control theory of hybrid systems. -
構造/流体/制御の複合領域設計によるレーザ推進マイクロ飛行機の開発
Grant number：14655091 2002
日本学術振興会 科学研究費助成事業 萌芽研究
梶原 逸朗, 原 辰次, 矢部 孝
Grant amount：\3400000 （ Direct Cost: \3400000 ）
レーザーにより推進力を発生させるメカニズムを応用したマイクロ飛行機の開発に向け,それを実現するためのレーザー推進メカニズムの解明,ならびにレーザー追尾システムおよびスマート翼の開発を行った.本研究で開発したレーザー追尾システムは,レーザー偏光ビームスピリッタ,ガルバノミラーおよび光検出器により構成される.計測原理は,レーザー光がガルバノミラーを経由してマイクロ飛行機のリフレクターに照射され,その反射光がガルバノミラーを経て偏光ビームスピリッタにより光検出器へと導かれ,ここで位置誤差に関する信号検出が行われる.ここで,ガルバノミラーは,DCモーターにより縦・横方向に回転できる機構になっており,光検出器からの信号よりディジタル制御システムにより制御入力が演算され,それによってガルバノミラーを回転させることにより,レーザーを目標に追尾させる.制御手法としては,PID制御および混合H_2/H_∞制御を検討したが,両者とも優れた制御性能を示した.次に,マイクロ飛行機の小型化・軽量化を行いながら飛行制御を実現するために,アクチュエータとして形状記憶合金(SMA)を採用し,フォトトランジスタをスイッチング素子として利用した光学系を導入することにより,外部からのレーザー照射によって遠隔制御可能なスマート翼を開発した.翼に入射したレーザーはビームスプリッタによってコーナーキューブリフレクターとフォトトランジスタに入射する.リフレクターに入射したレーザーは前述のレーザー追尾に使用され,フォトトランジスタに入射するレーザーは翼の制御に使用される.フォトトランジスタはSMAへの電圧印加のスイッチとして機能し,レーザーが入射している間,電圧が印加されSMAが変形する.レーザーのオン・オフによる制御実験を行ったところ,SMAの応答性の範囲内で目標値に対する良好な追従性能が達成された.
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Dynamics based control of flexible multi-body system with geometric constraint based on distributed parameter
Grant number：11650243 1999 - 2000
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
MATSUNO Fumitoshi, HARA Shinji
Grant amount：\3400000 （ Direct Cost: \3400000 ）
1.Cooperative control of two flexible manipulators
We proposed robust cooperative control law of two two-link flexible manipulators based on quasi-static equations. We also proposed PDS cooperative control law of two one-link flexible arms. To demonstrate the validity of the proposed controllers, experiments carried out. The experimental results ensure the validity of the derived model and the effectiveness of the proposed controller.
2.Passivity of flexible manipulators
We showed that the property of passivity is satisfied in case of one-link flexible manipulators based on distributed parameter model. For n-link-flexible manipulators we showed the similar result using an approximated model.
3.PDS control of a flexible space structure with a closed-loop chain mechanism
We proposed PDS controller of two interconnected flexible beams based on distributed parameter model. The effectiveness of the proposed PDS controller is supported by experimental tests that have been carried out to demonstrate robustness of the controller with respect to plant parameter variations. -
スーパーメカノシステム:制御と機構の融合による新機能創出
Grant number：09CE2004 1997 - 2001
日本学術振興会 科学研究費助成事業 COE形成基礎研究費
廣瀬 茂男, 古田 勝久, 原 辰次, 美多 勉, 小林 彬, 三平 満司, 小野 京右, 廣瀬 茂男, 長松 昭男
Grant amount：\1090000000 （ Direct Cost: \1090000000 ）
本年度は本研究の最終年度であるため,これまでの研究成果を集大成してロボットの実機を開発・製作し,11月に行われたロボフェスタの会場で広く一般に公開した.この公開は単なる展示ではなく,それぞれのロボットの実演を行いながら解説をした.実演したロボットは以下の通りである.
また同時に国際シンポジウムを開催し,国内外の招待講演者を交えてスーパーメカノシステムについての活発な討論を行った.発表件数は基調講演5件,口頭発表27件,ポスター発表80件であった.
完全自立型索状能動体ACM-R1 省自由度壁面4足歩行ロボットHyperion
空気圧駆動型ヘビ型ロボットSlim SIime Robot 脚車輪型移動ロボットRoller Walker
空圧駆動ヘビ型推進巻付ロボットPneumnake 作業型2足歩行ロボット
自励ヘビロボット Twin-Frame型作業移動ロボットPara Walker-II
完全自立3次元型索状能動体ACM-R3 全身型作業を行う4脚ロボット
立体運動ヘビ型ロボットスーパーメカノアナコンダ 地雷撤去用4足歩行ロボットTITAN-IX
3次元ヘビ型ロボット サンプルリターンロボット
連結型多車輪移動ロボット玄武2号機 群型ロボット衛星
連結型多車輪移動ロボット玄武3号機 親子型惑星探査ロボットSMC-Rover(Uni-Rover)
瓦礫内探査ヘビロボット蒼龍1号機 3輪ローバーTri-Star II
水中ヘビロボットHELIX スーパーメカノコロニー(SMC)実験システム
イルカロボット トランポリンロボット
超多関節自重補償型アームFloat Arm COEアクロバット・ロボットスーパーメカノボーイ
受動2足歩行ロボット 鉄棒ロボットAcrobot
自励歩行ロボット 二足歩行型階段昇降ロボットZero Walker
ワイヤ駆動型走行ロボットRunbot 脚車輪型階段昇降車両Zero Carrier
多自由度跳躍ロボット ワイヤー連結作業ロボットHyper-Tether
1脚走行ロボットKENKEN 作業型クローラロボットHELIOS-IV
恐竜型二足歩行ロボットTITRUS-III 自己変形ロボット
ハイハイロボット 全方向車両The Vuton
ヘビ型ロボットでは自励振動を利用して小さなエネルギーで推進力を得る制御方法を確立した.また,3次元動作を行う実験機を開発し,頭部を持ち上げる動作,鉛直面内の波を伝搬させる推進方法,捻転による転がり動作を実現した.さらに防水型の実験機により,水中で螺旋型体型をとり捻転することで推進する動作を実現した.また,イルカロボットでは宙返り方向転換を実現した.
歩行ロボット関係では,自励運動を使った省エネルギー歩行制御,ホッピング,前転と起きあがり運動,恐竜型の2足高速歩行,ハイハイ型歩行などを実現した.また,自在変形を行うロボットでは,4角形や5角形の体型を作って移動する制御法を確立した.
群ロボット関係では,親子型のローバーを開発し,多数の子機による親機の移動,探索動作,2台の子機による物資搬送などを実現し,スーパーメカノコロニーの基本的制御方法を確立した.
ダイナミクスを応用したロボットでは,トランポリン運動,前方へのジャンプ,前転と起きあがり,鉄棒への飛び付き,大車輪,宙返り降りなどを実現した. -
Modelng and Controller Design for Teleoperation of Master-Slowe Flexible Arms
Grant number：09650266 1997 - 1998
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
MATSUNO Fumitoshi, HARA Shinji
Grant amount：\3400000 （ Direct Cost: \3400000 ）
I.Theoretical results
1. PDS Feedback Control Law
We proposed PDS controller, being the proportional, derivative and strain feedback, on the basis of distributed parameter model of flexible arms and structures. We introduce a Lyapunov function related to the total energy of the distributed parameter system and derive a simple output feedback control law of PDS controller. Using the Lyapunov method and the invariance principle the asymptotic stability of the closed-loop distributed parameter system is proven, As the PDS controller is a static feedback controller using the joint angle(P), the angular velocity (D) and the strain (S) data, this controller admits simple implementation.
2. Robust .Force Control
We proposed robust force control law for constrained flexible arms and robust cooperative control law for multiple flexible arms on the basis of distributed parameter model.
II.Experimental results
1. PDS Feedback Control
1. Flexible structures with lumped and distributed flexibility
2. Flexible structures with closed-loop mechanism
2. Robust Force Control
1. Constrained flexible arms
2. Cooperative two two-link flexible arms -
Robust control Synthesis using Hybrid Controller
Grant number：09650459 1997 - 1998
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
HARA Shinji, MATSUNO Fumitoshi
Grant amount：\3400000 （ Direct Cost: \3400000 ）
1) Basic Theory for Hybrid System Theory :
1-a) Sampled-data control (continuous/discrete-time)
The relationship between the H_2 norm and the H* norm for sampled-data feedback control systems has been clarified. We have introduced a new notion of balanced realization for continuous/discrete-time hybrid systems and proposed methods of order reduction of the continuous-time plant the discrete-time controller. Moreover, we made a comparison with modern and classical approaches for sampled-data control and the features of the modern approach have been clarified.
1-b) Switched feedback control (continuous/logic)
A general framework for switched control systems has been proposed, and a Lyapunov type sufficient has been obtained, We have also provided a synthesis procedure based on the L_2 induced norm criterion.
1-c) Hybrid systems with lumped and distributed parameters
We proposed PDS (proportional, derivative and strain) feedback control law for hybrid mechanical systems with lumped and distributed parameters The PDS controller is easy to implement and robust against physical parameter uncertainty. In order to demonstrate the effectiveness of the PDS control law, two types of experiments have been carried out.
2) CAD System :
We have developed a tool box named "Sampled-Data Control Toolbox" on MATLAB for uniform treatment of sampled-data control analysis and synthesis. We also investigated a GUI platform for a general class of hybrid systems. -
変動を含む制御対象のモデリングと同時ロバスト制御系設計-LFTスケーリングアプローチ-
Grant number：08650480 1996
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
原 辰次, 岩崎 徹也
Grant amount：\2200000 （ Direct Cost: \2200000 ）
本研究は、変動を含む制御対象のモデリングと同時ロバスト制御系設計法の確立を目指し、以下のことを行った.
1.LFTスケーリングに基づく統一的解析理論の確立:
μ解析や2次安定性などこれまで個別に提案されてきたロバスト安定条件をLFTスケーリングの観点から整理し、それらの関係を明らかにするとともに,より保守性の少ない条件を求めた.これは、LFTスケーリングに基づいた新しいロバスト安定理論の構築を行う上で基盤となるものである.
2.入出データに基づいてモデリングと同時ロバスト制御系設計法の確立:
まず,1.の解析結果を利用して,入出力データに基づいた(a)制御対象のノミナルモデルと変動モデルが満たすべき条件,(b)そのような変動を含むモデルに対してロバスト性能を達成する補償器が存在するための条件を行列不等式の形で求めた.つぎに,状態フィードバックケースと出力フィードバックケースに分け,可能性の条件およびその性質を明らかにした.
3.設計アルゴリズムの開発:
項目2.で求めた条件をLMI条件とBMI条件に分類し,LMI条件に対しては凸計画法を,またBMI条件に対しては凸計画の反復法からなる計算アルゴリズムを提案した. -
創発現象の数理
Grant number：07243106 1995 - 1997
日本学術振興会 科学研究費助成事業 重点領域研究
土屋 和雄, 原 辰次, 北村 新三, 矢野 雅文, 金子 邦彦, 蔵本 由紀, 喜多 一
Grant amount：\68600000 （ Direct Cost: \68600000 ）
「創発現象の数理」というテーマのもとで複雑系における創発現象をシステム工学的な視点から研究を行った。複雑系のシステム工学とは複雑系をその構成要素,相互作用等,複雑系を規定する項目に基づいていくつかのクラスに分類し,それぞれのクラスに形成される時空構造の持つ普遍性を明らかにすること(動特性解析)とともに,その時空構造の持つ多様な機能的役割を明らかにすること(機能解析)であり,さらに,これらの解析をもとに,ある機能が与えられた時,その時空構造を通してその機能を実現しうる複雑系の設計原理を作り上げること(機能設計)である.(1)非局所結合をもつ能動機能素子集団の時空カオス(蔵本)(2)自発的多様性から再帰的なルールの形成へ(金子)(3)メタダイナミクスを取り入れた自律的発展系における創発的進化の研究(時田)(4)アンモナイト進化における非定常カオス要因の分析(相澤)(5)アクティブエレメント集合体の数理と実現(佐野)(6)不良設定問題へのアプローチ;情報生成による運動制御(矢野)(7)リアルタイム仮説生成による機能創発とその自己言及ダイナミクス(三宅)(8)複雑適応系の設計論(土屋)(9)設計への創発的アプローチ(北村)(10)熱力学的遺伝アルゴリズムを用いた多目的最適化手法(喜多)(11)ネットバイアスにもとづく Hogg-Huberman戦略(潮)(12)複雑系の解析・設計に対する制御理論的アプローチ(原)
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Toward Control System Design Based on System Structure
Grant number：07305014 1995 - 1996
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
IKEDA Masao, SUGIE Toshiharu, HAYAKAWA Yoshikazu, HARA Shinji, YAMAMOTO Yutaka, OHTA Yoshito
Grant amount：\1200000 （ Direct Cost: \1200000 ）
This research project aimed at establishing a new framework of control system design, which integrates modeling of a controlled system and design of a controller from the viewpoint of comatibility between the physical structure of a real system and the mathematical structure of its model. Individual investigators considered their own problems from this point of view. All members got together at four workshops to evaluate their obtained results and to discuss the desired framework. Main contributions of the project are as follows :
1.New robust control theory has been proposed which treats uncertainty of a physical system as it is in the mathematical description and avoids overestimation of uncertainty.
2.Robust control theory has been extended to preview control, and a method of introducing a tuning parameter in a robust control system has been proposed.
3.Sampled-data control theory has been applied to deadbeat control, symmetric systems, and signal processing.
4.New methods of modeling, gain-scheduling control, and adaptive control of nonlinear systems and varying systems have been proposed.
5.New design methods of decentralized control in which structural constraints are imposed have been proposed under less restrictive conditions.
6.A new control strategy based directly on input and output data has been proposed, which is from a completely new philosophy.
Due to shortage of research period, some of the results have not satisfactorily achieved the aim of the project. But, it can be said that even such results have initiated new ideas of control theory toward the final objective. -
半正定値計画問題に対する高速数値計算手法に関する基礎研究
Grant number：07680456 1995
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
小島 政和, 信太 正之, 矢島 安敏, 原 辰次
Grant amount：\2100000 （ Direct Cost: \2100000 ）
本研究の目的『主双対内点法を半正定値計画問題を解く実用的な数値解法として発展させる』に沿って以下の研究を行った.
1.研究代表者の小島等のグループが提案した線形計画問題の高速解法を半正定値計画問題に拡張し,その実験用ソフトウエアをMathematicaを用いて試作し,Power Machintosh状で改良のための数値実験を行った.
2.上記1で試作したソフトウエアを改良し,C++言語で書き直し,3種類のワークステイションSPARC Station,Silicon Graphis,SONY RISC NEWSに実装した.この際,大規模な半正定値計画問題を計算効率よく高速に解くため,過疎なデータ構造を扱えるような工夫を組み込んだ.このソフトウエアは誰でも使えるように公開している.
3.上記2のソフトウエアを組み合わせ最適化問題(グラフ分割問題,2次割り当て問題,最大クリーク問題等)や非凸2次計画問題から生ずるさまざまな半正定値計画問題に適用し,計算実験を続けている.
4.これまでの実験を等して,提案した方法は局所的な収束性に難があることが判明した.これを改良するために2つの方法
(a)予測子修正子法の組み込み
(b)新しい探索方向
を提案し,その理論的な基礎作りをした。 -
線形行列不等式(LMI)条件に基づくロバストサーボ系設計法
Grant number：07650477 1995
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
原 辰次, 藤岡 久也, 岩崎 徹也, 小島 政和
Grant amount：\2600000 （ Direct Cost: \2600000 ）
(1)LMI条件に基づく設計法に対する統一的枠組の構築:
従来のスモ-ルゲイン定理や受動定理に基づくロバスト安定性条件を包括する統一的な解析条件を,フィードバック系のWP(Well-posedness)の概念を基盤として導出した.この条件は,ロバスト安定性に対して必要十分であり,現在主流となっているスケーリングやマルティプライヤなどによる十分条件に基づく安定性解析法を拡張した形となっている.
この結果を応用することにより,種々のロバスト制御系設計問題を統一的に数値計算問題に帰着させ,数値計算法の視点から分類を行った.特に,WP条件で記述される一般的なクラスのロバスト制御問題を,効率よく大域解を計算可能なLMI(線形行列不等式)問題と,大域保証の無い局所解を計算可能なBMI(双線形行列不等式)問題,さらにこれら以外の数値計算困難な問題とにクラス分けを行い,様々な制御問題の本質的な難易度を数値計算法の立場から明らかにした.
(2)制御問題の構造を考慮した内点法アルゴリズムの検討:
まず、LMI拘束条件の最適化問題を対称行列に対する線形相補性問題として捉え、それに対する主双対内点法アルゴリズムを提案し、その収束性等について線形計画法の内点法の場合と比較した。さらに、この結果を制御系設計問題で生ずる構造を有した半正定値計画問題の数値解法にどのように適用するかについて検討し、ブロック構造を持つ問題に対する計算効率の高いアルゴリズムを得た。
(3)CADシステムの開発:
提案した内点法アルゴリズムに基づく半正定値問題の計算パッケージをC++言語で作成した。現在、これらの成果に基づいて、CおよびC++によるCADシステムの開発を行っており、プロトタイプができた段階である。 -
省力化のための知的制御手法を用いた搾乳ロボットの開発
Grant number：07650474 1995
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
香川 利春, 木村 哲也, 藤田 壽憲, 八谷 満, 原 辰次
Grant amount：\2100000 （ Direct Cost: \2100000 ）
(A)搾乳ロボットの製作と乳頭への追従制御
搾乳ロボットのアーム部の設計に必要な乳牛の乳頭大きさ、位置および乳頭の動きを調査した。乳頭の位置からアームの可動範囲を決定し、乳頭の動きからアームを駆動するサーボモータの選定を行った。また乳頭は予想された動きより速く広範囲に移動することが明らかになり、補助的に乳牛を一定のコンプライアンスで保持し、ある範囲内に留める把持機構も同時に設計試作した。また乳頭位置を検出するセンサ系も1サンプリング当たり0.6[s]で、精度1[mm]以内と搾乳機の挿入に十分なものを実現することができた。サンプリング時間を考慮して適切なコントローラゲインが得られるように制御器を設計し、モデル乳頭に対してではあるが、本ロボットアームにより乳頭への搾乳機の装着が可能であり、本装置の実用化への実現性を実証することができた。
(B)搾乳機の圧力制御とその最適制御
空気圧サーボ弁と圧力センサを用いて吸引力を制御できる搾乳機を製作した。圧力制御系の動特性は十分であり、仔牛の吸引パターンを模擬できることを確認した。これまで使用されてきた搾乳装置では乳頭の個体差により異なった吸引力が、制御により乳牛に応じて適応的に一定とすることが可能となった。現在、最適パターンの探求のため、吸引力、吸引パターンと乳牛の血圧、心拍数および乳量等の関係を調査中である。この関係が明らかになれば吸引力の最適制御が確立される予定である。 -
遅れを伴なう非線形系に対するディジタル・ロバスト制御-制御系設計法とその人工筋アクチュエーター制御への応用-
Grant number：06650278 1994
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
原 辰次, 藤田 寿憲, 近藤 仁志, 香川 利春
Grant amount：\2300000 （ Direct Cost: \2300000 ）
本研究は、設計理論と応用の大きく二つからなり、主な研究成果は以下の通りである。
(A)設計理論(ディジタルロバスト制御系設計法):
1.むだ時間系を含む一般的なディジタル制御系の解析として、通常よく用いられるH^2ノルムの両性能指標の関係を明らかにした。
2.ロバスト制御性能を達成するディジタル制御系の一設計手法であるスケーリング付H∞制御問題凸性ならびに数値解法を示した。
3.連続時間、離散時間、ディジタル制御系の解析・設計を統一的に行うハイブリット系のモジュールをXmath上に作成した。
(B)応用(人工筋アクチュエーターのディジタル・ロバスト制御):
1.特性変動、非線形性や管路遅れを考慮した自由度アームの非線形モデルに基づいて、厳密な線形化の有効性について実験的に確認した。自由度アームについては、モデル化を終了し、制御系の設計段階である。
2.さらに、バックラッシュなどモデル化の難しい非線形性に対しては、等価外乱とみなした理論的検討を行った。その結果、定常的に非線形性の影響を除去する線形化手法を提案し、実験によりその有効性を確認した。
3.現在、上記手法の一般性を確認するため、空気圧シリンダにより考察、実験を行っている。 -
人工筋アクチュエータのロバスト制御
Grant number：05650230 1993
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
香川 利春, 藤田 壽憲, 近藤 仁志, 原 辰次
Grant amount：\2000000 （ Direct Cost: \2000000 ）
1.人工筋アクチュエータの体積変動など非線形性を考慮したモデルを作成した。特に力-変位特性にヒステリシス特性を考慮するころにより収縮量が適切に評価できるようになった。空気圧サーボ弁のラップ特性が人工筋アクチュエータの動作に大きく影響することが明らかになりラップ領域におけるモデルを導出した。これらのモデルの妥当性を実験により確認した。
2.空気圧システムにおいて非線形フィードバックによる線形化が理論的に可能であることが明らかになった。実験を通して厳密な線形化を用いる手法が空気のコンプライアンスおよびサーボ弁の流量特性など空気圧システム特有の非線形性の補償に非常に効果的であることを示した。また状態量として圧力より加速度をフィードバックしたほうが特性変動に対して強くなることがわかった。
3.ディジタルロバストサーボ系におけるサンプリング周期と制御性能の関係を制御対象が1次と2次系の場合について調べた。不安定な2次系ではサンプリング周期によりサーボ系の性能が急激に悪化するなど制御系を設計する上で有用な結果が得られた。現在、得られた知見の理論的な取り扱いについて検討している。
4.人工筋をアクチュエータとするサーボ機構を構成し、人工筋アクチュエータの力-変位特性の周波数による変化など制御系のパラメータ変動の大きさについて実験を行っている。これらの特性変動が明かになれば3の果を用いてサンプリング周期を決定しロバスト最適制御理論に基づき制御系を設計する予定である。これらの研究により空気圧システムの高性能化が図れるものと考えている。 -
むだ時間を含む連続時間系に対するディジタルロバストサーボ系の設計
Grant number：05650383 1993
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
原 辰次, 近藤 仁志
Grant amount：\2100000 （ Direct Cost: \2100000 ）
本研究の成果を以下に示す。
(1)最適ディジタルロバストサーボ系の設計理論
1.混合状態空間表現に基づいて無駄時間系に対するディジタル最適制御系の設計法を提案した。評価指標としてはサンプル点間応答を考慮したH_2/H_∞ノルムを用い、等価な離散時間H_2/H_∞制御問題を導出した。
さらに、最適解を求めるために必要となるリカッチ方程式を、無駄時間のないリカッチ方程式から求める計算アルゴリズムを導出した。
2.上記結果を繰返し制御などサーボ系設計法へ拡張した。また、繰り返し制御のディジタルロバスト安定化条件について検討した。
3.上記設計法に基づく最適設計法のパッケージを既に開発中のUNIXシステムの分散型CADシステム上に実現し、上記設計法の有効性を確認した。
4.現在、上記結果に基づきサンプリング周期と無駄時間の大きさが制御性能に与える影響を定量的に検討している。
(2)ステッパのディジタル繰返し制御への応用
LSI製作において重要な位置を占めるステッパの制御に上記設計理論を適用し、その有効性を確認するため、ステッパのパイロット装置を用いた実験装置を準備した。また、システムと分散型CADシステムとを結合し、実験と一体化できる設計環境を整備した。
今後、演算時間遅れを考慮した最適ディジタル繰返しコントローラ実験により、サンプリング周期と制御性能との関係を明らかにする予定である。 -
On International Cooperation in Engineering Education --- To Correspond to Internationalization ---
Grant number：04044067 1992 - 1994
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for international Scientific Research
KOBAYASHI Akira, CHU Chong nam, GETSCHKO Nikola, WALLACE Ken, LEE Jan gyu, KAMM Roger d., GOSSARD David c., FLOWERS Woodie c., WEST Harry, HARA Shinji, SHIGEMATSU Kazuo, KAGAWA Toshiharu, KITAGAWA Atou, SHIMIZU Masashi, BIRKHOFFER Herbert
Grant amount：\18000000 （ Direct Cost: \18000000 ）
Six universities from all over the world (MIT,Cambridge, TH Darmstadt, Seoul National, Sao Paulo and TITECH) cooperated each other and had their own introduction to design course, of which content are similar each other. During the course, MIT and TITECH exchanged faculties and TITECH sent a faculty to Seoul National University and these faculties gave special lectures and Lab.sections. From the studies conducted in the last three years, all the courses are known to be suported by more than 80% students. There were, however, many requests asking to increase the numbers and occasion of special lectures and lab's by which the students were stimulated and affected.
Judging from there results, preparing international courses lectured by many foreign faculties helps students to think about internationalizasion and to start their own first steps.
Exchanging faculties, however, has financial and personal problems and, farther more, it does not give chances to students to communicate directly with forreign students. Therefor, utilising Inter-Net in our course was set as a one of the studies of this year.
Inter-Net was tested in International Design Contest. The selected students for IDC was devided into groups and each group was asked to communicate each other discussing about machines to be build during the contest and to select basic idea of the machine within two weeks. Through this experiment, many big problems to be solved were realized. Some of them are, too long time to be consumed, many jet-lags, how to manage the sessions, too big mail file and so on.
From the studies conducted within the last three years, it has been known that the international cooperation in engineering education could give a new features for faculty of engineering and make engineering courses more attractive for youg students. -
ディジタルロバストサーボ系の設計理論の確立とその空気圧アクチュエータ制御への応用
Grant number：04650212 1992
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
原 辰次, 藤田 壽憲, 近藤 仁志, 香川 利春
Grant amount：\2000000 （ Direct Cost: \2000000 ）
本研究の目的は、構造的な特性変動や非線形性の影響を考慮したディジタルロバストサーボ系の最適設計理論を確立し、それを空気圧アクチュエータの制御へ適用し、その有効性を確認することである。
1.ディジタルロバストサーボ系の設計理論:
(1)時間領域で表現された特性変動や非線形性に対するロバスト安定化条件をディスクリプタ表現に基づいて導出した(第15回DSTシンポジウムで発表、1992年12月).
(2)ハイブリッド状態空間表現に基づいて、ディジタル制御系における最適設計法(H_2/H_∞最適制御)の性質を明らかにした(第21回制御理論シンポジウムで発表、1992年5月).ディジタルロバストサーボ系の最適設計法を確立した.(第22回制御理論シンポジウムで発表予定、1993年5月).
(3)上記設計法を既に開発中のUNIXシステム上の分散型CADシステム上に実現した。
現在、これらの成果に基づいて、許容できる特性変動や非線形の大きさとサンプリング周期との関係を定量的に評価するなど、提案した新しいディジタルロバストサーボ系設計法の評価を行なっている。
2.空気圧アクチュエータのディジタルロバスト制御:
(1)特性変動や非線形性を考慮した空気圧サーボ系各要素の新しい非線形モデルを作成し、実験を通してその妥当性を確認した(機械学会で発表予定).
(2)上記検討結果をゴム性人工筋をアクチュエータとするサーボ系に適用した.非線形フィードバック+PID制御を行なうことにより、非線形フィードバックを施さない場合に比べ良好な応答が得られた(ロボットメカトロニクス講演会で発表予定、1993年7月).
現在、1.で提案したサーボ系設計法をこの空気圧アクチュエータ系へ適用する準備を進めている. -
多重周期ディジタルのロバスト制御系の最適設計ー設計理論の確立と柔軟ア-ム制御への応用ー
Grant number：03650205 1991
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
原 辰次, 近藤 仁志
Grant amount：\1900000 （ Direct Cost: \1900000 ）
(1)ディジタルロバスト制御系の設計理論の確立:
本研究では、申請者が既に提案している連続時間系と離散時間系との混合系を統一的に表現できるハイブリッド状態空間表現モデルに基づいて、以下の研究を行なった(裏面研究発表論文参照)。
1.ハイブリッド状態空間表現に基づいたロバスト安定条件およびロバスト安定化条件を導出し、連続時間系および離散時間系の条件との比較を行なった。
2.上記条件に基づいてディジタルロバストコントロ-ラの3つの設計法、1)極配置を考慮した設計法、2)1型サ-ボコントロ-ラの設計法、3)演算時間遅れがある場合の設計法、を提案した。さらにホ-ルド関数の最適設計法についての検討を行なった。
3.上記設計法を既に開発中のUNIXシステム上のCADシステム(CtrlNet)上に実現し、上記設計法の有効性をシミュレ-ションで確認した。
(2)柔軟ア-ム制御への応用:
センサとしてエンコ-ダに加えて、テレビカメラによる画像計測を用いた多重周期ディジタルコントロ-ラによる柔軟ア-ム制御系を構成し、提案した設計理論の有効性を確認している段階である。すでに、画像計測の特徴抽出アルゴリズムを確立し、単一周期のディジタルロバストコントロ-ラによる実験を行ない、提案した設計法の有効性は基本的に確立している(ロボティクス・メカトロニクス講演会'92で発表予定)。現在、多重周期系の構成について検討中である。 -
ハイブリッド状態空間表現に基づく多重周期サンプル値制御系の解析と設計:統一的解析・設計理論の確立と支援システムの構築
Grant number：02650175 1990
日本学術振興会 科学研究費助成事業 一般研究(C)
原 辰次, 近藤 仁志, 近藤 良
Grant amount：\2000000 （ Direct Cost: \2000000 ）
本研究では、連続時間系と離散時間系との混合系を統一的に表現できるハイブリッド状態空間表現モデルを提案し、このモデルに基づいて、多重周期サンプル値制御系の特性解析および最適設計の統一的理論の確立ならびに新しい解析・設計支援システムの構築を目指した。
解析・設計理論に関しては、まず単周期系に対し、上記モデルに基づく制御系の特性解析理論(安定解析など)および最適設計法(H_2/H_∞最適設計など)を確立した。この結果は、従来の連続時間制御理論および離散時間制御理論を統一的に包含するものである。さらに、ハイブリッド状態空間表現モデルを多重周期サンプル値系へ拡張した。現在、これらの結果を併せて、多重周期サンプル値系の解析・設計理論の確立に関して検討している。
解析・設計支援システムの構築においては、基本となる(1)ユ-ザインタフェ-スモジュ-ルと(2)数値計算モジュ-ルとをオブジェクト指向の考えに基づいてネットワ-ク上のウィンドウ環境(Xウィンドウ)上に構築した。さらに、(1)シミュレ-タ、(2)特性解析、(3)最適設計の3つの応用モジュ-ルを上記基本モジュ-ルに基づいて構築した。システムの構築に当たっては、ハイブリッド状態空間表現モデルをベ-スとして、分散処理およびオブジェクト指向の考えを導入し、柔軟性ならびに操作性の向上を図った。現在、その多重周期サンプル値系への拡張を行なっている。