Abstract yamagata

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H

複合情報学専攻修士論文 (2008 年 2 月 13 日)

小型屋内自律飛行船の Memory-
小型屋内自律飛行船の Memory-based PID 制御に関する研究
制御にする研究
複雑系工学講座調和系工学研究室修士 2 年山形佳史

Memory-
A study on Memory-based PID control for indoor blimp robot
Research Group of Complex Systems Engineering
Laboratory of Harmonious Systems Engineering
MC2 Yoshifumi Yamagata

Abstract: Indoor blimp robot has the features of using buoyancy to move three
dimensional movements, moving less energy. For these features, indoor blimp robot has
enormous potential for applications such as an entertainment flight, automatic surveillance.
However, they have difficulties to control because of nonlinear thrust, air resistance and
disturbance. A previous work showed the velocity based PID control is effective for indoor
blimp robot.
In this paper, I aim to tuning the PID parameters for indoor blimp robot while flying.
Because the flight situation changes dynamically, the suitable PID parameters change
dynamically. We use Memory-based PID controller for PID parameter tuning. The method is
that a set of the PID parameters and input/output data of the controlled object are stored in
the data-base, and are used to generate the PID parameters to control object. I did the
experiment for comparing the Memory-based PID control with the fixed PID control on how
much blimp follow up the target velocity and the target position. The experimental results
show the effectiveness of Memory-based PID control for indoor blimp robot.

研究業績（査読付き学術論文，国際会議講演論文，国内講演論文等）
研究業績（査読付き学術論文，国際会議講演論文，国内講演論文等）：
1. Yoshifumi Yamagata, Hidenori Kawamura, Azuma Ohuchi, Toshihiko Takaya and Hiroyuki Iizuka
“Simulation and implement of Memory-based PID control for indoor blimp robot”, Proceedings of The
Thirteenth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 13th ’08), Beppu(Japan), CD-ROM,
(2007).
2. 山形佳史, 川村秀憲, 高谷敏彦, 大内東, “カメラ画像を用いた屋内自律飛行船の高さ方向誤差に関する分
析”,北海道情報処理シンポジウム 2007(2007).

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A technique for designing an Intelligent PID controller using Very Large Scale Integrated circuits VLSI is presented. The PID controller parameters are optimized using the Particle Swarm Optimization PSO algorithm, which identifies errors and controls the system with multiple iterations of different parameters. The optimization process focuses on parameters such as gain, delay, lag, and various times to solve problems. To evaluate the systems performance, a new function that includes system adjusting time, rise time, overshoot, and system error is defined. The circuits are tested and implemented as intelligent PID controllers on VLSI devices in a laboratory plant. The algorithm applied to the PID controller reduces iterations and enables rapid control action, resulting in improved system time delay and performance. The optimization technique is applied to improve the systems response. Finally, the Intelligent PID controller is implemented in FPGA. C. Sinduja | Mrs. P. Thenmozhi "Implementation of PID Controller PWM Module on FPGA" Published in International Journal of Trend in Scientific Research and Development (ijtsrd), ISSN: 2456-6470, Volume-7 | Issue-5 , October 2023, URL: https://www.ijtsrd.com/papers/ijtsrd59966.pdf Paper Url: https://www.ijtsrd.com/engineering/electronics-and-communication-engineering/59966/implementation-of-pid-controller-pwm-module-on-fpga/c-sinduja

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Abstract

Most of the real time operation based physical system, digital PID is used in field such as servo-motor/dc motor/temperature control system, robotics, power electronics etc. need to interface with high speed constraints, higher density PLD’s such as FPGA used to integrate several logics on single IC. There are some limitations in it to overcome these limitations Fuzzy logic is introduced with PID and Fuzzy PID is formed. This paper explains experimental design of Fuzzy PID controller. We aimed to make controller power efficient, more compact, and zero overshoot. MATLAB is used to design PID controller to calculate and plot the time response of the control system and Simulink to generate a set of coefficients.

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We will introduce a development of a mini-quad rotor system for indoor application at Keokuk University. The propulsion system consists of X-UFO blade propellers and brushless direct current (DC) motors assembled on a very stiff ai rframe made of carbon fiber composite material. The attitude control system consists of a stab ility augmentation system as the inner loop control and a modern control approach as the outer lo op. The closed-loop contro l is a PID controller,which is used for the flight test to valid ate our aerodynamic mode ling. To perform an experimental flight test,basic electronics hardware will de velop in a simple configuration. We will use an AVR microcontroller as the embe dded controller,a low-cost 100 Hz AHRS for inertial sensing,infrared (IR) sensors for horizontal ranging,and an ultrasonic sensor for ground ranging. A high performance propeller system is built on an X-UFO quad rotor airframe. The developing flying robot is shown to have an automatic hovering ability with aid of a ground control system that uses mon itoring and a fail-safe system. We will introduce a new quad rotor platform for realizing autonomous navigation in unknown indoor/outdoor environments. Au tonomous waypoint navigation,obs tacle avoidance and flight control is implemented on-board. The system does not require a special environment,artificial markers or an external reference system. We will develop a monolithic,mechanically damped perception unit which is equipped with a stereo camera pair,an Inertial Measurement Unit (IMU),two processor and an FPGA board.

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This paper describes the design and implementation of fuzzy gain scheduling PID control for position of the AR.Drone. This control scheme uses 3 PID controllers as the main controller of the AR.Drone, in this case to control pitch, roll and throttle. The process of tuning parameters for each PID is done automatically by scheduling determined by Takagi-Sugeno-Kang (TSK) fuzzy logic model. This paper uses five function sets of PID parameters that will be evaluated by fuzzy logic in order to tune PID controllers. Error position (x,y,z), as inputs of controller, enters the PID Signal block yielding the ouputs in term of error, integral error and differential error. These signal become the inputs of the fuzzy scheduler to yield outputs pitch, roll and throttle to the AR.drone. The control scheme is implemented on the AR.Drone to make it fly to forming a square in the room. The experimental results show that the control scheme can follow the desired points, and process scheduling PID parameters can be shown.

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In this era of Automation and also due to the approach of industrial revolution 4.0 there is an advancement in all of the fields and mostly in the electronics and sensors application. And also there is a demand of the industrial surveillance and as well as safety and most of the Industries are using conventional based surveillance system for recording of the footage, and it is not very cost effective so in this research work, it describes the surveillance based on raspberry pi zero w that is capable of sending the live footage directly to the webserver so that it can be viewed directly or it can be stored in a specified location for further usage. This research generally comprises of raspberry used as a brain accompanied by a camera module that is used for monitoring the environment. This can be used in various industrial or non-industrial as well as domestic applications.

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シフト勤務制の職場における従業員の急な欠勤は業務に支障をきたし，顧客などに対する信頼の失墜などにより，事業そのものに深刻な支障をきたす恐れがある．このような急な欠勤に対し，管理者は代わりの出勤を他の従業員に依頼し，代替出勤者の選定を行う必要がある．この代替出勤者の選定業務における従来手法では，代替出勤者の選定後に発生した勤務表制約違反を解消するために勤務表全体を再作成するアプローチがとられてきた．このアプローチは厳しい勤務表制約条件が課される病院のような職場では有効とされてきたが，管理者は再作成した勤務表を再度全従業員に周知する必要があり，従業員側からしても自分以外の従業員の欠勤により自身の勤務予定が変更される可能性があるため，欠勤者が多発する職場では扱いにくい．そのため欠勤者が多発する職場では，代替出勤を行っても勤務表制約条件に違反しない従業員を事前に割り出しておき，それらの従業員に対し代替出勤依頼を行う手法がとられている．この手法では管理者の従業員に対する依頼順が業務の安定性，管理者や従業員の負担に直結する．以上より本研究では管理者による従業員の代替出勤依頼の依頼順決定方法を提案し，代替出勤シミュレーターを構築して評価を行う．シミュレーターでは，従業員の休み希望のもと，複数の制約条件に基づき勤務表を作成し，勤務表上で確率的に欠勤を発生させ，管理者による代替出勤依頼をシミュレーションする．各従業員は管理者からの依頼に対し，確率的に可否を応答するものとする．本研究ではこのシミュレーター上で複数のパラメータセットに対し，従業員の受諾確率に基づいた方法，各従業員の代替出勤した回数に基づいた方法，代替出勤可能な日数に基づいた方法の提案、評価を行う．

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本研究では，ドライバーの細街路に対する選好を考慮した経路探索における道路ネットワークの階層化手法を提案する．提案手法では，ネットワーク分析の中心性指標の一つである媒介中心性の高いノードを特定して，各階層の非連結なサブネットワークを連結する．提案手法の有効性を検証するために，複数のドライバーの細街路への選好を用意し，札幌市の中心市街14km四方の道路ネットワークを対象とした計算機実験をおこなう．提案手法および先行手法における経路探索にかかる計算時間と得られた経路のコストを比較した結果，提案手法の優位性が確認された．

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This study focuses on addressing the challenges associated with decision-making in winter road snow removal operations, aiming to alleviate the burden on snow removal personnel. Specifically, we propose an approach to develop a system that collects and visualizes information on road snow conditions and weather data to support decision-making by personnel. Additionally, by sharing the collected information, we aim to facilitate the sharing of premonitions about changes in decision-making among snow removal personnel, reducing the need for physical inspections.We have validated the effectiveness of the system and confirmed its efficacy.

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オーダーメイド服は個性を表現できる利点があるが、専門家以外は希望やこだわりが曖昧であったり、想像しているデザインの説明が難しかったりするために、デザインの注文が難しいという課題がある。そこで、印象タグを元に衣服画像を作成する、対話型の衣服画像生成システムの開発を行い、個人の好みを反映した衣服のデザイン画を専門家以外が作成する場合の支援を試みた。本研究ではシステムの構築を行い、性能評価として被験者に実際に操作してもらうことで、ユーザーの発想やデザインの伝達に関する支援が可能であることを示した。

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マニュアルに記載する文章では，読み手が内容を素早く明確に理解できることが重要である．そのための文章表現の技術を習得することは容易ではない．本論文では，マニュアルに適する文章を作成する支援のために，入力文章にライティングルールを適用する文章変換の手法を提案する．結果として，ライティングルールに基づく修正箇所の指摘と，修正候補の文章の生成ができた．これによって，マニュアルに適した文章を書きやすくなる．

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公開URL：https://openaccess.thecvf.com/content/CVPR2023/html/Vasu_MobileOne_An_Improved_One_Millisecond_Mobile_Backbone_CVPR_2023_paper.html 出典：Vasu, Pavan Kumar Anasosalu, et al.: MobileOne: An Improved One Millisecond Mobile Backbone, Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (2023) 概要：モバイル端末向けのニューラルネットワークは多くの場合、FLOPsやパラメータ数で最適化されています。しかし、これらの最適化は実際のモバイルデバイスで実行した場合のネットワークの応答時間に相関しない場合があります。我々は昨今のニューラルネットワークの最適化のボトルネックを特定・分析し、その結果をもとにした新たな効率的なバックボーンMobileOneを設計しました。結果はMobileFormerと同等の性能を得ながら、38倍高速であり、最先端の効率性を達成しました。

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公開URL：https://arxiv.org/pdf/2307.09288.pdf 出典：Touvron Hugo, et al.: Llama 2: Open foundation and fine-tuned chat models, arXiv preprint arXiv:2307.09288 (2023) 概要：70億から700億のパラメータを持つ大規模言語モデル（LLM）の事前学習であるLlama 2を開発し、リリースしました。Llama 2-Chatと呼ばれるファインチューニングされたLLMは、対話のユースケースに最適化されています。提案モデルは、検証したほとんどのベンチマークにおいて、オープンソースのチャットモデルを凌駕しており、有用性と安全性に関する人間による評価に基づいて、クローズドソースのモデルの適切な代替となる可能性があります。コミュニティが我々の研究を基に、LLMの責任ある開発に貢献できるようにすることも目的にあります。

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公開URL：https://proceedings.neurips.cc/paper_files/paper/2022/file/fbb10d319d44f8c3b4720873e4177c65-Paper-Conference.pdf 出典：Yufei Xu, Jing Zhang, Qiming Zhang, Dacheng Tao : ViTPose: Simple Vision Transformer Baselines for Human Pose Estimation, Advances in Neural Information Processing Systems 35 (NeurIPS 2022), pp. 38571-38584 (2022) 概要：姿勢推定はコンピュータビジョンの1タスクとして知られています。本論文ではプレーンなVision Transformerを使った姿勢推定手法「ViTPose」を提案します。ViTPoseは非階層的なVision Transformerを特徴抽出のために使用し、100Mから1Bのパラメータにスケールアップ可能です。このモデルは事前学習や、複数のポーズタスク対応などにおいて柔軟性を持ち、大規模モデルの知識を小規模モデルに転送することも可能です。実験結果は、ViTPoseがMS COCO Keypoint DetectionベンチマークにおいてSoTAを達成しました。

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公開URL：https://arxiv.org/abs/2305.16291 出典：Guanzhi Wang, Yuqi Xie, Yunfan Jiang, Ajay Mandlekar, Chaowei Xiao, Yuke Zhu, Linxi Fan, Anima Anandkumar : Voyager: An Open-Ended Embodied Agent with Large Language Models, arXiv: 2305.16291 (2023) 概要：本論文では、Minecraftの世界を持続的に探索し、多様なスキルを獲得し、新たな発見を人間の介入なく行う最初の大規模言語モデル（LLM）を駆使した具現化エージェントであるVoyagerを紹介する。Voyagerは、探索を最大化する自動カリキュラム、複雑な行動を格納・取得するためのスキルライブラリ、そして環境のフィードバック、実行エラー、プログラム改善のための自己確認を組み込む新たな反復的なプロンプトメカニズムの3つの主要なコンポーネントから成り立つ。

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ReAct: Synergizing Reasoning and Acting in Language Models

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対話形式議事録は，口語での会話内容が記録されており，言語研究において重要な資料となる．対話形式議事録の1つである帝国議会議事速記録は，記録期間が長く分量も多いという特徴があり，近代における言語表現の変化を分析するのに適した資料であるといえる．このようなテキストデータに対して分析の第一段階である表現抽出を自動で行う手法については知見が少なく，抽出作業のほとんどが手作業で行われているのが現状である．大規模なデータに対して手作業での該当表現の抽出を行うのには多大な労力がかかり，見逃しも発生しやすく，分析を行う上でのボトルネックとなる．本研究では，抽出段階の自動化を目的とし，可能の意味を表す可能表現について，品詞の組み合わせマッチングによる自動抽出を試みた．さらに，可能表現の出現頻度や変遷と会議の話題の関係性を分析するための先駆けとして，重要単語抽出による話題の自動タグ付けを行った．話題タグの自動付与においては，TF-IDFを用いたシンプルな特徴単語の抽出を試みた．可能表現の抽出においては，文型に注目した品詞のパターンマッチングによる抽出を試みた．

形態素解析を用いた帝国議会議事速記録の変遷に関する研究

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近年，家庭への灯油配送においてリモートセンシング化が進んでおり，灯油タンク内の残量計測が可能な通信型レーザセンサの開発が進んでいる．しかし，屋外にある灯油タンクにセンサを設置するため計測環境が不安定で，コスト面から導入可能なデバイスの性能にも制約があるため，センサの故障や異常値の計測が多く発生する．このような背景を踏まえて，本論文では，センサを管理・運用するための運用手法の確立を目的として，2つの異常検知手法と1つの残量推定手法を提案し，実データを用いた有効性の検証を行う．

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論文では，人工知能による創作の第一歩として俳句，その中でも特に一般的な有季定型句を対象とし，深層学習モデルを用いた生成と評価を行う. 既存の俳句や日本語テキストを用いてモデルを学習し，俳句生成器を構築する. また，作成したモデルの俳句生成器としての性能を評価するために，俳人による評価済みの俳句からなる評価用データセットを作成して，有季定型句の生成における各モデルの性能を比較する. 評価用データセットの作成においてはまず，有季定型句の評価項目として句会における評価方式と俳句内の句節のつながりに着目し，これらを段階的評価の階層構造として定義した. 定義した階層構造に基づくラベル付を複数の俳人に依頼し，モデル間の性能評価に用いる. また，各モデルが生成した文字列に対するアンケート調査を行い，現状のモデルの到達点を明らかにする.

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本研究では，競輪のレース結果予測の初心者が車券を購入する際の意思決定を補助することを目的として，レース結果を予測して，予測結果を用いた選手紹介文を生成するシステムを構築する．選手の戦績から的確に反映する特徴量を算出する手法として，多数人の同時対戦を考慮した拡張イロレーティングシステムを提案して，競輪のレース結果予測に適用する．実際の競輪のレース結果を用いた検証実験において，既存のレース結果予測手法に比べて，拡張イロレーティングシステムを用いることで予測精度を向上可能であることを確認した．さらに，拡張イロレーティングシステムを紹介文生成に用いることで，既存の手法に比べて，初心者の車券購入により有用な文章を生成可能であることを示す．

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中古ブランド品の B2B オークションでは，多数のアイテムのオークションが並列して実施されるため，参加者はすべてのアイテムの価値を検討することが困難であり，入札するアイテムの選択や，留保価格の適切な設定が課題である．本稿では，こうした課題を入札アイテムの推薦や留保価格に対する不落札率の推定により解決するため，オークションにおける多関係推薦モデル MultiRec を用いたユーザ別入札行動予測をオークションデータに適用し，その精度から利用可能性を検証した．

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Kerosene is a very important source for heating in many areas. In cold regions of Japan, delivery companies regularly visit household oil tanks to replenish them so that they do not run out of fuel. However, it is hard to make a good delivery plan, since the delivery companies do not know how much kerosene is left in the kerosene tank. And most of the existing methods about energy consumption estimation are focused on one target. Little work has been done in kerosene consumption with many users. We present Deep learning based model to estimate the consumption and mean consumption of one time span. The model includes time series augmentation to extract more information from the time span and attention mechanism to extract inner connection between each time step. The experimental results indicate that our proposed approaches have MAE around 50L for refuel recordings and MAE around 4L for daily consumption. In order to evaluate our model in a realistic way, the estimation result is applied to an inventory routing algorithm. The result using our estimation is close to the result using real consumption data.

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マルチエージェント深層強化学習を用いて、自動運転車の追越行動の獲得をした。片側1車線の道路で低速走行車、追越車、対向車が存在する状況において、シングルエージェントの学習では困難な協調的な走行を学習させた。学習後の走行とルールベースの走行をシミュレータを用いて比較し、走行効率性と安全性を検証した。

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マルチエージェント深層強化学習による自動運転車両の追越行動の獲得に関する研究

Abstract yamagata

1. 複合情報学専攻修士論文 (2008 年 2 月 13 日) 小型屋内自律飛行船の Memory- 小型屋内自律飛行船の Memory-based PID 制御に関する研究制御にする研究複雑系工学講座調和系工学研究室修士 2 年山形佳史 Memory- A study on Memory-based PID control for indoor blimp robot Research Group of Complex Systems Engineering Laboratory of Harmonious Systems Engineering MC2 Yoshifumi Yamagata Abstract: Indoor blimp robot has the features of using buoyancy to move three dimensional movements, moving less energy. For these features, indoor blimp robot has enormous potential for applications such as an entertainment flight, automatic surveillance. However, they have difficulties to control because of nonlinear thrust, air resistance and disturbance. A previous work showed the velocity based PID control is effective for indoor blimp robot. In this paper, I aim to tuning the PID parameters for indoor blimp robot while flying. Because the flight situation changes dynamically, the suitable PID parameters change dynamically. We use Memory-based PID controller for PID parameter tuning. The method is that a set of the PID parameters and input/output data of the controlled object are stored in the data-base, and are used to generate the PID parameters to control object. I did the experiment for comparing the Memory-based PID control with the fixed PID control on how much blimp follow up the target velocity and the target position. The experimental results show the effectiveness of Memory-based PID control for indoor blimp robot. 研究業績（査読付き学術論文，国際会議講演論文，国内講演論文等）研究業績（査読付き学術論文，国際会議講演論文，国内講演論文等）： 1. Yoshifumi Yamagata, Hidenori Kawamura, Azuma Ohuchi, Toshihiko Takaya and Hiroyuki Iizuka “Simulation and implement of Memory-based PID control for indoor blimp robot”, Proceedings of The Thirteenth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 13th ’08), Beppu(Japan), CD-ROM, (2007). 2. 山形佳史, 川村秀憲, 高谷敏彦, 大内東, “カメラ画像を用いた屋内自律飛行船の高さ方向誤差に関する分析”,北海道情報処理シンポジウム 2007(2007).