JP2000347708A - Method and apparatus for controlling dynamic system using neural network and storage medium storing control program for dynamic system using neural network - Google Patents

Method and apparatus for controlling dynamic system using neural network and storage medium storing control program for dynamic system using neural network

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JP2000347708A
JP2000347708A JP11155437A JP15543799A JP2000347708A JP 2000347708 A JP2000347708 A JP 2000347708A JP 11155437 A JP11155437 A JP 11155437A JP 15543799 A JP15543799 A JP 15543799A JP 2000347708 A JP2000347708 A JP 2000347708A
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dynamic system
neural network
dynamic
dimensional
control
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JP11155437A
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Masahiro Kimura
昌弘 木村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 制御目標軌道を発生できるような規範システ
ムの動作を模倣することができるニューラルネットよる
動的システムの制御方法を提供する。 【解決手段】 動的システムの運動の出力であるm次元
出力軌道の組のデータがK個指定されたとき、K個の制
御目標軌道のデータを、n次元力学系に基づいた内部状
態の時間発展と動的システムの出力機構の下で、発生す
ることができる規範システムの動力特性を実現する、相
互結合ニューラルネットとアフィン写像を作成し、制御
対象の動的システムの動力学特性を、相互結合ニューラ
ルネットとアフィン写像により構成される機関システム
の動力学特性のアフィン神経ベクトル場を模倣するよう
に変更する、n次元状態ベクトルからr次元状態ベクト
ルへの変換の層状ニューラルネットを作成し、制御のた
めに各時刻で動的システムに入力するr次元制御信号を
作成する。
(57) [Summary] (with correction) [PROBLEMS] To provide a control method of a dynamic system by a neural network that can imitate the operation of a reference system that can generate a control target trajectory. SOLUTION: When K data of a set of m-dimensional output trajectories, which are outputs of motion of a dynamic system, are designated, data of K control target trajectories is converted into time of an internal state based on an n-dimensional dynamic system. Under the evolution mechanism and the output mechanism of the dynamic system, create an interconnected neural network and affine mapping that realizes the dynamic characteristic of the reference system that can be generated, and Create and control a layered neural network for converting an n-dimensional state vector to an r-dimensional state vector, which changes the dynamics characteristics of an engine system composed of a coupled neural network and an affine map to mimic the affine neural vector field For this purpose, an r-dimensional control signal to be input to the dynamic system at each time is created.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ニューラルネット
よる動的システムの制御方法及び装置及びニューラルネ
ットよる動的システムの制御プログラムを格納した記憶
媒体に係り、特に、ロボット等の動的システムの運動制
御方法において、制御対象の動的システムに対して、こ
の動的システムの運動の目標出力が指定されたとき、制
御信号を生成し、それをこの動的システムに入力するこ
とにより、この動的システムがその指定された運動の目
標出力を達成できるニューラルネットよる動的システム
の制御方法及び装置及びニューラルネットよる動的シス
テムの制御プログラムを格納した記憶媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for controlling a dynamic system using a neural network, and a storage medium storing a control program for a dynamic system using a neural network. In the control method, when a target output of the motion of the dynamic system is designated for the dynamic system to be controlled, a control signal is generated, and the control signal is input to the dynamic system. The present invention relates to a method and an apparatus for controlling a dynamic system using a neural network, which enables the system to achieve a target output of a designated motion, and a storage medium storing a control program for a dynamic system using a neural network.

【0002】[0002]

【従来の技術】線形な動的システムについては、従来か
ら数多くの制御方法が確立されている。公知の文献、例
えば、現代数理科学辞典(大阪書籍)第8章「制御理
論」に示されているように、線形な動的システムについ
ては、線形システムの理論として、システムの可制御性
や可観測性や可安定性等の判定法や、オブザーバーやカ
ルマンフィルター等によるシステムの状況推定法等が確
立されており、また、最適制御法に関しては、カルマン
による最適レギュレータの構成法や最適サーボの構成法
が確立されている。
2. Description of the Related Art Numerous control methods have been established for linear dynamic systems. As shown in well-known literature, for example, Chapter 8 “Control Theory” of the Dictionary of Modern Mathematical Sciences (Osaka Books), for a linear dynamic system, the controllability of the system and the Judgment methods for observability, stability, etc., and system state estimation methods using observers, Kalman filters, etc. have been established.Also, regarding the optimal control method, the optimal regulator configuration method and optimal servo configuration by Kalman have been established. The law has been established.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロボッ
トや音声システム等、現実に存在する動的システムの多
くは、非線形システムである。線形システム理論として
確立された手法は、非線形システムに対しては、その局
所的な解析や制御にはある程度有効であるが、その大域
的な解析や制御には有効ではない。そのため、非線形動
的システムの制御方法の確立は、重要な課題となってい
る。
However, many real dynamic systems, such as robots and voice systems, are non-linear systems. The method established as the linear system theory is effective to some extent for local analysis and control of nonlinear systems, but is not effective for global analysis and control thereof. Therefore, establishment of a control method for a nonlinear dynamic system is an important issue.

【0004】n個の内部状態変数とr個の制御入力変数
とm個の出力変数をもつ非線形動的システムに対して、
この動的システムの動力学特性と出力機構が与えられ、
この動的システムの制御目標として、初期内部状態のn
次元ベクトルと、それに対する時間[0,T]でのこの
動的システムの運動の出力であるm次元出力軌道の組の
データがK個指定されたとき、この動的システムが、指
定された各初期内部状態のn次元ベクトルに対して、指
定された各m次元出力起動を運動の出力とするように、
この動的システムに入力するr次元制御信号を生成する
ことが課題である。
For a nonlinear dynamic system with n internal state variables, r control input variables, and m output variables,
Given the dynamic characteristics and output mechanism of this dynamic system,
As a control target of this dynamic system, the initial internal state n
When K data of a set of m-dimensional output trajectories, which are the output of the motion of this dynamic system at time [0, T], at the time [0, T], are specified, the dynamic system generates For each n-dimensional vector of the initial internal state, each specified m-dimensional output start is set as the output of the motion,
The challenge is to generate an r-dimensional control signal to be input to this dynamic system.

【0005】ところで、様々な現実問題においては、動
的システムが、最低限の監督のもとで自律的に機能する
ことが要求される。従って、この動的システムは、上記
のような指定された制御目標軌道だけを達成できるだけ
ではなく、その制御目標軌道を、n次元力学系に基づい
た内部状態の時間発展とこの動的システムの出力機構の
下で発生することができる、規範システムの動作と同じ
になることが要求される。そのため、この動的システム
の動作がその規範の動作を模倣するように、この動的シ
ステムに入力するr次元制御信号を生成することが課題
である。
[0005] By the way, various real problems require that dynamic systems function autonomously with minimal supervision. Therefore, this dynamic system can not only achieve the specified control target trajectory as described above, but also convert the control target trajectory to the time evolution of the internal state based on the n-dimensional dynamical system and the output of this dynamic system. It is required to be the same as the operation of the reference system, which can occur under the mechanism. Therefore, it is an issue to generate an r-dimensional control signal to be input to the dynamic system so that the operation of the dynamic system mimics the operation of the norm.

【0006】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、非線形の動的システムと指定された制御目標軌道に
対して、その動的システムの動作が、そのような制御目
標軌道を発生できるような規範システムの動作を模倣す
ることができる非線形動的システムによるニューラルネ
ットよる動的システムの制御方法及び装置及びニューラ
ルネットよる動的システムの制御プログラムを格納した
記憶媒体を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an operation of the dynamic system can generate such a control target trajectory with respect to a control target trajectory designated as a non-linear dynamic system. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for controlling a dynamic system using a neural network by a nonlinear dynamic system capable of imitating the operation of such a reference system, and a storage medium storing a control program for the dynamic system using a neural network. I do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理を
説明するための図である。本発明(請求項1)は、ロボ
ットを含む動的システムの運動制御を行うためのニュー
ラルネットによる動的システムの制御方法において、n
個の内部状態変数とr個の制御入力変数とm個の出力変
数を持つ動的システムに対して、該動的システムの動力
学特性と出力機構が与えられ、該動的システムの制御目
標として、初期内部状態のn次元ベクトルと、該n次元
ベクトルに対する時間[0,T]での動的システムの運
動の出力であるm次元出力軌道の組のデータがK個指定
されたとき(ステップ1)、該K個の制御目標軌道のデ
ータを、n次元力学系に基づいた内部状態の時間発展と
該動的システムの出力機構の下で、発生することができ
る規範システムの動力特性を実現する、相互結合ニュー
ラルネットとアフィン写像を作成し(ステップ2)、制
御対象の動的システムの動力学特性を、相互結合ニュー
ラルネットとアフィン写像により構成される機関システ
ムの動力学特性のアフィン神経ベクトル場を模倣するよ
うに変更する、n次元状態ベクトルからr次元状態ベク
トルへの変換の層状ニューラルネットを作成し(ステッ
プ3)、動的システムに入力するr次元信号を、該動的
システムの内部状態から生成する層状ニューラルネット
を作成し(ステップ4)、層状ニューラルネットを用い
て、制御対象である動的システムの各時刻における内部
状態から、制御のために各時刻で該動的システムに入力
するr次元制御信号を作成する(ステップ5)。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. The present invention (Claim 1) provides a method for controlling a dynamic system using a neural network for performing motion control of a dynamic system including a robot.
For a dynamic system having n internal state variables, r control input variables, and m output variables, the dynamic characteristics and output mechanism of the dynamic system are given, and the control target of the dynamic system is When K data of a set of an n-dimensional vector of the initial internal state and an m-dimensional output trajectory which is the output of the motion of the dynamic system at time [0, T] with respect to the n-dimensional vector is designated (step 1) ), Realizing the power characteristics of the reference system that can generate the data of the K control target trajectories under the time evolution of the internal state based on the n-dimensional dynamical system and the output mechanism of the dynamic system. Then, an affine mapping is created with the interconnected neural net (step 2), and the dynamic characteristics of the dynamic system to be controlled are determined using the dynamic characteristics of the engine system composed of the interconnected neural network and the affine mapping. A layered neural network for transforming an n-dimensional state vector into an r-dimensional state vector, which is changed to imitate a fin neural vector field, is created (step 3). A layered neural net generated from the internal state of the system is created (step 4), and the dynamic state is controlled at each time from the internal state of the dynamic system to be controlled at each time by using the layered neural network. An r-dimensional control signal to be input to the system is created (Step 5).

【0008】図2は、本発明の原理構成図である。本発
明(請求項2)は、ロボットを含む動的システムの運動
制御を行うためのニューラルネットによる動的システム
の制御システムであって、n個の内部状態変数とr個の
制御入力変数とm個の出力変数を持つ動的システムに対
して、該動的システムの動力学特性と出力機構入力、及
び該動的システムの制御目標として、初期内部状態のn
次元ベクトルと、該n次元ベクトルに対する時間[0,
T]での動的システムの運動の出力であるm次元出力軌
道の組のデータをK個指定する入力手段1と、入力手段
1で入力されたK個の制御目標軌道のデータを、n次元
力学系に基づいた内部状態の時間発展と該動的システム
の出力機構の下で、発生することができる規範システム
の動力特性を実現する、相互結合ニューラルネットとア
フィン写像を作成するアフィン神経力学系のパラメータ
作成手段2と、制御対象の動的システムの動力学特性
を、相互結合ニューラルネットとアフィン写像により構
成される規範システムの動力学特性のアフィン神経ベク
トル場を模倣するように変更する、n次元状態ベクトル
からr次元状態ベクトルへの変換の層状ニューラルネッ
トを作成し、該動的システムに入力するr次元信号を、
該動的システムの内部状態から生成する層状ニューラル
ネットを作成する層状ニューラルネット作成手段3と、
層状ニューラルネット作成手段3で作成された層状ニュ
ーラルネットを用いて、制御対象である動的システムの
各時刻における内部状態から、制御のために各時刻で該
動的システムに入力するr次元制御信号を作成する制御
信号作成手段4とを有する。
FIG. 2 is a block diagram showing the principle of the present invention. The present invention (claim 2) is a control system of a dynamic system using a neural network for performing motion control of a dynamic system including a robot, wherein n internal state variables, r control input variables, and m For a dynamic system with three output variables, the dynamic characteristics of the dynamic system and the output mechanism inputs, and the initial internal state n
Dimensional vector and time [0,
T], input means 1 for designating K data of a set of m-dimensional output trajectories, which is the output of the motion of the dynamic system at T], and data of the K control target trajectories input by the input means 1 are converted into n-dimensional data. An affine neurodynamic system that creates an interconnected neural network and an affine mapping that realizes the time evolution of internal states based on a dynamical system and the dynamics of the reference system that can be generated under the output mechanism of the dynamical system Parameter changing means 2 and changing the dynamic characteristics of the dynamic system to be controlled so as to mimic the affine neural vector field of the dynamic characteristics of the reference system constituted by the interconnected neural network and the affine mapping, n A layered neural network for transforming a dimensional state vector into an r-dimensional state vector is created, and an r-dimensional signal input to the dynamic system is
Layered neural network creating means 3 for creating a layered neural network generated from the internal state of the dynamic system;
Using the layered neural network created by the layered neural network creating means 3, an r-dimensional control signal to be input to the dynamic system at each time for control based on the internal state of the dynamic system to be controlled at each time. And a control signal generating means 4 for generating

【0009】本発明(請求項3)は、ロボットを含む動
的システムの運動制御を行うためのニューラルネットに
よる動的システムの制御プログラムを格納した記憶媒体
であって、n個の内部状態変数とr個の制御入力変数と
m個の出力変数を持つ動的システムに対して、該動的シ
ステムの動力学特性と出力機構が与えられ、該動的シス
テムの制御目標として、初期内部状態のn次元ベクトル
と、該n次元ベクトルに対する時間[0,T]での動的
システムの運動の出力であるm次元出力軌道の組のデー
タがK個指定されたとき、該K個の制御目標軌道のデー
タを、n次元力学系に基づいた内部状態の時間発展と該
動的システムの出力機構の下で、発生することができる
規範システムの動力特性を実現する、相互結合ニューラ
ルネットとアフィン写像を作成するアフィン神経力学系
のパラメータ作成プロセスと、 制御対象の動的システ
ムの動力学特性を、相互結合ニューラルネットとアフィ
ン写像により構成される規範システムの動力学特性のア
フィン神経ベクトル場を模倣するように変更する、n次
元状態ベクトルからr次元状態ベクトルへの変換の層状
ニューラルネットを作成し、該動的システムに入力する
r次元信号を、該動的システムの内部状態から生成する
層状ニューラルネットを作成する層状ニューラルネット
作成プロセスと、層状ニューラルネット作成プロセスで
作成された層状ニューラルネットを用いて、制御対象で
ある動的システムの各時刻における内部状態から、制御
のために各時刻で該動的システムに入力するr次元制御
信号を作成する制御信号作成プロセスとを有する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a storage medium storing a control program for a dynamic system using a neural network for performing motion control of a dynamic system including a robot, wherein n internal state variables and For a dynamic system having r control input variables and m output variables, the dynamic characteristics and output mechanism of the dynamic system are given, and the initial internal state n When K data of a set of a dimensional vector and an m-dimensional output trajectory, which is the output of the motion of the dynamic system at time [0, T] with respect to the n-dimensional vector, are designated, the K control target trajectories of the K control target trajectories are specified. Data is obtained by using an interconnected neural network and an affinity network to realize the time evolution of internal states based on an n-dimensional dynamical system and the power characteristics of a reference system that can be generated under the output mechanism of the dynamic system. Affinity neurodynamic system parameter creation process for mapping and dynamic characteristics of the dynamic system to be controlled mimicking the affine neural vector field of the dynamic characteristics of the reference system composed of interconnected neural networks and affine mapping A layered neural network for converting an n-dimensional state vector into an r-dimensional state vector, and generating an r-dimensional signal to be input to the dynamic system from an internal state of the dynamic system. Using a layered neural network creation process for creating a net and a layered neural network created by the layered neural network creation process, the internal state at each time of the dynamic system to be controlled is determined at each time for control. Control signal creation process for creating an r-dimensional control signal for input to a dynamic system Having.

【0010】上記のように、本発明によれば、アフィン
神経力学系のパラメータ作成手段は、指定された制御目
標軌道のデータから、制御対象である動的システムが模
倣すべき規範システムの動力学特性を、相互結合ニュー
ラルネットとアフィン写像を用いて構築している。従っ
て、一般には非線形である規範システムの動力学特性の
モデルが獲得され、動的システムを自律的に機能させる
ための規範システムに基づく制御が可能である。
As described above, according to the present invention, the parameter creation means of the affine neurodynamic system uses the dynamics of the reference system to be imitated by the dynamic system to be controlled based on the data of the designated control target trajectory. The properties are constructed using an interconnected neural network and an affine map. Therefore, a model of the dynamic characteristics of the reference system, which is generally nonlinear, is obtained, and control based on the reference system for making the dynamic system function autonomously is possible.

【0011】また、層状ニューラルネット作成手段は、
アフィン神経力学系のパラメータ作成手段において作成
された規範システムの動力学特性のモデルに、制御対象
である動的システムの動力学特性を合致させるように、
この動的システムの動力学特性を変更する層状ニューラ
ルネットを構築している。従って、非線形である制御対
象の動的システムの動力学特性を、一般には非線形であ
る規範システムの動力学特性のモデルに、合致させるこ
とが可能となる。
[0011] Further, the layered neural network creating means includes:
To match the dynamic characteristic of the dynamic system to be controlled with the model of the dynamic characteristic of the reference system created by the parameter creating means of the affine neurodynamic system,
We are constructing a layered neural network that changes the dynamic characteristics of this dynamic system. Therefore, it is possible to match the dynamic characteristic of the dynamic system of the control target that is nonlinear with the model of the dynamic characteristic of the reference system that is generally nonlinear.

【0012】一方、制御信号作成手段は、層状ニューラ
ルネット作成手段において作成された層状ニューラルネ
ットを使って制御対象である動的システムの各時刻の内
部状態を変換した信号を、制御信号としてこの動的シス
テムにフィードバックしている。従って、この動的シス
テムは、自律的に機能し規範システムの動作を模倣する
ことが可能となり、本発明の目的である、非線形動的シ
ステムと指定された制御目標軌道に対して、その動的シ
ステムが、そのような制御目標軌道を発生できる規範シ
ステムの動作を模倣することができるという、非線形動
的システムの制御が実現できる。
On the other hand, the control signal creation means uses the layered neural network created by the layered neural network creation means to convert the internal state at each time of the dynamic system to be controlled at each time as a control signal. Feedback to the strategic system. Therefore, this dynamic system can function autonomously and imitate the operation of the reference system, and the dynamic trajectory, which is the object of the present invention, is designated as the nonlinear dynamic system and the control target trajectory designated. Control of a non-linear dynamic system can be realized, in which the system can mimic the operation of a reference system that can generate such a control target trajectory.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。図3は、本発明の動的システ
ムの構成を示し、図4は、本発明の動的システムの動作
を示し、図5は、本発明の動的システムの制御システム
の構成を示す。本発明の図3のような動的システムに対
して、動的システムの動作が図4のような模範システム
の動作と同じになるように、動的システムに入力する制
御信号を作成する手段を提供するものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows the configuration of the dynamic system of the present invention, FIG. 4 shows the operation of the dynamic system of the present invention, and FIG. 5 shows the configuration of the control system of the dynamic system of the present invention. For the dynamic system as shown in FIG. 3 of the present invention, means for generating a control signal to be input to the dynamic system is provided so that the operation of the dynamic system is the same as the operation of the exemplary system as shown in FIG. To provide.

【0014】本発明のニューラルネットによる動的シス
テムは、図5に示すように、動的システム30、ニュー
ラルネット学習部10と制御信号作成部20から構成さ
れる。図5に示すように、制御信号作成部20により作
成された制御信号を、制御対象の動的システム30に入
力することにより、制御対象の動的システム30の動作
が規範システムの動作を模倣するという制御目標が達成
される。
As shown in FIG. 5, the dynamic system using a neural network according to the present invention comprises a dynamic system 30, a neural network learning unit 10, and a control signal creation unit 20. As shown in FIG. 5, by inputting the control signal created by the control signal creation unit 20 to the dynamic system 30 to be controlled, the operation of the dynamic system 30 to be controlled mimics the operation of the reference system. Is achieved.

【0015】まず、制御対象である動的システム30と
制御目標について詳細に説明し、それから、本発明の制
御信号作成部20とニューラルネット学習部10につい
て詳細に説明する。 1.動的システムと制御目標: (1) 動的システム30:まず、本発明において、制
御対象である動的システムを説明する。この動的システ
ム30は、n個の内部状態変数 x=(x1 ,…,xn ) とr個の制御入力変数 u=(u1 ,…,ur ) をもち、n+r次元空間からn次元空間への写像 v=f(x,u) を、システムの動力学特性としてもち、n次元空間から
m次元空間への写像 y=h(x) を、システムの出力機構として持っている。ここで、内
部状態変数の数n、制御入力編集の数r、システムの動
力学特性f(x,u)及び、システムの出力機構h
(x)は既知であり、また、任意の時刻tにおける内部
状態は観測できる。
First, the dynamic system 30 to be controlled and the control target will be described in detail, and then the control signal creation unit 20 and the neural network learning unit 10 of the present invention will be described in detail. 1. Dynamic System and Control Target: (1) Dynamic System 30: First, a dynamic system to be controlled in the present invention will be described. This dynamic system 30, n-number of internal state variables x = (x 1, ..., x n) and r pieces of control input variables u = (u 1, ..., u r) has, n from n + r-dimensional space It has a mapping v = f (x, u) to a dimensional space as a dynamic characteristic of the system, and has a mapping y = h (x) from an n-dimensional space to an m-dimensional space as an output mechanism of the system. Here, the number n of internal state variables, the number r of control input edits, the dynamic characteristics f (x, u) of the system, and the output mechanism h of the system
(X) is known, and the internal state at any time t can be observed.

【0016】次に、本発明において、制御対象である動
的システムの時間[0,T]における動作を説明する。
図3に示すように、制御対象である動的システム30
は、n次元ベクトル x0 =(x0 1,…,x0 n ) が、動的システムの初期状態として入力され、r次元信
号 u(t)=(u1 (t),…,ur (t)), t∈
[0,T] が、動的システムの制御信号として入力されると、時刻
tにおける内部状態 x(t)=(x1 (t),…,xn (t)) を、動力学
Next, the operation of the dynamic system to be controlled in the present invention at time [0, T] will be described.
As shown in FIG. 3, the dynamic system 30 to be controlled is
Is an n-dimensional vector x 0 = (x 0 1 ,..., X 0 n ) is input as an initial state of the dynamic system, and an r-dimensional signal u (t) = (u 1 (t) ,. (T)), t∈
When [0, T] is input as a control signal of the dynamic system, the internal state x (t) = (x 1 (t),..., X n (t)) at time t is represented by the dynamics

【0017】[0017]

【数1】 (Equation 1)

【0018】に従って変更し、システムの出力機構y=
h(x)の下で y(t)=h(x(t)), t∈[0,T] とし、m次元軌道 y(t)=(y1 (t),…,ym (t)),t∈
[0,T] を出力する。
The output mechanism of the system y =
Under h (x), y (t) = h (x (t)), t∈ [0, T], and an m-dimensional trajectory y (t) = (y 1 (t),..., y m (t )), T∈
[0, T] is output.

【0019】本発明において制御対象である動的システ
ムの例を示して説明する。図6は、本発明の制御対象で
ある動的システムの例であり、XY平面内を動く2関節
ロボットアームを示した模式図である。ここに、X軸が
水平方向で、Y軸が鉛直方向であり、重力は、Y軸の負
の方向に動き、g0 は、重力加速度である。また、
1 ,m2 は、それぞれリンク1、リンク2の質量、L
1 ,L2 はそれぞれ、リンク1、リンクの長さ、Lg1
g2は、それぞれ、関節1、関節2からリンク1、リン
ク2の質量中心までの距離、I1 ,I2 は、それぞれ関
節1、関節2の軸まわりのリンク1、リンク2の慣性モ
ーメント、θ1 、θ2 は、それぞれ、関節1、関節2の
変位、θ. 1 ,θ. 2 は、それぞれ関節1、関節2の変
位の速度、τ1 ,τ2 は、それぞれ、関節1、関節2の
関節駆動力である。
An example of a dynamic system to be controlled in the present invention will be described. FIG. 6 is an example of a dynamic system to be controlled according to the present invention, and is a schematic diagram showing a two-joint robot arm moving in an XY plane. Here, the X axis is the horizontal direction, the Y axis is the vertical direction, gravity moves in the negative direction of the Y axis, and g 0 is the gravitational acceleration. Also,
m 1 and m 2 are the masses of link 1 and link 2, respectively, L
1 and L 2 are link 1, link length, L g1 ,
L g2 is the distance from joint 1 and joint 2 to the center of mass of link 1 and link 2, respectively, I 1 and I 2 are the moments of inertia of link 1 and link 2 around the axis of joint 1 and joint 2, respectively. theta 1, theta 2, respectively, the joint 1, the joint 2 displacement, theta. 1, theta. 2, respectively a joint 1, the speed of displacement of the joint 2, tau 1, tau 2, respectively, the joint 1, joint 2 is the joint driving force.

【0020】このとき、 n=4,r=2,m=2 であり、 x=(x1 ,x2 ,x3 ,x4 ), u=(u1
2 ),y=(y1 ,y2 ) は、それぞれ、x1 =θ1 ,x2 =θ2 ,x3 =θ1
4 =θ2 ,u1 =τ1 ,u2 =τ21 はロボットア
ームの手先のX座標、y2 は、ロボットアームの手先の
Y座標である。また、システムの動力学系特性 v=f(x,u),v=(v1 ,v2 ,v3 ,v4 ) は、
At this time, n = 4, r = 2, m = 2, x = (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 ), u = (u 1 ,
u 2 ) and y = (y 1 , y 2 ) are respectively x 1 = θ 1 , x 2 = θ 2 , x 3 = θ 1 ,
x 4 = θ 2 , u 1 = τ 1 , u 2 = τ 2 y 1 is the X coordinate of the tip of the robot arm, and y 2 is the Y coordinate of the tip of the robot arm. Further, the dynamic system characteristics v = f (x, u) and v = (v 1 , v 2 , v 3 , v 4 ) of the system are as follows.

【0021】[0021]

【数2】 (Equation 2)

【0022】である。さらに、システムの出力機構 y=h(x), y=(y1 ,y2 ) は、 y1 =L1cos(x1 )+L2cos(x1 +x2 ), y2 =L1sin(x1 )+L2sin(x1 +x2 ) である。## EQU1 ## Further, the output mechanism of the system y = h (x), y = (y 1, y 2) is, y 1 = L 1 cos ( x 1) + L 2 cos (x 1 + x 2), y 2 = L 1 sin (X 1 ) + L 2 sin (x 1 + x 2 ).

【0023】(2) 制御目標:本発明での制御目標
は、時間[0,T]において、図3のような動的システ
ムの動作を、図4のような規範システムの動作と同じに
することである。まず、時間[0,T]における規範シ
ステムの動作を説明する。それから、動的システムの制
御に際し、指定されるデータについて説明し、この場合
に必要とされる技術と本発明での対処法について説明す
る。
(2) Control target: The control target in the present invention is to make the operation of the dynamic system as shown in FIG. 3 the same as the operation of the reference system as shown in FIG. 4 at time [0, T]. That is. First, the operation of the reference system at time [0, T] will be described. Then, data specified in the control of the dynamic system will be described, and a technique required in this case and a measure in the present invention will be described.

【0024】まず、時間[0,T]における規範システ
ムの動作を説明する。規範システムは、図4に示すよう
に、制御対象である動的システム30に入力するべきn
次元ベクトル x0 =(x1 0 ,…,xn 0 ) が初期状態として入力されると、力学系Φがn次元軌道 x(t)=Φ(t,x0 ), を生成し、制御対象である動的システムの出力機構y=
h(x)の下で、 y(t)=h(x(t)), t∈[0,T] とし、m次元軌道 y(t)=(y1 (t),…,ym (t)), t∈
[0,T] を出力する。
First, the operation of the reference system at time [0, T] will be described. The reference system, as shown in FIG. 4, inputs n to the dynamic system 30 to be controlled.
Dimensional vector x 0 = (x 1 0, ..., x n 0) When is input as an initial state, dynamics [Phi is n-dimensional trajectory x (t) = Φ (t , x 0), generates a control Output mechanism y of the target dynamic system
Under h (x), y (t ) = h (x (t)), and t∈ [0, T], m-dimensional trajectory y (t) = (y 1 (t), ..., y m ( t)), t∈
[0, T] is output.

【0025】次に、図3に示す動的システム30の制御
に際して、指定されるデータについて説明する。本発明
では、図4に示すように、K個の初期状態 xk =(x1 k …,xn k ), (k=1,…,
K) と、それらを規範システムに入力したときの出力軌道 yk (t)=(y1 k (t),…,ym k (t)),t
∈[0,T],(k=1,…,K) が、動的システムの制御に際して指定される。
Next, data specified when controlling the dynamic system 30 shown in FIG. 3 will be described. In the present invention, as shown in FIG. 4, K initial states x k = (x 1 k , .., X n k ), (k = 1,.
K) and output trajectories when they are input to the reference system y k (t) = (y 1 k (t),..., Y m k (t)), t
∈ [0, T], (k = 1,..., K) are specified when controlling the dynamic system.

【0026】従って、初期状態と目標軌道の組のデータ (xk ,yk (t)), t∈[0,T], (k
=1,…,K) から、規範システムにおける力学系Φを推定する技術が
必要である。図7は、本発明における規範システムのモ
デルのブロック図を示し、図4における動的システムが
模倣すべき規範システムに対して、力学系Φのモデル
を、相互結合ニューラルネットを用いてアフィン神経力
学系として構築した、規範システムのモデルの例であ
る。本発明では、図7に示すように、規範システムにお
ける力学系Φを、相互結合ニューラルネットを用いてア
フィン神経力学系としてモデル化する手法を用いる。規
範システムにおける力学系Φをモデル化するアフィン神
経力学系は、本発明では、図8に示す層状ニューラルネ
ット学習部10におけるアフィン神経力学系のパラメー
タ作成部12によって獲得される。
Therefore, data (x k , y k (t)), t∈ [0, T], (k
= 1,..., K), a technique for estimating the dynamical system Φ in the reference system is required. FIG. 7 is a block diagram of a model of the reference system according to the present invention. In the reference system to be imitated by the dynamic system in FIG. This is an example of a model of a reference system constructed as a system. In the present invention, as shown in FIG. 7, a method of modeling a dynamical system Φ in a reference system as an affine neurodynamical system using an interconnected neural network is used. In the present invention, the affine neurodynamic system that models the dynamic system Φ in the reference system is acquired by the parameter creation unit 12 of the affine neurodynamic system in the layered neural network learning unit 10 illustrated in FIG.

【0027】2.制御信号作成部20:本発明における
制御信号作成部20では、ニューラルネット学習部10
により学習した入力ユニット数がnで出力ユニット数が
rでパラメータがWの3層ニューラルネット u=gW (x) に、各時刻tにおける動的システムの内部状態 x(t)=(x1 (t),…,xn (t)) を入力し、その出力 u(t)=gW (x(t))=(u1 (t),…,ur
(t)) を、各時刻tにおける制御信号として動的システム30
へフィードバックする。
2. Control signal creation unit 20: In the control signal creation unit 20 of the present invention, the neural network learning unit 10
In the three-layer neural network u = g W (x) with n input units, r output units, and W parameters learned by the above, the internal state of the dynamic system at each time t x (t) = (x 1 (T),..., X n (t)) and outputs u (t) = g W (x (t)) = (u 1 (t) ,.
(T)) as a control signal at each time t.
Feedback to

【0028】3.ニューラルネット学習部10:ニュー
ラルネット学習部10は、計算機システムを用いて実行
される。図8に示すように、ニューラルネット学習部1
0では、制御対象である動的システム30の動力学特性 v=f(x,u) その出力機構 y=h(x), 及び、動的システム30の制御に際して指定されるデー
タである初期状態と目標軌道の組のデータ (xk ,yk (t)), t∈[0,T]、 (k=
1,…,K) が、計算機システムに入力されると、アフィン神経力学
系のパラメータ作成部12により、アフィン神経力学系
のパラメータ μ=(w,A,b) が計算され、入力された制御対象である動的システムの
動力学特性v=f(x,u)と構築されたアフィン神経
ベクトル場
3. Neural network learning unit 10: The neural network learning unit 10 is executed using a computer system. As shown in FIG. 8, the neural network learning unit 1
At 0, the dynamic characteristics of the dynamic system 30 to be controlled v = f (x, u), its output mechanism y = h (x), and the initial state which is data specified when controlling the dynamic system 30 And a set of target trajectories (x k , y k (t)), t∈ [0, T], (k =
,..., K) are input to the computer system, and the parameter creation unit 12 for the affine neurodynamic system calculates the parameters μ = (w, A, b) of the affine neurodynamic system, and the input control. Dynamic property v = f (x, u) of the target dynamic system and constructed affine neural vector field

【0029】[0029]

【数3】 (Equation 3)

【0030】から、層状ニューラルネット作成部13に
より、入力ユニット数がnで出力ユニット数がrの3層
のニューラルネットのパラメータwが計算され、入力ユ
ニット数がnで出力ユニット数がrでパラメータがWの
3層のニューラルネット u=gW (x) を構築し、出力する。
The parameter w of the three-layer neural network having n input units and r output units is calculated by the layered neural network creating unit 13, and the parameter is calculated when the number of input units is n and the number of output units is r. Constructs and outputs a three-layer neural network u = g W (x) of W.

【0031】以下、各部について詳細に説明する。 ・ アフィン神経力学系のパラメータ作成部12:アフ
ィン神経力学系のパラメータ作成部12では、図7に示
す規範システムにおけるn次元力学系のΦのモデルを、
n個の可視ユニットnH 個の隠れユニットを持つ相互結
合ニューラルネットと、n次元空間からr次元空間への
アフィン写像を用いて、アフィン神経力学系として構築
する。具体的には、隠れユニット数 nH , 相互結合ニューラルネットのパラメータ w=(wij),(i=1,…,n+nH ,j=0,1,
…,n+nH ), アフィン写像のパラメータ A=(Aij), (i=1,…,nH , j=1,…,
n), b=(b1 ,…bnH) を計算する。
Hereinafter, each part will be described in detail. Affine neurodynamic system parameter creation unit 12: In the affine neurodynamic system parameter creation unit 12, the Φ model of the n-dimensional dynamic system in the reference system shown in FIG.
An affine neurodynamic system is constructed by using an interconnected neural network having n visible units and n H hidden units and an affine mapping from n-dimensional space to r-dimensional space. Specifically, the number of hidden units n H , the parameters w = (w ij ), (i = 1,..., N + n H , j = 0, 1, 1, of the interconnected neural network)
, N + n H ), Affine mapping parameters A = (A ij ), (i = 1,..., N H , j = 1,.
n), b = (b 1 ,..., b nH ).

【0032】まず、時間[0,T]における、n個の可
視ユニットとnH 個の隠れユニットを持つパラメータw
の相互結合ニューラルネットの動作を説明する。そのよ
うな相互結合ニューラルネットの時刻tでの状態は、n
+nH 次元ベクトル z(t)=(z1 (t),…,zn+nH(t)) により表現され、そのような相互結合ニューラルネット
は、n+nH 次元ベクトル z0 =(z0 1 ,…,z0 n+nH) が初期状態として入力されると、ダイナミクス
First, a parameter w having n visible units and n H hidden units at time [0, T].
The operation of the mutual connection neural network will be described. The state of such an interconnected neural network at time t is n
+ N H dimensional vector z (t) = (z 1 (t),..., Z n + nH (t)), and such an interconnected neural network has an n + n H dimensional vector z 0 = (z 0 1 ,..., Z 0 n + nH ) is input as the initial state,

【0033】[0033]

【数4】 (Equation 4)

【0034】に従ってその状態を更新し、可視ユニット
の状態であるn次元軌道 zV (t)=(z1 (t),…,zn (t), t∈
[0,T] を出力する。次に、パラメータが(A,b)のアフィン
写像の動作を説明する。そのようなアフィン写像は、n
次元ベクトル zV =((zv 1 ,…,(zv n が入力されると、 zH =AzV+b にしたがって、nH 次元ベクトル zH =((zH 1 ,…,(zH nH) を出力する。
The state is updated according to the following equation, and the n-dimensional trajectory z V (t) = (z 1 (t),..., Z n (t), t}
[0, T] is output. Next, the operation of the affine mapping in which the parameters are (A, b) will be described. Such an affine map is n
When the dimension vector z V = ((z v ) 1 ,..., (Z v ) n is input, the n H dimension vector z H = ((z H ) 1 ,..., Z H = A zV + b. and outputs a (z H) nH).

【0035】次に、Next,

【0036】[0036]

【数5】 (Equation 5)

【0037】という関係を持つwと(A,b)に対し
て、パラメータwの相互結合ニューラルネットと、パラ
メータが(A,b)のアフィン写像による、アフィン神
経力学系μ=(w,A,b)の時間[0,T]における
動作を説明する。アフィン神経力学系μ=(w,A,
b)は、初期状態としてn次元ベクトル x=(x1 ,…,xn ) が入力されると、パラメータが(A,b)のアフィン写
像が、n+nH 次元ベクトル z0 =(z0 1 ,…,z0 n+nH) を、
With respect to w and (A, b) having the following relationship, an affine neurodynamic system μ = (w, A, b) based on an interconnected neural network of parameters w and an affine mapping with parameters (A, b) The operation at time [0, T] in b) will be described. Affine neurodynamic system μ = (w, A,
b), when an n-dimensional vector x = (x 1 ,..., x n ) is input as an initial state, an affine mapping with parameters (A, b) becomes an n + n H- dimensional vector z 0 = (z 0 1) , ..., z 0 n + nH )

【0038】[0038]

【数6】 (Equation 6)

【0039】と計算し、このn+nH 次元ベクトルが、
パラメータがwの相互結合ニューラルネットに初期状態
として入力され、この相互結合ニューラルネットが、n
次元軌道 zV (t)=(z1 (t),…,zn (t)), t∈
[0,T] を出力する。
And this n + n H- dimensional vector is
The parameters are initially input to the interconnected neural network of w, and the interconnected neural network
-Dimensional trajectory z V (t) = (z 1 (t),..., Z n (t)), t∈
[0, T] is output.

【0040】次に、図4に示す規範システムにおけるn
次元力学系Φのモデルを、その規範システムの既知の入
出力データである初期状態と目標軌道の組のデータ (xk =(x1 k ,…xn k ),;yk (t)2 =y1
k (t),…,ym k (t))),t∈[0,T],
(k=1,…,K) と、制御すべき動的システムの出力機構 y=h(x)=(h1 (x),…,hm (x)) から、アフィン神経力学系μ=(w,A,b)として構
築する計算法を説明する。
Next, n in the reference system shown in FIG.
The model of the three-dimensional dynamical system Φ is converted into a set of initial state and target trajectory, which is known input / output data of the reference system (x k = (x 1 k ,... X n k ); y k (t) 2 = Y 1
k (t), ..., y m k (t))), t∈ [0, T],
(K = 1,..., K) and the output mechanism of the dynamic system to be controlled y = h (x) = (h 1 (x),..., H m (x)), the affine neurodynamic system μ = A calculation method constructed as (w, A, b) will be described.

【0041】まず、許容誤差ε、学習率ηを設定し、First, an allowable error ε and a learning rate η are set.

【0042】[0042]

【数7】 (Equation 7)

【0043】を計算し保存する。図6に示す2関節ロボ
ットアームの場合には、
Is calculated and stored. In the case of the two-joint robot arm shown in FIG.

【0044】[0044]

【数8】 (Equation 8)

【0045】となる。それから、隠れユニット数nH
定めて、以下の操作を行う。nH は、nH =0から初め
て順次増大させ、誤差Eがε以下になるまで、以下の操
作を繰り返す。 ステップ101) wij,wi0,win+c, Acj,bc (i,j=1,…,
n,c=1,…,nH) を初期化し、
Is as follows. Then, the number of hidden units n H is determined, and the following operation is performed. n H is sequentially increased from n H = 0 for the first time, and the following operation is repeated until the error E becomes equal to or less than ε. Step 101) w ij , w i0 , w in + c , A cj , b c (i, j = 1,...,
n, c = 1,..., n H )

【0046】[0046]

【数9】 (Equation 9)

【0047】を計算し、保存する。 ステップ102) まず、指定された初期状態のデータ xk =(x1 k ,…,xn k ), (k=1,…,K) をパラメータ値がμ=(w,A,b)のアフィン神経力
学系に入力し、その出力 xk (t)=(x1 k (t),…,xn k (t)),
t∈[0,T] を保存する。次に、誤差
Calculate and save. Step 102) First, data x k = (x 1 k ,..., X n k ), (k = 1,..., K) of the designated initial state is converted to a parameter value μ = (w, A, b). Input to the affine neurodynamic system and output x k (t) = (x 1 k (t),..., X n k (t)),
Save t∈ [0, T]. Next, the error

【0048】[0048]

【数10】 (Equation 10)

【0049】を計算する。E≦εならば終了、E≧εの
ときは、次のステップに進む。 ステップ103) アフィン神経力学系のパラメータ値
μ=(w,A,b)を次のように更新し、ステップ10
2に戻る。
Is calculated. If E ≦ ε, the process ends. If E ≧ ε, the process proceeds to the next step. Step 103) The parameter value μ = (w, A, b) of the affine neurodynamic system is updated as follows, and
Return to 2.

【0050】[0050]

【数11】 [Equation 11]

【0051】但し、However,

【0052】[0052]

【数12】 (Equation 12)

【0053】であり、And

【0054】[0054]

【数13】 (Equation 13)

【0055】であり、また、 pk (t)=(p1 k (t),…,pn k (t),t∈
[0,T], (k=1,…,K) は、
And p k (t) = (p 1 k (t),..., P n k (t), t}
[0, T], (k = 1, ..., K) is

【0056】[0056]

【数14】 [Equation 14]

【0057】により計算される。但し、Is calculated. However,

【0058】[0058]

【数15】 (Equation 15)

【0059】である。以上の操作により得られたアフィ
ン神経力学系のパラメータμ=(w,A,b)を、層状
ニューラルネット作成部13に入力する。 ・層状ニューラルネット作成部13:層状ニューラルネ
ット作成部13では、入力層にn個のユニット、中間層
にn p 個のtanhユニット、出力層にr個のユニットを持
ち、重みパラメータがWの層状ニューラルネット u=gW (x) を用意し、中間ユニット数np と重みパラメータwを学
習により獲得する。
Is as follows. Affiliation obtained by the above operation
The parameter μ = (w, A, b) of the neurodynamic
The input is made to the neural network creating unit 13. Layered Neural Network Creation Unit 13: Layered Neural Network
In the packet creation unit 13, n units and an intermediate layer
To n pTanh units and r units in the output layer
That is, a layered neural network with weight parameter W = u = gW(X) is prepared and the number of intermediate units is npAnd weight parameter w
Acquired by learning.

【0060】以下、層状ニューラルネットu=g
W (x)の学習方法について説明する。まず、許容誤差
εW を設定し、S個のn次元データ qs =(q1 s ,…,qn s ), (s=1,…,S) をランダムに発生させる。次に、入力されたアフィン神
経力学系パラメータμ=(w,A,b)に対して、制御
対象の動的システムが模倣すべき規範システムの動力学
特性である、アフィン神経ベクトル場
Hereinafter, the layered neural network u = g
The learning method of W (x) will be described. First, to set the allowable error epsilon W, S number of n-dimensional data q s = (q 1 s, ..., q n s), (s = 1, ..., S) to generate randomly. Next, for the input affine neurodynamic system parameter μ = (w, A, b), the affine neural vector field, which is the dynamic characteristic of the reference system to be imitated by the dynamic system to be controlled,

【0061】[0061]

【数16】 (Equation 16)

【0062】を計算する。但し、Is calculated. However,

【0063】[0063]

【数17】 [Equation 17]

【0064】である。それから、誤差EW を、Is as follows. Then, the error E W,

【0065】[0065]

【数18】 (Equation 18)

【0066】と設定し、誤差EW がεW 以下になるよう
に、層状ニューラルネットu=gW (x)を学習させ
る。この種の層状ニューラルネットの学習は周知である
ので、詳しい説明は省略する。そして、学習が終わった
層状ニューラルネット u=gW (x) を出力する。
Then, the layered neural network u = g W (x) is learned so that the error E W is equal to or smaller than ε W. This type of learning of a layered neural network is well known, and therefore detailed description is omitted. Then, the layered neural network u = g W (x) for which learning has been completed is output.

【0067】また、上記の動作をプログラムとして構築
し、制御装置として利用されるコンピュータに接続され
るディスク装置や、フロッピーディスクやCD−ROM
等の可搬記憶媒体に格納しておき、本発明を実施する際
にインストールすることにより容易に本発明を実現でき
る。なお、本発明は、上記の例に限定されることなく、
特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能である。
A disk device connected to a computer used as a control device by constructing the above operation as a program, a floppy disk or a CD-ROM
The present invention can be easily realized by storing the program in a portable storage medium such as the above, and installing it when implementing the present invention. It should be noted that the present invention is not limited to the above example,
Various modifications and applications are possible within the scope of the claims.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、n個の
内部変数とr個の制御入力変数とm個の出力変数を持つ
非線形動的システムと初期内部状態に対する運動の目標
軌道出力が指定されたとき、この指定された制御目標軌
道を発生する規範システムのモデルを構築でき、この非
線形動的システムの動作がこの規範システムの動作を模
倣できるようなこの非線形動的システムに入力するr次
元制御信号を生成することができので、非線形動的シス
テムが規範システムの動作を模倣するという制御が実現
できるという効果がある。
As described above, the present invention provides a non-linear dynamic system having n internal variables, r control input variables, and m output variables, and a desired trajectory output of the motion for the initial internal state. When specified, a model of the reference system that generates the specified control target trajectory can be constructed, and the input of the non-linear dynamic system such that the operation of the non-linear dynamic system can mimic the operation of the reference system. Since the dimension control signal can be generated, there is an effect that control that the nonlinear dynamic system imitates the operation of the reference system can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

【図2】本発明の原理構成図である。FIG. 2 is a principle configuration diagram of the present invention.

【図3】本発明において制御対象である動的システムの
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a dynamic system to be controlled in the present invention.

【図4】本発明の動的システムが模倣すべき規範システ
ムのブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a reference system to be imitated by the dynamic system of the present invention.

【図5】本発明における動的システムの制御のブロック
図である。
FIG. 5 is a block diagram of control of a dynamic system according to the present invention.

【図6】本発明の制御対象である動的システムの例であ
る。
FIG. 6 is an example of a dynamic system to be controlled by the present invention.

【図7】本発明における規範システムのモデルのブロッ
ク図である。
FIG. 7 is a block diagram of a model of a reference system according to the present invention.

【図8】本発明の動的システムの制御におけるニューラ
ルネット学習部の詳細図である。
FIG. 8 is a detailed diagram of a neural network learning unit in the control of the dynamic system according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力手段 2 アフィン神経力学系のパラメータ作成手段 3 層状ニューラルネット作成手段 4 制御信号作成手段 10 ニューラルネット学習部 11 入力部 12 アフィン神経力学系のパラメータ作成部 13 層状ニューラルネット作成部 20 制御信号作成部 30 動的システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input means 2 Parameter creation means of affine neurodynamic system 3 Layered neural network creation means 4 Control signal creation means 10 Neural network learning unit 11 Input unit 12 Parameter creation unit of affine neurodynamic system 13 Layered neural network creation unit 20 Control signal creation Part 30 Dynamic system

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロボットを含む動的システムの運動制御
を行うためのニューラルネットによる動的システムの制
御方法において、 n個の内部状態変数とr個の制御入力変数とm個の出力
変数を持つ動的システムに対して、該動的システムの動
力学特性と出力機構が与えられ、該動的システムの制御
目標として、初期内部状態のn次元ベクトルと、該n次
元ベクトルに対する時間[0,T]での動的システムの
運動の出力であるm次元出力軌道の組のデータがK個指
定されたとき、該K個の制御目標軌道のデータを、n次
元力学系に基づいた内部状態の時間発展と該動的システ
ムの出力機構の下で、発生することができる規範システ
ムの動力特性を実現する、相互結合ニューラルネットと
アフィン写像を作成し、 制御対象の動的システムの動力学特性を、相互結合ニュ
ーラルネットと前記アフィン写像により構成される前記
機関システムの動力学特性のアフィン神経ベクトル場を
模倣するように変更する、n次元状態ベクトルからr次
元状態ベクトルへの変換の層状ニューラルネットを作成
し、 前記動的システムに入力するr次元信号を、該動的シス
テムの内部状態から生成する層状ニューラルネットを作
成し、 層状ニューラルネットを用いて、制御対象である前記動
的システムの各時刻における内部状態から、制御のため
に各時刻で該動的システムに入力するr次元制御信号を
作成することを特徴とするニューラルネットによる動的
システムの制御方法。
1. A method for controlling a dynamic system using a neural network for controlling motion of a dynamic system including a robot, comprising: n internal state variables, r control input variables, and m output variables. For the dynamic system, the dynamic characteristics and output mechanism of the dynamic system are given, and as a control target of the dynamic system, the n-dimensional vector of the initial internal state and the time [0, T When K data of a set of m-dimensional output trajectories, which are the outputs of the motions of the dynamic system, are designated, the data of the K control target trajectories is converted into the time of the internal state based on the n-dimensional dynamic system. Under the evolution and output mechanism of the dynamic system, create an interconnected neural network and affine mapping to realize the dynamic characteristics of the reference system that can be generated, A layered neural of the transformation from an n-dimensional state vector to an r-dimensional state vector that changes properties to mimic the affine neural vector field of the dynamics properties of the engine system composed of an interconnected neural network and the affine mapping Creating a layered neural network for generating an r-dimensional signal to be input to the dynamic system from an internal state of the dynamic system; and using the layered neural network, A method for controlling a dynamic system by a neural network, wherein an r-dimensional control signal to be input to the dynamic system at each time for control is created from the internal state at each time.
【請求項2】 ロボットを含む動的システムの運動制御
を行うためのニューラルネットによる動的システムの制
御システムであって、 n個の内部状態変数とr個の制御入力変数とm個の出力
変数を持つ動的システムに対して、該動的システムの動
力学特性と出力機構を入力し、該動的システムの制御目
標として、初期内部状態のn次元ベクトルと、該n次元
ベクトルに対する時間[0,T]での動的システムの運
動の出力であるm次元出力軌道の組のデータをK個指定
する入力手段と、 K個の制御目標軌道のデータを、n次元力学系に基づい
た内部状態の時間発展と該動的システムの出力機構の下
で、発生することができる規範システムの動力特性を実
現する、相互結合ニューラルネットとアフィン写像を作
成するアフィン神経力学系のパラメータ作成手段と、 制御対象の動的システムの動力学特性を、相互結合ニュ
ーラルネットと前記アフィン写像により構成される前記
規範システムの動力学特性のアフィン神経ベクトル場を
模倣するように変更する、n次元状態ベクトルからr次
元状態ベクトルへの変換の層状ニューラルネットを作成
し、該動的システムに入力するr次元信号を、該動的シ
ステムの内部状態から生成する層状ニューラルネットを
作成する層状ニューラルネット作成手段と、 前記層状ニューラルネット作成手段で作成された前記層
状ニューラルネットを用いて、制御対象である前記動的
システムの各時刻における内部状態から、制御のために
各時刻で該動的システムに入力するr次元制御信号を作
成する制御信号作成手段とを有することを特徴とするニ
ューラルネットによる動的システムの制御システム。
2. A control system for a dynamic system using a neural network for performing motion control of a dynamic system including a robot, wherein n internal state variables, r control input variables, and m output variables. , The dynamic characteristics and output mechanism of the dynamic system are input, and as a control target of the dynamic system, an n-dimensional vector of the initial internal state and a time [0 , T], input means for designating K data of a set of m-dimensional output trajectories, which are outputs of the motion of the dynamic system in K, and K data of the control target trajectories are converted into an internal state based on an n-dimensional dynamical system. A paraffin of an affine neurodynamic system that creates an interconnected neural network and an affine map, realizing the dynamics of the reference system that can be generated under the time evolution of the dynamic system and the output mechanism of the dynamic system Data creation means, the dynamic characteristic of the dynamic system to be controlled is changed to imitate the affine neural vector field of the dynamic characteristic of the reference system constituted by the interconnected neural network and the affine mapping, A layered neural network for creating a layered neural network for conversion from an n-dimensional state vector to an r-dimensional state vector and for generating an r-dimensional signal to be input to the dynamic system from the internal state of the dynamic system A network creation unit, and using the layered neural network created by the layered neural network creation unit, from the internal state of the dynamic system to be controlled at each time, to control the dynamic system at each time for control. Control signal generating means for generating an r-dimensional control signal to be input to the Control system of dynamic system by net.
【請求項3】 ロボットを含む動的システムの運動制御
を行うためのニューラルネットによる動的システムの制
御プログラムを格納した記憶媒体であって、 n個の内部状態変数とr個の制御入力変数とm個の出力
変数を持つ動的システムに対して、該動的システムの動
力学特性と出力機構が与えられ、該動的システムの制御
目標として、初期内部状態のn次元ベクトルと、該n次
元ベクトルに対する時間[0,T]での動的システムの
運動の出力であるm次元出力軌道の組のデータがK個指
定されたとき、該K個の制御目標軌道のデータを、n次
元力学系に基づいた内部状態の時間発展と該動的システ
ムの出力機構の下で、発生することができる規範システ
ムの動力特性を実現する、相互結合ニューラルネットと
アフィン写像を作成するアフィン神経力学系のパラメー
タ作成プロセスと、 制御対象の動的システムの動力学特性を、相互結合ニュ
ーラルネットと前記アフィン写像により構成される前記
規範システムの動力学特性のアフィン神経ベクトル場を
模倣するように変更する、n次元状態ベクトルからr次
元状態ベクトルへの変換の層状ニューラルネットを作成
し、該動的システムに入力するr次元信号を、該動的シ
ステムの内部状態から生成する層状ニューラルネットを
作成する層状ニューラルネット作成プロセスと、 前記層状ニューラルネット作成プロセスで作成された前
記層状ニューラルネットを用いて、制御対象である前記
動的システムの各時刻における内部状態から、制御のた
めに各時刻で該動的システムに入力するr次元制御信号
を作成する制御信号作成プロセスとを有することを特徴
とするニューラルネットによる動的システムの制御プロ
グラムを格納した記憶媒体。
3. A storage medium storing a control program of a dynamic system using a neural network for performing motion control of a dynamic system including a robot, wherein n internal state variables, r control input variables, For a dynamic system having m output variables, a dynamic characteristic and an output mechanism of the dynamic system are given, and as a control target of the dynamic system, an n-dimensional vector of an initial internal state, the n-dimensional vector, When K data of a set of m-dimensional output trajectories, which are outputs of the motion of the dynamic system at time [0, T] with respect to the vector, are specified, the data of the K control target trajectories is converted to an n-dimensional dynamic system. Af that creates an interconnected neural network and an affine mapping that realizes the dynamics of the reference system that can be generated under the time evolution of the internal state based on the dynamics and the output mechanism of the dynamic system The parameter creation process of the neurodynamic system and the dynamic characteristics of the dynamic system to be controlled are imitated by imitating the affine neural vector field of the dynamic characteristics of the reference system composed of the interconnected neural network and the affine mapping. , A layered neural network for converting an n-dimensional state vector to an r-dimensional state vector is created, and an r-dimensional signal to be input to the dynamic system is generated by a layered neural network that generates from an internal state of the dynamic system. Using the layered neural network creation process to be created, and using the layered neural network created in the layered neural network creation process, from the internal state at each time of the dynamic system to be controlled, at each time for control, Control signal generation process for generating an r-dimensional control signal to be input to the dynamic system Storage medium storing a control program of a dynamic system by neural network and having a.
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