不連続な変化を伴う制御対象へのモンテカルロモデル予測制御の適用: 台車の衝突を考慮した台車型倒立振子の振り上げ高速化と安定制御

摘要

順方向シミュレーションをベースとするMCMPCは，最適化問題を解く際に評価関数の勾配情報を必要としないといった特長をもつ．この特長により，勾配ベースの手法では困難である，衝突などの不連続な現象により評価関数の勾配情報を数値的に求めることができないような問題にも適用できる可能性がある．この特長については多数の文献で言及されているが，実際に衝突などによる不連続な変化を含むモデルに適用した例は筆者らが文献を調査する限り確認できない．そこで，筆者らは，台車型倒立振子の振り上げ安定化を題材とした，台車が走路上に存在する壁と衝突することによる不連続な変化を含む制御対象への適用において，衝突を有効利用できる可能性について言及した．本稿では，提案手法が衝突を有効に扱えるという効果を実証するために実験とシミュレーションの条件を増やして考察する．この際，従来手法で用いられていた最適解導出時に使用する測度を経路積分による非線形最適化問題の解法で用いられるものに変えたMCMPCを利用して不連続な変化を伴う制御対象に対する適用可能性と振り上げ高速化について検証を行なう．また，衝突を有効利用するのみでなく，制約として扱うなど柔軟な評価関数の設計が容易に実装できる特長についても言及する．