2021/04/20 更新

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ヒラモト カズヒコ
平元 和彦
HIRAMOTO Kazuhiko
所属
教育研究院 自然科学系 生産デザイン工学系列 教授
自然科学研究科 材料生産システム専攻 機械科学 教授
工学部 工学科 教授
職名
教授
外部リンク

学位

  • 博士(工学) ( 2000年4月   秋田大学 )

研究分野

  • ライフサイエンス / リハビリテーション科学

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 制御、システム工学

  • 情報通信 / 機械力学、メカトロニクス

  • 情報通信 / ロボティクス、知能機械システム

  • 情報通信 / 機械力学、メカトロニクス

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 制御、システム工学

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経歴(researchmap)

  • 新潟大学   自然科学系   准教授

    2010年4月 - 2015年3月

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  • Visiting Professor, University of Houston

    2003年10月 - 2004年7月

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  • 秋田大学   工学資源学部   准教授

    2000年4月 - 2010年3月

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  • 秋田大学   鉱山学部   助手

    1996年6月 - 2000年3月

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  • 秋田大学

    1996年 - 2000年

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  • 秋田大学

    1994年4月 - 1996年5月

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  • Department of Mechanical Engineering Mining

    1994年 - 1996年

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  • College, Akita University,

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  • Technical Official

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経歴

  • 新潟大学   工学部 工学科   教授

    2017年4月 - 現在

  • 新潟大学   自然科学研究科 材料生産システム専攻 機械科学   教授

    2015年4月 - 現在

  • 新潟大学   生産システム   教授

    2015年4月 - 2017年3月

  • 新潟大学   生産システム   准教授

    2010年4月 - 2015年3月

  • 新潟大学   自然科学研究科 材料生産システム専攻   准教授

    2010年4月 - 2015年3月

学歴

  • 秋田大学   Graduate School, Division of Mining  

    - 1994年

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  • 秋田大学    

    - 1994年

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    国名: 日本国

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所属学協会

 

論文

  • Active vibration control of structural systems with a preview of a future seismic waveform generated by remote waveform observation data and an artificial intelligence–based waveform estimation system 査読

    Kazuhiko Hiramoto, Taichi Matsuoka

    Journal of Vibration and Control26 ( 17-18 ) 1602 - 1613   2020年9月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SAGE Publications  

    We propose a new active vibration control strategy of structural systems based on the information of future seismic waveform observed in remote observation sites. The observed waveform information of the remote site is transmitted by a waveform transmission network to the structure under control. The waveform transmission network is realized by interconnecting multiple controlled structures and observation sites. By using the remote waveform containing the future information of the disturbance at the location of the controlled structure, we propose an active control method that achieves fairly higher control performance over conventional methodologies. A preview control consisting of the state-feedback and feedforward control (preview action) is adopted as the control law. For the preview action, a future seismic waveform in some time interval is needed. Because the future seismic waveform is not available, the preview action contributing the performance improvement is generally impossible. To get over this difficulty, an artificial intelligence–based waveform estimation system to estimate the future seismic waveform is proposed. The core of the wave estimation system is a multi-layered artificial neural network. Through a small-scale simulation study with a recorded seismic event in Japan, we show that the proposed control method achieves much higher control performance over the optimized [Formula: see text] state-feedback control law.

    DOI: 10.1177/1077546319901024

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    その他リンク: http://journals.sagepub.com/doi/full-xml/10.1177/1077546319901024

  • 慣性質量要素を有する振動制御デバイスを適用した配管系の動的最適設計 査読

    山崎 一生, 平元 和彦

    日本機械学会論文集86 ( 891 ) 20 - 00059   2020年

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    担当区分:最終著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1299/transjsme.20-00059

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  • Adaptive Gain Scheduled Semiactive Vibration Control Using a Neural Network 査読

    Kazuhiko Hiramoto, Taichi Matsuoka, Katsuaki Sunakoda

    Shock and Vibration2018 ( 3762784 )   2018年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Hindawi Limited  

    We propose an adaptive gain scheduled semiactive control method using an artificial neural network for structural systems subject to earthquake disturbance. In order to design a semiactive control system with high control performance against earthquakes with different time and/or frequency properties, multiple semiactive control laws with high performance for each of multiple earthquake disturbances are scheduled with an adaptive manner. Each semiactive control law to be scheduled is designed based on the output emulation approach that has been proposed by the authors. As the adaptive gain scheduling mechanism, we introduce an artificial neural network (ANN). Input signals of the ANN are the measured earthquake disturbance itself, for example, the acceleration, velocity, and displacement. The output of the ANN is the parameter for the scheduling of multiple semiactive control laws each of which has been optimized for a single disturbance. Parameters such as weight and bias in the ANN are optimized by the genetic algorithm (GA). The proposed design method is applied to semiactive control design of a base-isolated building with a semiactive damper. With simulation study, the proposed adaptive gain scheduling method realizes control performance exceeding single semiactive control optimizing the average of the control performance subject to various earthquake disturbances.

    DOI: 10.1155/2018/3762784

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  • Active/semi-active hybrid control for motion and vibration control of mechanical and structural systems 査読

    Kazuhiko Hiramoto, Karolos M. Grigoriadis

    JOURNAL OF VIBRATION AND CONTROL22 ( 11 ) 2704 - 2718   2016年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SAGE PUBLICATIONS LTD  

    As a new control design framework for motion and vibration control of mechanical and structural systems, an active/semi-active hybrid control (ASHC) methodology is proposed in this paper. In the proposed ASHC framework, a mechanical system that has both an actuator for motion and vibration control, and a semi-active control device, e.g., MR damper, for vibration control is defined as a control configuration. Depending on the location of the actuator and the semi-active device, two ASHC problems are formulated as optimization problems of the control performance on the motion and vibration control. In the ASHC approach, the higher control performance is accomplished by the cooperative and complementary control of the actuator and the semi-active control device. Some solution candidates and design examples are presented to show the effectiveness and the importance of the ASHC framework.

    DOI: 10.1177/1077546314550700

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  • Semi-active vibration control of structural systems based on a reference active control law: output emulation approach 査読

    Kazuhiko Hiramoto, Taichi Matsuoka, Katsuaki Sunakoda

    STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING23 ( 3 ) 423 - 445   2016年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL  

    A new semi-active control strategy that approximates a predicted control output of a reference active control is proposed. A variable parameter of a semi-active control device is selected at every time instant so that the predicted control output of the semi-active control system becomes close to the corresponding predicted control output of the reference active control as much as possible. Parameters of the reference active control law are optimized in the premise of the aforementioned output emulation' strategy so that the control performance of the semi-active control becomes good and the error' in the sense of achieved control performance between the reference active control and semi-active control systems becomes small. A pole placement method based on a linear matrix inequality (LMI) framework is adopted as the reference active control law. Parameters to determine the domain in the complex plane where the closed-loop poles are placed are searched so that control performance of the semi-active control system based on the output emulation approach is optimized. Copyright (c) 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI: 10.1002/stc.1770

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  • Seismic response control using electromagnetic inertial mass dampers 査読

    Yutaka Nakamura, Akira Fukukita, Kazuo Tamura, Issei Yamazaki, Taichi Matsuoka, Kazuhiko Hiramoto, Katsuaki Sunakoda

    EARTHQUAKE ENGINEERING & STRUCTURAL DYNAMICS43 ( 4 ) 507 - 527   2014年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL  

    This paper presents a new type of electromagnetic damper with rotating inertial mass that has been developed to control the vibrations of structures subjected to earthquakes. The electromagnetic inertial mass damper (EIMD) consists of a ball screw that converts axial oscillation of the rod end into rotational motion of the internal flywheel and an electric generator that is turned by the rotation of the inner rod. The EIMD is able to generate a large inertial force created by the rotating flywheel and a variable damping force developed by the electric generator. Device performance tests of reduced-scale and full-scale EIMDs were undertaken to verify the basic characteristics of the damper and the validity of the derived theoretical formulae. Shaking table tests of a three-story structure with EIMDs and earthquake response analyses of a building with EIMDs were conducted to demonstrate the seismic response control performance of the EIMD. The EIMD is able to reduce story drifts as well as accelerations and surpasses conventional types of dampers in reducing acceleration responses. Copyright (c) 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI: 10.1002/eqe.2355

    Web of Science

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  • Simultaneous optimal design of the structural model for the semi-active control design and the model-based semi-active control 査読

    Kazuhiko Hiramoto, Taichi Matsuoka, Katsuaki Sunakoda

    STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING21 ( 4 ) 522 - 541   2014年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL  

    Various semi-active control methods have been proposed for vibration control of civil structures. In contrast to active vibration control systems, all semi-active control systems are essentially asymptotically stable because of the stability of general structural systems with structural damping and the energy dissipative nature of the semi-active control itself. In this study, by utilizing the aforementioned property on the stability of semi-active control systems, a structural model for the semi-active control design and a model-based semi-active control law are simultaneously designed so that the control performance of the resulting semi-active control system becomes good. The model for the control system design is assumed to be a linear parameter varying model with adjustable structural design parameters. The semi-active control law is based on the one step ahead prediction of the structural response of the designed model for the control system design. A genetic algorithm is adopted to obtain design parameters in the model for the control system design and the semi-active control law. Those design parameters are optimized so that the closed-loop system with the detailed dynamic model that accurately approximates the dynamic behavior of the real structural system and the semi-active control law obtained with the model for the control system design. The effectiveness of the present approach is shown with a simulation study. Copyright (c) 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI: 10.1002/stc.1581

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  • Cooperative Control Method of Active and Semiactive Control: New Framework for Vibration Control 査読

    Kazuhiko Hiramoto

    MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING2014 ( 518276 )   2014年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:HINDAWI PUBLISHING CORPORATION  

    A new control design framework for vibration control, the cooperative control of active and semiactive control, is proposed in the paper. In the cooperative control, a structural system having both of an actuator and a semiactive control device, for example, MR damper and so forth, is defined as the control object. In the proposed control approach, the higher control performance is aimed by the cooperative control between the active control with the actuator and the semiactive control with the semiactive control device. A design method to determine the active control input and the command signal to drive the semiactive control device based on the one-step prediction of the control output is proposed. A simulation example of a control system design for a benchmark building is presented to show the effectiveness of the proposed control framework.

    DOI: 10.1155/2014/518276

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  • Control system design of mechanical systems with time varying mechanical and control parameters 査読

    Kazuhiko Hiramoto

    JOURNAL OF ADVANCED MECHANICAL DESIGN SYSTEMS AND MANUFACTURING8 ( 3 )   2014年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:JAPAN SOC MECHANICAL ENGINEERS  

    A new control framework of motion and/or vibration control system design for mechanical systems with a time varying mechanical and control parameters is studied. As examples of such time varying mechanical and control parameters, we can assume a variable damping or stiffness parameter of semi-active control devices and a time varying weighting function in a generalized plant respectively. The mechanical system in the present study is assumed to have also an actuator for active motion and/or vibration control. The active control law to drive the actuator is obtained by a gain-scheduling controller based on linear matrix inequalities (LMIs) so that the closed-loop system is stable for all assumed values of the time varying mechanical and control parameters in the generalized plant. We use the adjustability of the time varying mechanical and control parameters in the closed-loop system to realize given control specifications. As the control law of the time varying parameters in the closed-loop system, a multi-layered feedforward artificial neural network (ANN) is designed as a dynamic map from available signals in the control system to time varying mechanical and control parameters. Design parameters of the ANN are optimized with a genetic algorithm (GA). With a design example of an active positioning and vibration control of a mechanical system with variable damping coefficient, the proposed design approach is shown to be capable of achieving highly sophisticated control specifications that are hard to be satisfied by conventional control methods.

    DOI: 10.1299/jamdsm.2014jamdsm0028

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  • Simultaneous Optimal Design of the Lyapunov-Based Semi-Active Control and the Semi-Active Vibration Control Device: Inverse Lyapunov Approach 査読

    Kazuhiko Hiramoto, Taichi Matsuoka, Katsuaki Sunakoda

    JOURNAL OF PRESSURE VESSEL TECHNOLOGY-TRANSACTIONS OF THE ASME134 ( 6 )   2012年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ASME  

    We address a simultaneous optimal design problem of a semi-active (SA) control law and design parameters in a semi-active control device for civil structures. The vibration control device (VCD) that is being developed by authors is used as the semi-active control device. The VCD is composed of a ball screw with a flywheel for the inertial resistance force and an electric motor with an electric circuit for the damping resistance force. A new bang-bang type semi-active control law referred to as inverse Lyapunov approach is proposed. In the inverse Lyapunov approach, the Lyapunov matrix in the bang-bang type semi-active control based on the Lyapunov function is searched so that the control performance of the semi-active control system is optimized. Design parameters to determine the Lyapunov function and those of the VCD are optimized with the genetic algorithm (GA). The effectiveness of the proposed approach is presented with simulation studies. [DOI: 10.1115/1.4007033]

    DOI: 10.1115/1.4007033

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  • Iterative System Identification and Controller Design with an LMI-Based Framework: Windsurfer-Like Approach 査読

    Kazuhiko Hiramoto

    JOURNAL OF APPLIED MATHEMATICS2012 ( 328186 )   2012年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:HINDAWI PUBLISHING CORPORATION  

    An LMI-based method for the integrated system identification and controller design is proposed in the paper. We use the fact that a class of a system identification problem results in an LMI optimization problem. By combining LMIs for the system identification and those to obtain a discrete time controller we propose a framework to integrate two steps for the model-based control system design, that is, the system identification and the controller synthesis. The framework enables us to obtain a good model for control and a model-based feedback controller simultaneously in the sense of the closed-loop performance. An iterative design algorithm similar to so-called Windsurfer Approach is presented.

    DOI: 10.1155/2012/328186

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  • Inverse Lyapunov Approach for semi-active control of civil structures 査読

    K. Hiramoto, T. Matsuoka, K. Sunakoda

    STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING18 ( 4 ) 382 - 403   2011年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL  

    In the present paper an Inverse Lyapunov method in a bang-bang type semi-active control for civil structures is proposed. The vibration control device (VCD) that has been developed by authors is employed for the semi-active control. The VCD is installed between two neighboring stories of structures like general dampers and generates two types of resistance forces, i.e. an inertial force proportional to the relative acceleration and a damping force proportional to the relative velocity of the two floors. The damping coefficient of the VCD can be changed by a command signal to an electric circuit connected to the VCD. In conventional Lyapunov-based semi-active control the Lyapunov function is firstly determined, mostly it is defined as the sum of the kinetic and potential energies at every instant, and the bang-bang type control is derived so that the dissipation rate of the defined Lyapunov function (the total energy) is maximized. In this paper, conversely, we assume the simple bang-bang type control firstly and then the Lyapunov function is searched so that the high performance on vibration suppression of civil structures, e. g. small relative displacement between adjacent two floors and absolute acceleration of each storey, etc., is achieved. Genetic Algorithm is adopted for the search of the Lyapunov function. Structural responses subject to recorded and artificial earthquake waves are used in the searching process. We show the effectiveness of the proposed Inverse Lyapunov Approach with a simulation example for a 15-storey building with three VCDs. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI: 10.1002/stc.375

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  • Integrated Design of Structural and Semi-active Control Systems: Inverse Lyapunov Approach 査読

    K. Hiramoto, T. Matsuoka, A. Fukukita, K. Sunakoda

    Journal of System Design and Dynamics5 ( 5 ) 665 - 680   2011年

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  • 建築構造物に対する構造系とセミアクティブ制御系の統合化設計

    平元和彦, 松岡太一, 砂子田勝昭, 福喜多輝, 山崎一生

    日本機械学会論文集C編76 ( 765 ) 1193 - 1200   2010年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1299/kikaic.76.1193

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  • Integrated design of large-scale collocated structural system and control parameters using a norm upper bound approach 査読

    Mona Meisami-Azad, Javad Mohammadpour Velni, Kazuhiko Hiramoto, Grigoriadis M. Karolos

    Efficient Modeling and Control of Large-Scale Systems   305 - 328   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:論文集(書籍)内論文   出版者・発行元:Springer US  

    The traditional design optimization of system parameters and a feedback controller usually follows a sequential strategy, where the open-loop system parameters are optimized first, followed by the controller design. However, this design strategy will not lead to an optimal closed-loop performance due to the coupled nature of the plant and controller optimization problems. Specifically, this two-step design methodology does not utilize the full design freedom to achieve an optimal overall system. It has been shown that the overall system performance can be significantly improved if the design process of the plant and the control system is integrated [17,18,28-30]. The integrated design strategy corresponds to a simultaneous optimization of the design parameters of both the plant and the controller to satisfy desired set of design specifications and to optimize the closed-loop system performance. Past research work has demonstrated the improved performance achieved using the integrated design strategy compared to the sequential method of design. © 2010 Springer Science+Business Media, LLC.

    DOI: 10.1007/978-1-4419-5757-3_12

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  • Bang-bang type semi-active control of civil structures, A prediction-based approach

    K. Hiramoto, T. Matsuoka, K. Sunakoda, A. Fukukita, I. Yamazaki

    Journal of System Design and Dynamics4 ( 1 ) 103 - 114   2010年

  • Upper bound H-infinity and H-2 control for collocated structural systems

    K. Hiramoto, K. Grigoriadis

    STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING16 ( 4 ) 425 - 440   2009年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL  

    A static-rate-feedback control for collocated structural systems is considered in this paper. The feedback gain matrix is obtained by solving linear matrix inequalities (LMIs) to minimize an upper bound of the closed-loop H-infinity or H-2 norm. The LMI conditions are obtained by assuming the form of Lyapunov matrices in the standard LMI conditions for evaluating the H-infinity or H-2 norm. We demonstrate that the obtained upper bounds of the H-infinity and H-2 norms closely match their actual values, respectively, when a relatively large amount of energy is allowed for the control. A decentralized rate feedback controller that globally minimizes the upper bound of the closed-loop H-infinity or H-2 norm can also be obtained with the proposed framework. Furthermore, if the coefficient matrices of the system's equations of motion are linear functions of structural design parameters, the obtained result for the controller synthesis can be easily extended to an integrated design problem of structural and control systems, a simultaneous optimal design of the structural design parameters and the feedback controller, while retaining the LMI structure with respect to the feedback gain matrix and structural design parameters. This fact means that the global optimal solution to the integrated design problem, which is generally hard to solve in a global sense, can be obtained if we take the upper bound of the closed-loop norm as the objective function. Copyright (c) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI: 10.1002/stc.261

    Web of Science

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  • ナノモーションアクチュエータに対するPID制御器の設計

    長縄明大, 平元和彦, 古谷将人, 渋谷 嗣, 森 英季

    日本機械学会論文集C編74 ( 741 ) 1303   2009年

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  • Biomechanical analysys of lower extremities during conventional and functional electrical stimulation (FES) rowing in non-disabled individuals

    M. Takeshima, Y. Shimada, T. Matsunaga, T. Iwami, K. Hiramoto

    Akita Journal of Medicine36 ( 3 ) 203   2009年

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  • 受動・準能動の双方に適応可能な電磁抵抗型制振装置

    砂子田勝昭, 松岡太一, 平元和彦, 福喜多輝

    日本機械学会論文集C編75 ( 758 ) 2659   2009年

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  • アクティブゲインスケジューリング-LPV システムとゲインスケジューリング制御の協調-

    平元和彦, 川村光貴, 三浦憲幸

    日本機械学会論文集C編74 ( 741 )   2008年

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  • 消散システム理論に基づく二値切替型セミアクティブ制御系の設計

    平元和彦, 松岡太一, 砂子田勝昭

    日本建築学会構造系論文集 ( 621 ) 33   2007年

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  • LMIによるロボットマニピュレータの動力学パラメータの大域的最適設計

    小笠原伸二, 平元和彦, 土岐 仁

    機械学会論文集C編73 ( 734 ) 2742   2007年

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  • Integrated design of structural and control systems based on a polynomial matrix approach: A unified framework for structural and/or control design

    K. Hiramoto, H. Inayoshi

    Journal of System Design and Dynamics1 ( 3 ) 605 - 616   2007年

  • 発電式振動抑制装置に関する研究

    松岡太一, 砂子田勝昭, 平元和彦

    日本機械学会論文集C編73 ( 735 ) 2926 - 2931   2007年

  • Integrated design of structural and control systems with a homotopy like iterative method

    K. Hiramoto, K. M. Grigoriadis

    INTERNATIONAL JOURNAL OF CONTROL79 ( 9 ) 1062 - 1073   2006年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:TAYLOR & FRANCIS LTD  

    We consider an integrated design problem of structural and control systems. It is well known that even the simplest formulation of this problem results in a kind of a BMI problem. In this paper, homotopy-like iterative design method based on LMIs is proposed to obtain an optimal plant and a controller simultaneously for a full-order output feedback problem. We can deal with a multiobjective problem, e. g., H-2/H-infinity control problem etc. in the proposed design method. We can also optimize structural design parameters appearing non-linearly in the coefficient matrices of the plant state space form using the first order approximation of the non-linear dependence in the proposed algorithm. Several design examples show that the proposed algorithm works quite effectively for various integrated design problems.

    DOI: 10.1080/00207170600750105

    Web of Science

    CiNii Article

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  • ロボットマニピュレータのLMIによる機構設計法とゲインスケジューリング手法を用いた構造・制御系の同時最適設計

    小笠原伸二, 平元和彦, 土岐 仁

    計測自動制御学会論文集42 ( 11 ) 1217   2006年

  • 構造系とゲインスケジュールドコントローラの統合化設計

    平元和彦, 中道健太

    日本機械学会論文集C編72 ( 718 ) 1785 - 1792   2006年

  • Simultaneous optimal design of structural and control systems for cantilevered pipes conveying fluid

    K Hiramoto, H Doki

    JOURNAL OF SOUND AND VIBRATION274 ( 3-5 ) 685 - 699   2004年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACADEMIC PRESS LTD ELSEVIER SCIENCE LTD  

    We consider a shape optimization problem for a cantilevered pipe conveying fluid. The outer diameter distribution of the pipe and the location of the sensor and the actuator are optimized such that the critical flow velocity of the closed-loop system is maximized. The outer diameter distribution is optimized such that the total volume of the pipe is unchanged with the initial diameter distribution. The critical flow velocity of the closed-loop system is defined as the flow velocity which cannot be stabilized by active control law with a predetermined energy quantity. By this definition, it is physically reasonable comparing the quality of several design candidates since all candidates are actively controlled with the same energy consumption. We propose a method for obtaining the critical flow velocity with consideration of the amount of computation for the optimal design. This optimal design problem results in a maximization problem with equality and inequality constraints. We adopt simulated annealing method which is known as one of discrete optimization techniques for obtaining the optimal design. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/S0022-460X(03)00745-4

    Web of Science

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  • Development of new ski-system for legs-disabled persons

    H. Doki, K. Hiramoto, M. Tanaka

    The Engineering of Sports 4, Edited by S.Ujihashi and S.J.Haake,Blackwell Publishing   609 - 615   2002年

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  • 片持送水管に対する構造系と制御系の同時最適設計(複合送水管に対する実験的検証)

    土岐 仁, 平元 和彦, 齊藤 勇, 宮崎 智充

    日本機械学会論文集(C編)68 ( 667 ) 817 - 824   2002年

  • 解析的アプローチに基づく構造系と制御系の同時最適化(DVDFB制御の場合)

    孫 會秀, 大日方 五郎, 土岐 仁, 平元 和彦

    日本機械学会論文集(C編)68 ( 670 ) 1728 - 1734   2002年

  • Simultaneous optimal design of structure and control systems based on Youla parameterization 査読

    K Hiramoto, H Doki, C Obinata

    JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES C-MECHANICAL SYSTEMS MACHINE ELEMENTS AND MANUFACTURING43 ( 2 ) 326 - 334   2000年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:JAPAN SOC MECHANICAL ENGINEERS  

    This paper deals with simultaneous optimal design of structure and control systems. For structures with collocated sensors and actuators, a stabilizing state-feedback gain and an estimator gain can be obtained easily. Using these two gain matrices, we can parameterize all stabilizing controllers for the structure by Youla parameterization scheme. Since stability of the closed-loop system is guaranteed, we can optimize design parameters in the structure and the controller simultaneously without taking two-step design procedures which consist of the step for controller synthesis and that for structural parameter tuning. Hence, convergence to the local optima is achieved with standard descent-based nonlinear optimization techniques (steepest descent, Newton method, etc.). By a design example, we show the effectiveness of proposed design method.

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  • OPTIMAL SENSOR/ACTUATOR PLACEMENT FOR ACTIVE VIBRATION CONTROL USING EXPLICIT SOLUTION OF ALGEBRAIC RICCATI EQUATION 査読 国際誌

    K. HIRAMOTO, H. DOKI, G. OBINATA

    Journal of Sound and Vibration229 ( 5 ) 1057 - 1075   2000年2月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1006/jsvi.1999.2530

    Scopus

    CiNii Article

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  • 両下肢障害者用スキーの動作解析(スキーロボットによるターンの解析)

    日本スキー学会誌10 ( 1 ) 119   2000年

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  • 離散的設計変数を考慮した構造系と制御系の同時最適設計(共著)

    平元 和彦, 土岐 仁, 大日方 五郎

    日本機械学会論文集(C編)66 ( 643 ) 793 - 800   2000年

  • 片持送水管に対する構造系と制御系の同時最適設計(共著)

    平元 和彦, 土岐 仁

    日本機械学会論文集(C編)66 ( 641 ) 45 - 52   2000年

  • 回旋機構によるスレッジ型両下肢障害者用スキーの開発(第1報 実機2号機の性能試験)

    日本スキー学会誌10 ( 1 ) 151   2000年

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  • 両下肢障害者用スキーの開発(実機による滑走試験)(共著)

    日本スキー学会誌9 ( 1 )   1999年

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  • Youlaパラメトリゼーションに基づく構造系と制御系の同時最適設計(共著)

    平元 和彦, 土岐 仁, 大日方 五郎

    日本機械学会論文集(C編)65 ( 630 ) 515 - 521   1999年

  • ゲインスケジューリングによる片持送水管の安定化制御(共著)

    土岐 仁, 平元 和彦, 齊藤 伸浩, 大日方 五郎

    日本機械学会論文集(C編)65 ( 632 ) 1448 - 1453   1999年

  • Active control of cantilevered pipes conveying fluid with constraints on input energy

    H Doki, K Hiramoto, RE Skelton

    JOURNAL OF FLUIDS AND STRUCTURES12 ( 5 ) 615 - 628   1998年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACADEMIC PRESS LTD  

    This paper deals with the stabilization of flutter in cantilevered pipes conveying: fluid with constraints on input energy for control. The controller in this study is designed by using an algorithm which iteratively tunes the weighting matrix of the quadratic performance index in the LQG problem. This controller design method takes the performance of the actuator into consideration. The theoretical and experimental results show that the effectiveness of the controller in stabilizing flutter in cantilevered pipes conveying fluid varies according to the input variance constraints, i.e., the difference in the dynamic range of an actuator. Furthermore, the critical flow velocity at instability of the pipe can be estimated by the method stated in this paper, where the system loses its stability because of the restriction of control force produced by an actuator. (C) 1998 Academic Press.

    DOI: 10.1006/jfls.1997.0154

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  • 両下肢障害者用スキーの開発に関する基礎研究(共著)

    日本スキー学会誌8 ( 1 ) 159   1998年

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  • 柔軟構造物の振動制御系の最適設計-Riccati方程式の厳密解表現に基づくセンサ/アクチュエータの最適配置-(共著)

    土岐 仁, 平元 和彦, 秋元 文男

    日本機械学会論文集(C編)64 ( 621 ) 1508 - 1513   1998年

  • 柔軟構造物の振動制御系の設計法(操作エネルギに拘束条件を有する場合) (共著)

    土岐 仁, 平元 和彦, 開道 潤

    日本機械学会論文集(C編)64 ( 623 ) 2536 - 2541   1998年

  • 構造系と制御系の同時最適設計におけるコントローラのパラメトリゼイションと設計法(共著)

    平元 和彦, 土岐 仁, 大日方 五郎

    日本機械学会論文集(C編)63 ( 614 ) 3454 - 3459   1997年

  • 閉ループ特性を最適化する同時安定化コントローラの設計法(共著)

    計測自動制御学会論文集33 ( 9 ) 875   1997年

  • 送水管の能動制御(操作エネルギに拘束条件を有する場合)(共著)

    土岐 仁, 平元 和彦, 阿久津 宏之

    日本機械学会論文集62 ( 604 ) 4507 - 4512   1996年

  • H<sup>∞</sup>制御による片持送水管の安定化(共著)

    日本機械学会論文集(C編)62 ( 601 ) 3394   1996年

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  • 開ループ系の性能を考慮したアクティブ系とパッシブ系の同時最適化(共著)

    平元 和彦, 土岐 仁, 大日方 五郎

    日本機械学会論文集(C編)61 ( 584 ) 1450 - 1455   1995年

  • 構造系と制御系の同時最適設計法(レギュレータ問題の場合)(共著)

    大日方 五郎, 佐藤 智子, 平元 和彦, 村岸 恭次, 栗田 裕

    日本機械学会論文集(C編)61 ( 591 ) 4264 - 4269   1995年

  • H<sup>∞</sup>理論に基づくアクティブサスペンションシステムの設計 (共著)

    秋田大学鉱山学部研究報告 ( 15 ) 67   1994年

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書籍等出版物

  • 制御の事典

    平元 和彦, 大日方五郎( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 凸最適化)

    朝倉書店  2015年  ( ISBN:9784254231410

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    担当ページ:159-162   記述言語:日本語 著書種別:事典・辞書

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  • わかりやすい振動工学

    砂子田勝昭, 伊藤智博, 鄭 萬溶, 平元和彦( 担当: 共著)

    共立出版  2012年  ( ISBN:9784320081857

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  • "Semi-Active Control of Civil Structures Based on the Prediction of the Structural Response: Integrated Design Approach" in Vibration Analysis and Control - New Trends and Developments

    K. Hiramoto, T. Matsuoka, K. Sunakoda( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 151-172)

    Intech  2011年  ( ISBN:9789533074337

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  • はじめての制御工学

    佐藤和也, 平元和彦, 平田研二( 担当: 共著)

    講談社  2010年  ( ISBN:9784061557918

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  • "Integrated Design of Large-Scale Collocated Structural System and Control Parameters Using a Norm Upper Bound Approach'', in Efficient Modeling and Control of Large-Scale Systems

    M.​ ​Mi​s​a​m​i​-​A​z​a​d​,​ ​J.​ ​M​o​h​a​m​m​a​d​p​o​u​r​ ​V​e​l​n​i​,​ ​K.​ ​H​i​r​a​m​o​t​o, K.​M​.​ ​G​r​i​g​o​r​i​a​d​i​s( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 305-328)

    Springer  2009年  ( ISBN:9781441957566

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    Integrated Design of Large-Scale Collocated Structural System and Control Parameters Using a Norm Upper Bound Approach (Mona Meisami-Azad, Javad Mohammadpour Velni, Kazuhiko Hiramoto and Karolos M. Grigoriadis, in J. Mohammadpour and K.M. Grigoriadis Eds. Efficient Modeling and Control of Large-Scale Systems)

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産業財産権

  • PID制御装置及びそのPID制御系の制御要素を設定する方法

    長縄 明大, 平元 和彦, 森 英季, 渋谷 嗣

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    出願人:独立行政法人科学技術振興機構

    出願番号:特願2006-006309  出願日:2006年1月13日

    公開番号:特開2007-188322  公開日:2007年7月26日

    J-GLOBAL

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受賞

  • 著述賞「はじめての制御工学」

    2013年9月   計測自動制御学会  

    佐藤 和也, 平元 和彦, 平田 研二

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  • 日本機械学会東北支部技術研究賞

    2002年  

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    受賞国:日本国

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 地震波形伝送ネットワークとAIを用いた波形未来値予測による高性能な構造振動制御

    研究課題/領域番号:19K04254  2019年04月 - 2022年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    平元 和彦, 松岡 太一

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    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

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  • MR流体を用いた可変慣性ダンパの開発

    2016年 - 2019年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C)) 

    松岡太一

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    資金種別:競争的資金

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  • 制御仕様を過不足なく満たすパッシブ,アクティブ,セミアクティブ要素の系統的決定法

    2015年 - 2018年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C)) 

    平元和彦

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  • 高効率太陽熱発電のための高温型粒子流動層式ソーラー集熱/蓄熱システムの開発

    2013年 - 2016年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(B)) 

    松原幸治

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    資金種別:競争的資金

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  • 係数励振によるセミアクティブダンパの時間遅れ改善

    2012年 - 2015年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C)) 

    松岡太一

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    資金種別:競争的資金

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  • 高齢者の転倒防止を目的とした座位バランス能力評価・訓練装置の開発

    2011年 - 2013年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C)) 

    巖見武裕

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    資金種別:競争的資金

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  • 制御性能最適化を指向したセミアクティブ制御における低次元モデルと制御則の決定法

    研究課題/領域番号:23560255  2011年 - 2013年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C))  基盤研究(C)

    平元和彦

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:5200000円 ( 直接経費:4000000円 、 間接経費:1200000円 )

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  • LMIに基づくシステム同定手法とその応用に関する研究

    研究課題/領域番号:20560208  2008年 - 2010年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C))  基盤研究(C)

    平元和彦, 巖見武裕, 松岡太一

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:4550000円 ( 直接経費:3500000円 、 間接経費:1050000円 )

    LMI(Linear Matrix Inequality:線形行列不等式)に基づく動的システムのシステム同定法に関連した問題について検討を行い,以下の成果を得た.・同定/制御の繰り返し設計について,LMIに基づくシステム同定を用いた新しい同定/制御の繰り返し設計法を検討した.・構造物の振動制御を行うデバイスの動特性モデルの導出に関連して,得られたモデルによるセミアクティブ制御手法を提案した.シミュレーションによって有効性を検証した.その結果,従来提案されているセミアクティブ制御系設計手法で達成される性能を上回る制御性能が実現可能であることが示された.・LMIによって分散型コントローラと適切な制御対象のモデルを同時に求めるための手法を提案した.

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  • 受動・準能動の双方に適応可能なダンパを備えた制振システムの研究

    研究課題/領域番号:19560224  2007年 - 2008年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C))  基盤研究(C)

    砂子田勝昭, 平元和彦, 松岡太一

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    担当区分:連携研究者  資金種別:競争的資金

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    地震時に建物の揺れを抑制させる目的で, ボールねじと発電機を用いた振動抑制装置を開発し, その動的特性および地震時の制振性能を実験と解析により実証した. 主な成果は, (1)受動・準能動の双方に利用可能な回転慣性質量をもつ30kN用の電磁抵抗型制振装置を開発, (2)ボールねじおよび歯車を用いることによって慣性トルクが拡大されるため大きな慣性効果を得られ, (3)全高9m, 全重量18tの三層構造物に本装置を取付けて地震波加振実験を行い, 本装置の受動・準能動における制振効果とその実用性を確かめたことである.

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  • 階層構造の導入による機械システム制御系の知能化

    研究課題/領域番号:18760160  2006年 - 2007年

    文部科学省  科学研究費補助金(若手研究(B))  若手研究(B)

    平元和彦

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:3500000円 ( 直接経費:3500000円 )

    時変の調整パラメータを有する機械システムの新しい制御系設計手法ついて検討を行った.制御構造を,時変設計パラメータを閉ループ性能が向上するように調整するスーパーバイザ部と,時変パラメータ変動の情報を考慮してフィードバック制御を行うコントローラの2要素・2階層と設定した.フィードバックコントローラ部は,時変パラメータの変動を考慮したLMIべ一スのゲインスケジューリングコントローラとした.この制御則を採用することによって,スーパーバイザの設計時に閉ループ系の安定性を考慮する必要性がなくなるため,種々の最適化手法を用いたスーパバイザ設計が柔軟に行えることを示し,このような階層構造を有する制御手法を,アクティブゲインスケジューリングと定義した.アクティブゲインスケジューリング手法は,閉ループノルムを最小化することを目的とした解析的な制御系設計手法と,閉ループ系の安定性等の保証は困難であるものの,閉ループ過渡応答の直接的な調整も可能で柔軟性の高い知的制御手法(ニューラルネットワークやファジィ手法など)の利点を相補的に活用可能な方法であることを示した.さらに,本手法が,制御対象中の設計変数とコントローラの統合化設計の拡張とも位置づけられることを明らかにした.提案する手法の有効性を示すため,簡単な機械系制御システムを例として,二値切替型のスーパバイザや,遺伝的アルゴリズム(GA)によるスーパ...

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  • 送水管の安定化制御のための構造系と制御系の同時最適設計

    研究課題/領域番号:12650222  2000年 - 2001年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C))  基盤研究(C)

    土岐仁, 平元和彦

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    担当区分:連携研究者  資金種別:競争的資金

    配分額:3600000円 ( 直接経費:3600000円 )

    本研究では,1本の断面形状可変なはりが,2本の送水管ではさまれた複合送水管を考え,閉ループ系の限界流速が最大となるように,構造系の設計変数であるはりの形状,センサ・アクチュエータ配置と,制御を行うコントローラを同時に最適設計する手法を開発した.研究期間内での成果は,以下のようである.【平成12年度】1.複合送水管のスラスタ制御系の数学モデルを求めた.はりの形状は,長手方向に等分割された各部分の幅が調整可能な段付形状と仮定した.得られた数学モデルに対して,制御エネルギー定の拘束条件の下でLQGコントローラを設計し,閉ループ限界流速を導出するための手法を開発した.2.局所ランダム探索によって,はり形状を最適化するための同時最適設計手法を開発した.種々のエネルギ拘束の下での最適形状を求めた.その結果,制御のために投入可能なエネルギが大きくなるほど最適形状における閉ループ限界流速が大きくなることが確認された.さらに,エネルギ拘束の変化に伴い,最適形状そのものが変化することがわかった.【平成13年度】1.平成12年度のシミュレーション結果を元に,複合送水管を製作した.制御を行うコントローラはパーソナルコンピュータに実装した.2.実験の結果,閉ループ限界流速の理論値との誤差は最大数%となり,モデル化が妥当であったことが証明された.3.同時最適設計された複合送水管と,構造系の最適化の後コン...

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  • 構造系と制御系の同時最適設計法の開発:構造設計のより初期段階への適用を目指して

    研究課題/領域番号:10750161  1998年 - 1999年

    文部科学省  科学研究費補助金(奨励研究(A))  奨励研究(A)

    平元和彦

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:2000000円 ( 直接経費:2000000円 )

    制御対象の設計と制御を行うコントローラを,制御対象の設計初期段階から同時に最適設計する(構造系と制御系の同時最適設計)手法の確立を目的として研究を行った.この設計問題で最適化される設計変数は,以下のように分類される.1.制御対象中の設計変数(1)センサ設置数,構造部材の材質等の離散的にしか調整できない設計変数(2)構造の形状,センサ配置等の連続的に調整可能な設計変数2.コントローラ中の設計変数(1)PID制御の各ゲイン,LQ制御問題における二次形式評価関数の重み行列これらの設計変数を同時に最適化する問題は,いわゆる混合多目的最適化問題となる.この問題に対して,従来提案されてきた傾斜法に基づく構造系と制御系の同時最適設計の手法が適用可能かどうか検討した.その結果,従来の設計手法の単純な応用では,本問題に対して,実用的な計算量で最適な設計変数を求めることが不可能であることが分かった.そこで,従来手法とは異なる最適化手法として,最適化の過程に確率的選択を導入した確率的最適化手法の適用を提案した.本研究では,確率的最適化手法の一つである"擬似焼きなまし法"を用いて同時最適設計を行うことを提案した.提案する設計手法を確認するための設計例として,はり状構造物の同時最適設計問題を取り上げ,良好な結果を得た.以上の研究成果は論文にまとめて投稿し,掲載が決定され,現在印刷中である.さらに,本最...

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  • ゲインスケジューリングによる送水管の安定化制御

    研究課題/領域番号:09650261  1997年 - 1998年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(C))  基盤研究(C)

    土岐仁, 平元和彦, 大日方五郎

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    担当区分:連携研究者  資金種別:競争的資金

    配分額:900000円 ( 直接経費:900000円 )

    構造物の振動を抑制する方法として,これまでは主に受動的制振法が用いられてきたが,設計パラメータや系の特性の変動に対して制振性能が著しく低下してしまうという問題がある.それに対し,外部からエネルギを投入して制振する能動的制振法は,コントローラをロバストに設計することにより制御対象の変動に対しても制振性能の劣化を小さくすることが可能である.本研究者らは能動的制御手法が送水管の不安定現象に対しても非常に有効であることを示してきた.また,アクチュエータが発生可能な操作エネルギに拘束条件を有するコントローラを設計し,拘束条件の違いが送水管の不安定現象抑制にどのように影響するかを考察してきた.しかし,これらの方法では,ある固定された流速に対してコントローラを設計していたため,制御による限界流速の向上に関しては限界があった.送水管の動特性は管内流速をパラメータとして変化するから,流速変化に応じてコントローラを連続的に変更できれば,より高い流速でも制御が可能になる.本研究では,このような制御を実現するため,ゲインスケジューリングの手法の一つであるパラメータ凍結法を採用し,送水管の不安定現象の抑制を試みた.はじめに,Galerkin法により送水管の集中定数モデルを管内流速の関数として求め,次いで,複数の固定された流速値に対してLQG理論によりコントローラを設計し,得られた複数のコントローラを管...

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  • Study on Simultaneous Optimization of Structural and Coutrol Systems

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    資金種別:競争的資金

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  • モデルとコントローラ設計の一体化に関する研究

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    資金種別:競争的資金

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  • セミアクティブ振動制御系設計に関する研究

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    資金種別:競争的資金

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  • Application of Simultaneous optimal design to mechatronics devices

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    資金種別:競争的資金

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  • 振動系やロボットを対象とする構造と制御の統合化設計に関する研究

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    資金種別:競争的資金

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  • 生体運動のモデル化や解析に関する研究

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    資金種別:競争的資金

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