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特許7173059分散制御システム、分散制御システムの制御方法、およびコンピュータプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-08
(45)【発行日】2022-11-16
(54)【発明の名称】分散制御システム、分散制御システムの制御方法、およびコンピュータプログラム
(51)【国際特許分類】
G05B 11/00 20060101AFI20221109BHJP
B64C 13/16 20060101ALI20221109BHJP
G08G 5/00 20060101ALN20221109BHJP
【ＦＩ】
G05B11/00 Z
B64C13/16 Z
G08G5/00 A
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2020004995
(22)【出願日】2020-01-16
(65)【公開番号】P2021114014
(43)【公開日】2021-08-05
【審査請求日】2021-04-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100160691
【弁理士】
【氏名又は名称】田邊 淳也
(74)【代理人】
【識別番号】100157277
【弁理士】
【氏名又は名称】板倉 幸恵
(74)【代理人】
【識別番号】100182718
【弁理士】
【氏名又は名称】木崎 誠司
(72)【発明者】
【氏名】天野 也寸志
(72)【発明者】
【氏名】丹羽 貴寛
(72)【発明者】
【氏名】神保 智彦
【審査官】黒田 暁子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０２５６２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１９４９３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１２１５０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１８８７２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０４８０８６６８（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｂ １１／００
Ｂ６４Ｃ １３／１６
Ｇ０８Ｇ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
任意の制御対象に対する共通の目的達成を図る分散制御システムであって、協働して前記目的達成を図るための動作を行う複数の被制御装置にそれぞれ搭載される複数のエージェントであって、前記複数の被制御装置の動きをそれぞれ制御する複数のエージェントと、
前記制御対象の情報を取得する中央制御部であって、
前記制御対象の観測値に関する情報および前記目的達成のための前記制御対象の状態の目標値である第１情報、または、前記観測値に関する情報と前記目標値とのそれぞれに関連する情報である第２情報を、前記複数のエージェントに一律に送信する中央制御部と、
を備え、
前記エージェントは、他の前記エージェントとの間で、他の前記被制御装置の動きの制御に関する情報を交換することなく、前記中央制御部から取得した前記第１情報または前記第２情報を用いて、前記被制御装置の動きを制御することにより前記制御対象の状態を前記目標値に追従させる、分散制御システム。
【請求項2】
請求項１に記載の分散制御システムであって、
前記中央制御部または前記エージェントは、前記第２情報として、前記観測値と前記目標値との誤差を算出する誤差算出部を有し、
前記複数のエージェントのそれぞれは、前記第２情報としての前記誤差を用いて、現時点での前記被制御装置の出力を算出する、分散制御システム。
【請求項3】
請求項２に記載の分散制御システムであって、
前記中央制御部または前記エージェントは、前記観測値に関する情報を用いて、現時点から所定時間経過後の前記制御対象の状態を予測する状態予測部を有し、
前記誤差算出部は、前記第２情報として、前記状態予測部により予測された前記所定時間経過後の前記制御対象の状態と、前記目標値との予測誤差を算出する、分散制御システム。
【請求項4】
請求項３に記載の分散制御システムであって、前記目的は、前記制御対象としての物体を目的地まで移動させることであり、
前記目標値は、前記目的地における前記制御対象の位置および姿勢であり、
前記観測値は、現時点での前記制御対象の位置および姿勢である、分散制御システム。
【請求項5】
請求項４に記載の分散制御システムであって、
前記中央制御部は、
前記複数の被制御装置の出力に応じて変化する前記物体の位置および姿勢の変化量を検出するセンサと、
検出された前記変化量から前記制御対象の位置および姿勢の前記観測値を算出し、算出された前記観測値と前記目標値との差である前記第２情報としての前記誤差を算出する前記誤差算出部と、
前記誤差を前記複数のエージェントに送信する通信部と、
を有し、
前記エージェントは、
前記誤差を受信する受信部と、
受信された前記誤差を用いて、現時点での前記被制御装置の出力を算出するエージェント側制御部と、
を有する、分散制御システム。
【請求項6】
請求項５に記載の分散制御システムであって、前記誤差算出部は、前記誤差を、複数の所定軸により構成される座標軸における各前記所定軸に沿うように分解された成分を算出し、
前記通信部は、前記誤差算出部により算出された各前記成分を前記エージェントに送信し、
前記エージェント側制御部は、
各前記成分に応じて正または負に決定される作用係数と、各前記成分と、各前記成分に応じて設定された重みとを乗じた値の合計である統合誤差を算出する誤差統合部と、
算出された前記統合誤差を用いて、前記被制御装置の動きを制御する装置制御部と、を有し、
前記統合誤差の算出の際に乗じられる前記成分が、前記被制御装置の出力を増やしたときに減る場合には、前記成分に乗じられる前記作用係数を正に設定し、前記被制御装置の出力を増やしたときに増える場合には、前記成分に乗じられる前記作用係数を負に設定する、分散制御システム。
【請求項7】
請求項５に記載の分散制御システムであって、前記誤差算出部は、前記誤差を、複数の所定軸により構成される座標軸における各前記所定軸に沿うように分解された成分を算出し、
前記通信部は、前記誤差算出部により算出された各前記成分を前記エージェントに送信し、
前記エージェント側制御部は、
前記所定軸に沿うように分解された各前記成分の絶対値と、前記成分ごとに設定された重みとの積が大きい順に優先順位を付し、前記優先順位が大きい有限個の前記成分と、前記成分ごとに設定された作用係数との積を用いた値の合計である統合誤差を算出する誤差統合部と、
算出された前記統合誤差を用いて前記被制御装置の動きを制御する装置制御部と、
を有する、分散制御システム。
【請求項8】
請求項５に記載の分散制御システムであって、前記誤差算出部は、前記誤差を、複数の所定軸により構成される座標軸における各前記所定軸に沿うように分解された成分を算出し、
前記通信部は、前記誤差算出部により算出された各前記成分を前記エージェントに送信し、
前記エージェント側制御部は、
前記所定軸に沿うように分解された前記成分のそれぞれの内、前記成分ごとに個別に設定された閾値以上である前記成分を用いて算出されるそれぞれの合計である統合誤差を算出する誤差統合部と、
算出された前記統合誤差を用いて前記被制御装置の動きを制御する装置制御部と、
を有する、分散制御システム。
【請求項9】
請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載の分散制御システムであって、前記エージェント側制御部は、
前記統合誤差が正の場合には、前記統合誤差の大きさにかかわらず、予め設定された定数を前記被制御装置への出力とし、
前記統合誤差が零以下の場合には、前記統合誤差の大きさにかかわらず、前記被制御装置への出力をゼロとする、分散制御システム。
【請求項10】
請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載の分散制御システムであって、前記エージェント側制御部は、
前記統合誤差が正の場合には、前記統合誤差の大きさにかかわらず、予め設定された定数を前記被制御装置への出力とし、
前記統合誤差が零以下であり、かつ、前記統合誤差が零よりも小さい所定値以上の場合に、前記統合誤差の大きさにかかわらず、前記被制御装置への出力をゼロとし、
前記統合誤差が前記所定値未満の場合に、予め設定された負の定数を前記被制御装置への出力とする、分散制御システム。
【請求項11】
請求項６から請求項１０までのいずれか一項に記載の分散制御システムであって、前記エージェント側制御部は、
前記誤差統合部で求められた前記統合誤差に動的な処理を加える動的誤差調整部と、
前記動的誤差調整部によって位相やゲインを調整した動的調整誤差を用いて前記被制御装置の出力を制御する装置制御部と、
を有する、分散制御システム。
【請求項12】
請求項５に記載の分散制御システムであって、
前記中央制御部は、前記複数の被制御装置の出力に応じて変化する前記物体の位置および姿勢の変化量を、取得すると共に前記複数のエージェントに送信し、
前記エージェントは、前記誤差を算出し、算出された前記誤差を用いて現時点での前記被制御装置の出力を算出する、分散制御システム。
【請求項13】
請求項５から請求項１２までのいずれか一項に記載の分散制御システムであって、前記中央制御部または前記エージェントは、前記複数の被制御装置の出力に応じて変化する前記物体の位置および姿勢の変化量を、前記制御対象を前記目的地まで移動させる制御の前に予め取得しておく、分散制御システム。
【請求項14】
請求項２に記載の分散制御システムであって、
前記目的は、前記制御対象としての電力を、電力源から電力供給先に供給することであり、
前記目標値は、前記電力供給先へと供給する供給目標である要求電力であり、
前記観測値は、現時点で前記電力供給先へと供給されている電力であり、
前記誤差算出部は、前記第２情報としての前記誤差として、前記要求電力と、現時点で前記電力供給先へと供給されている電力との電力誤差を算出し、
前記複数のエージェントのそれぞれは、制御する前記被制御装置である電力変換装置の動きとして、算出された前記電力誤差に応じて、前記電力源から前記電力供給先へと供給される電力を調整し、前記要求電力を達成する、分散制御システム。
【請求項15】
任意の制御対象に対する共通の目的達成を図る分散制御システムの制御方法であって、前記目的達成のための前記制御対象の情報を取得する情報取得工程と、
協働して前記目的達成を図るための動作を行う複数の被制御装置にそれぞれ搭載されると共に前記複数の被制御装置の動きをそれぞれ制御する複数のエージェントへと前記制御対象の観測値に関する情報および前記目的達成のための前記制御対象の状態の目標値である第１情報、または、前記観測値に関する情報と前記目標値とのそれぞれに関連する情報である第２情報を、一律に送信する情報送信工程と、
各前記エージェント間で他の前記被制御装置の動きの制御に関する情報を交換することなく、送信された前記第１情報または前記第２情報情報を用いて、前記被制御装置の動きを制御することにより前記制御対象の状態を前記目標値に追従させる制御工程と
を備える、制御方法。
【請求項16】
任意の制御対象に対する共通の目的達成を図るコンピュータプログラムであって、前記目的達成のための前記制御対象の情報を取得する機能と、
協働して前記目的達成を図るための動作を行う複数の被制御装置にそれぞれ搭載されると共に前記複数の被制御装置の動きをそれぞれ制御する複数のエージェントへと前記制御対象の観測値に関する情報および前記目的達成のための前記制御対象の状態の目標値である第１情報、または、前記観測値に関する情報と前記目標値とのそれぞれに関連する情報である第２情報を、一律に送信する機能と、
各前記エージェント間で他の前記被制御装置の動きの制御に関する情報を交換することなく、送信された前記第１情報または前記第２情報を用いて、前記被制御装置の動きを制御することにより前記制御対象の状態を前記目標値に追従させる機能と、
をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分散制御システム、分散制御システムの制御方法、およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
複数のロボットによって制御対象を搬送するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、各種のモデルを使って制御対象に加わる外力の推定および制御対象に対する制御量が算出される協調搬送ロボットシステムが開示されている。特許文献２には、位置および姿勢を制御するための推力を発生する推力発生手段を備えた飛翔体が開示されている。非特許文献１には、複数のロボットによって制御対象を搬送するシステムが開示されている。このシステムは、制御対象の速度がモデル化され、制御対象の特性と、複数のロボットが制御対象を把持する位置とが不明な状態で、推定された各種パラメータを用いて制御対象が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－９９５２４号公報
【文献】特開２００９－２４８８０８号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】Preston Culbertson, Mac Schwager, "Decentralized Adaptive Control for Collaborative Manipulation", IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 21-25 May 2018
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、各種のモデルが用いられて外力の推定および制御量が定まる。そのため、用いられたモデルのパラメータと、実際のパラメータとが異なると、制御に大きな影響が出るおそれがある。また、特許文献２に記載された技術では、集中制御が行われているため、外乱などの全ての情報が取り込まれた後に、各推力発生手段の制御量が決定される。そのため、各種の状況判定と、判定結果に応じて制御則を調整する機能とが不可欠になり、システムの計算負荷およびセンサ数が増加してしまう。また、状況判定の方法および制御則の調整方法は予めどのようなことが起こるか分かっていないと設定できないため、各種の特性や環境変化に対するロバスト性の面で課題がある。非特許文献１に記載された技術では、推定されたパラメータが実際のパラメータに近くなるためには、モデル化した制御対象と実際の制御対象の構造とが酷似し、かつ、未知のパラメータの変動が小さい場合である。そのため、ごく単純な場合や限定された条件以外では、非特許文献１の技術を用いて制御対象を制御することは難しい。また、可調整パラメータのゲインの値の設定によっては、適切な値への収束に時間を要したり、発散してしまう。そのため、非特許文献１に記載された技術を用いて、各種の条件下で制御系を確実に動作させることは難しい。
【0006】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、制御対象および制御対象を制御する制御装置に関する詳細な情報がない状態でも、制御対象を安定的に制御することを目的とする。任意の制御対象に対する共通の目的達成を図る分散制御システムであって、協働して前記目的達成を図るための動作を行う複数の被制御装置にそれぞれ搭載される複数のエージェントであって、前記複数の被制御装置の動きをそれぞれ制御する複数のエージェントと、前記制御対象の情報を取得する中央制御部であって、前記制御対象の観測値に関する情報および前記目的達成のための前記制御対象の状態の目標値である第１情報、または、前記観測値に関する情報と前記目標値とのそれぞれに関連する情報である第２情報を、前記複数のエージェントに一律に送信する中央制御部と、を備え、前記エージェントは、他の前記エージェントとの間で、他の前記被制御装置の動きの制御に関する情報を交換することなく、前記中央制御部から取得した前記第１情報または前記第２情報を用いて、前記被制御装置の動きを制御することにより前記制御対象の状態を前記目標値に追従させる、分散制御システム。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。
【0008】
（１）本発明の一形態によれば、分散制御システムが提供される。この分散制御システムは、協働して共通の目的達成を図るための動作を行う複数の被制御装置にそれぞれ搭載される複数のエージェントであって、前記複数の被制御装置の動きをそれぞれ制御する複数のエージェントと、前記目的達成のための観測値に関する情報を取得し、前記観測値に関する情報を前記複数のエージェントに送信する中央制御部と、を備え、前記エージェントは、他の前記エージェントと動きの制御に関する情報を交換することなく、前記中央制御部から取得した前記観測値に関する情報を用いて、前記目的達成のための動作をさせるように前記被制御装置の動きを制御する。
【0009】
この構成によれば、複数のエージェントは、中央制御部から送信された観測値に関する情報を用いて、それぞれが搭載された被制御装置の動きを制御する。各エージェントは、互いが制御する被制御装置の動きの情報を交換せずに、協働して共通の目的達成のための動作を被制御装置に行わせる。すなわち、エージェントは、自身が制御する被制御装置に、他のエージェントが制御する被制御装置の動きに応じて受ける影響を観測値を用いて間接的に考慮し、また、自身の制御が目標に与える影響を簡易的な出力特性としてモデル化する。この結果、エージェントは、他の被制御装置の位置などの情報が正確に把握できなくても、被制御装置を制御できる。すなわち、本構成によれば、制御対象の物体を安定的に制御できる。また、複数の被制御装置は、搭載する各エージェントによって独立に制御されている。そのため、ある被制御装置の特性や中央制御部自体の特性が変化しても、他の被制御装置の制御によって共通の目的が達成される。これにより、複数の内のある被制御装置を交換しても、交換後の被制御装置を、他の被制御装置に合わせて設定し直す必要もない。
【0010】
（２）上記態様の分散制御システムにおいて、前記目的には、物体を移動させることを含み、前記中央制御部は、前記複数の被制御装置が前記物体にそれぞれ力を加えた際の、前記物体の状態の変化量から、目標に対する誤差（もしくは指令値）を算出すると共に、前記誤差を前記複数のエージェントに送信し、前記エージェントは、前記誤差を用いて指令値を算出して前記被制御装置の動きを制御してもよい。
この構成によれば、誤差（もしくは指令値）が中央制御部で算出されることにより、各エージェントで共通して行われる演算処理が中央制御部で行われているため、各エージェントが各指令値を算出する場合と比較して、分散制御システム全体の負荷を低減できる。
この構成によれば、誤差（もしくは指令値）が中央制御部で算出されることにより、各エージェントで共通して行われる演算処理が中央制御部で行われているため、各エージェントが各指令値を算出する場合と比較して、分散制御システム全体の負荷を低減できる。
【0011】
（３）上記態様の分散制御システムにおいて、前記中央制御部は、前記複数の被制御装置が前記物体にそれぞれ力を加えた際の前記物体の状態の変化量を検出するセンサと、前記目的と、前記センサにより検出された前記物体の状態の変化量との差分から、複数の座標軸に分解された差分を含む前記指令値を算出する誤差算出部と、前記誤差算出部により算出された前記指令値を前記エージェントに送信する通信部と、を有し、前記エージェントは、前記指令値を受信する受信部と、前記指令値に含まれる、前記所定軸に分解された差分の正負を用い、かつ、前記所定軸に沿う分解された差分の大きさを用いずに、前記被制御装置の動きを制御するエージェント側制御部と、を有してもよい。
この構成によれば、エージェント側制御部は、受信部を介して取得した物体の状態の変化量を、所定軸を含む１つ以上の軸に差分に分解する。エージェント側制御部は、所定軸に分解された差分について、差分の大きさを用いずに、差分の正負のみを用いて被制御装置の動きを制御する。すなわち、エージェント側制御部は、単に所定軸に分解された差分における正負のみの判定結果を用いて、被制御装置への出力を決定する。これにより、エージェント側制御部は、差分の大きさに応じて変化する異なる出力を計算しなくても済む。そのため、演算負荷が抑制され、被制御装置が簡単に制御される。
この構成によれば、エージェント側制御部は、受信部を介して取得した物体の状態の変化量を、所定軸を含む１つ以上の軸に差分に分解する。エージェント側制御部は、所定軸に分解された差分について、差分の大きさを用いずに、差分の正負のみを用いて被制御装置の動きを制御する。すなわち、エージェント側制御部は、単に所定軸に分解された差分における正負のみの判定結果を用いて、被制御装置への出力を決定する。これにより、エージェント側制御部は、差分の大きさに応じて変化する異なる出力を計算しなくても済む。そのため、演算負荷が抑制され、被制御装置が簡単に制御される。
【0012】
（４）上記態様の分散制御システムにおいて、前記エージェント側制御部は、前記所定軸に分解された差分が正の場合には、前記所定軸に分解された差分の大きさにかかわらず、予め設定された定数を前記被制御装置への出力とし、前記所定軸に分解された差分が零以下の場合には、前記所定軸に分解された差分の大きさにかかわらず、前記被制御装置への出力をゼロとしてもよい。
この構成によれば、エージェント側制御部は、所定軸に分解された差分が零以下の場合に、被制御装置への出力を一律でゼロとする。そのため、被制御装置の制御がさらに簡単になる。
この構成によれば、エージェント側制御部は、所定軸に分解された差分が零以下の場合に、被制御装置への出力を一律でゼロとする。そのため、被制御装置の制御がさらに簡単になる。
【0013】
（５）上記態様の分散制御システムにおいて、前記エージェント側制御部は、前記所定軸に分解された差分が零以下であり、かつ、前記所定軸に分解された差分の大きさが所定値未満の場合に、予め設定された負の定数を前記被制御装置への出力としてもよい。
この構成によれば、エージェント側制御部は、所定軸に分解された差分が所定値以上の大きさの負の値であった場合に、被制御装置の出力を負の定数とする。そのため、所定軸に分解された差分が零以下の場合に、エージェント側制御部は、絶対値の大きさで出力を２通りに切り替えることにより、１通りに切り替える場合と比較して、被制御装置および物体に対しての制御の精度や応答性を向上させることができる。
この構成によれば、エージェント側制御部は、所定軸に分解された差分が所定値以上の大きさの負の値であった場合に、被制御装置の出力を負の定数とする。そのため、所定軸に分解された差分が零以下の場合に、エージェント側制御部は、絶対値の大きさで出力を２通りに切り替えることにより、１通りに切り替える場合と比較して、被制御装置および物体に対しての制御の精度や応答性を向上させることができる。
【0014】
（６）上記態様の分散制御システムにおいて、前記エージェントは、分解された差分の絶対値が大きい順に優先順位を付し、前記優先順位が大きい有限個の分解された差分を用いた値の合計である統合誤差を算出する誤差統合部と、算出された統合誤差を用いて前記被制御装置の動きを制御する装置制御部とを有してもよい。
この構成によれば、優先順位が大きい順の有限個の分解された差分のみが、被制御装置への出力に利用される差分として用いられる。すなわち、出力への影響が小さい差分は、被制御装置の出力として計算対象に含まれない。これにより、演算負荷を軽減した上で、優先順位の低い差分の被制御装置の出力への影響を抑制できる。
この構成によれば、優先順位が大きい順の有限個の分解された差分のみが、被制御装置への出力に利用される差分として用いられる。すなわち、出力への影響が小さい差分は、被制御装置の出力として計算対象に含まれない。これにより、演算負荷を軽減した上で、優先順位の低い差分の被制御装置の出力への影響を抑制できる。
【0015】
（７）上記態様の分散制御システムにおいて、前記エージェントは、分解された差分のそれぞれに、分解された差分ごとに個別に設定された重み付けを乗じた値を用いて算出されるそれぞれの値の合計である統合誤差を算出する誤差統合部と、算出された統合誤差を用いて前記被制御装置の動きを制御する装置制御部と、を有してもよい。
この構成によれば、分解された差分に、分解された差分ごとに設定された重み付けを乗じた各値が算出される。重み付けを変化させることにより、目的に対する影響が大きい被制御装置のパラメータを、統合誤差に及ぼす影響が大きくなるように調整できる。これにより、重要度の高い差分に対する制御性能を向上できる。
この構成によれば、分解された差分に、分解された差分ごとに設定された重み付けを乗じた各値が算出される。重み付けを変化させることにより、目的に対する影響が大きい被制御装置のパラメータを、統合誤差に及ぼす影響が大きくなるように調整できる。これにより、重要度の高い差分に対する制御性能を向上できる。
【0016】
（８）上記態様の分散制御システムにおいて、前記エージェントは、分解された差分のそれぞれの内、分解された差分ごとに個別に設定された閾値以上である差分を用いて算出されるそれぞれの合計である統合誤差を算出する誤差統合部と、算出された統合誤差を用いて前記被制御装置の動きを制御する装置制御部と、を有してもよい。
この構成によれば、分解された差分が予め差分ごとに設定された閾値以上の場合に、統合誤差の計算対象に含まれる。そのため、閾値を変化させることにより、目的に対する影響が大きい差分を統合誤差に含ませて、一方で、影響が小さい差分を統合誤差に含ませないことができる。これにより、被制御装置の出力への影響を抑制した上で、本構成のシステムへの演算負荷を軽減できる。
この構成によれば、分解された差分が予め差分ごとに設定された閾値以上の場合に、統合誤差の計算対象に含まれる。そのため、閾値を変化させることにより、目的に対する影響が大きい差分を統合誤差に含ませて、一方で、影響が小さい差分を統合誤差に含ませないことができる。これにより、被制御装置の出力への影響を抑制した上で、本構成のシステムへの演算負荷を軽減できる。
【0017】
（９）上記態様の分散制御システムにおいて、前記エージェントは、分解された差分に重みや順位付けを行った統合誤差を算出する誤差統合部と、前記誤差統合部で求められた統合誤差に動的な処理を加える動的誤差調整部と、前記動的誤差調整部によって位相やゲインを調整した動的調整誤差を用いて前記被制御装置の動きを制御する装置制御部と、を有していてもよい。
各被制御装置は、目的に対する変化量として間接的に統合誤差に含まれる他の被制御装置の状態の変化に影響される。この構成によれば、統合誤差の算出に用いられる分解された差分は、そのままの値ではなく、動的な処理を加えられたものである。そのため、エージェント及びエージェント間への誤差の影響を動的に変えることが可能になり、応答性の違いへの対応やエージェント毎に動作を変えるなどの、対象や環境の変化に対する適応性の高い制御系を構成できる。
各被制御装置は、目的に対する変化量として間接的に統合誤差に含まれる他の被制御装置の状態の変化に影響される。この構成によれば、統合誤差の算出に用いられる分解された差分は、そのままの値ではなく、動的な処理を加えられたものである。そのため、エージェント及びエージェント間への誤差の影響を動的に変えることが可能になり、応答性の違いへの対応やエージェント毎に動作を変えるなどの、対象や環境の変化に対する適応性の高い制御系を構成できる。
【0018】
（１０）上記態様の分散制御システムにおいて、前記目的には、物体を移動させることを含み、前記中央制御部は、前記複数の被制御装置が前記物体にそれぞれ力を加えた際の、前記物体の状態の変化量を、前記観測値に関する情報として取得すると共に、前記複数のエージェントに送信し、前記エージェントは、前記物体の状態の変化量を用いて前記被制御装置の動きを制御してもよい。
観測値に関する情報として物体の状態の変化量が用いられることにより、この構成を用いて、物体を目的の場所まで移動させることができる。
観測値に関する情報として物体の状態の変化量が用いられることにより、この構成を用いて、物体を目的の場所まで移動させることができる。
【0019】
（１１）上記態様の分散制御システムにおいて、前記中央制御部または前記エージェントは、前記複数の被制御装置が前記物体にそれぞれ力を加えた際の前記物体の状態の変化量を、前記目的達成のための制御の前に予め取得しておいてもよい。
この構成によれば、予め取得されて紐付けられた被制御装置の制御と、物体の状態の変化量を用いることにより、目的達成の精度を向上させることができる。
この構成によれば、予め取得されて紐付けられた被制御装置の制御と、物体の状態の変化量を用いることにより、目的達成の精度を向上させることができる。
【0020】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、制御装置、分散制御システム、およびこれらを備える装置およびシステム、および制御方法、およびこれらシステムや方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施形態としての分散制御システムの概略斜視図である。
【図2】中央制御装置および１つの被制御装置の概略ブロック図である。
【図3】分散制御システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図4】物体の位置変化の時間推移を表すグラフである。
【図5】物体の姿勢変化の時間推移を表すグラフである。
【図8】第１実施形態の第３変形例における中央制御装置および１つの被制御装置の概略ブロック図である。
【図9】第１実施形態の第３変形例における出力の算出方法のフローチャートである。
【図10】第１実施形態の第３変形例における追従性能の説明図である。
【図11】比較例における追従性能の説明図である。
【図12】第１実施形態の第４変形例における中央制御装置および１つの被制御装置の概略ブロック図である。
【図13】第２実施形態の分散制御システムの概略ブロック図である。
【図14】第２実施形態の分散制御システムの制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態としての分散制御システム１００の概略斜視図である。第１実施形態の分散制御システム１００は、搬送対象である物体ＯＢを目的地まで飛行させて搬送する搬送システムである。図１に示されるように、分散制御システム１００は、物体ＯＢに取り付けられた中央制御装置（中央制御部）５０と、中央制御装置５０から送信される情報を用いて制御される４つの被制御装置１０～４０とを備えている。なお、図１では、４つの被制御装置１０～４０および中央制御装置５０は、簡略化して表現されている。
図１は、本発明の実施形態としての分散制御システム１００の概略斜視図である。第１実施形態の分散制御システム１００は、搬送対象である物体ＯＢを目的地まで飛行させて搬送する搬送システムである。図１に示されるように、分散制御システム１００は、物体ＯＢに取り付けられた中央制御装置（中央制御部）５０と、中央制御装置５０から送信される情報を用いて制御される４つの被制御装置１０～４０とを備えている。なお、図１では、４つの被制御装置１０～４０および中央制御装置５０は、簡略化して表現されている。
【0023】
４つの被制御装置１０～４０は、同じ構成および形状を有する。各被制御装置１０～４０は、物体ＯＢを目標に移動させることが可能な位置に固定されており、その位置は未知である。なお、図１には、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸で構成される絶対座標ＡＣと、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸で構成される中央制御装置５０に設定された相対座標ＲＣとが示されている。絶対座標ＡＣにおけるＺ軸と、相対座標ＲＣにおけるｚ軸とは、互いに重力方向に平行な軸である。本実施形態では、ｘ軸回りの角度がφ、ｙ軸回りの角度がθ、ｚ軸回りの角度がΨとして定義されている。
【0024】
図２は、中央制御装置５０および１つの被制御装置１０の概略ブロック図である。図２に示されるように、中央制御装置５０は、観測値に関する情報を取得するセンサ５１と、中央制御装置５０を制御する第１制御部５２と、第１制御部５２およびセンサ５１のバッテリ５７とを備えている。センサ５１は、加速度センサおよびジャイロセンサである。中央制御装置５０は物体ＯＢに固定されているため、センサ５１は、相対座標ＲＣにおける物体ＯＢの位置（座標値）および姿勢（各角度φ、θ、Ψ）を検出する。なお、以降では、検出された物体ＯＢの位置および姿勢を物体ＯＢの状態量とも呼ぶ。
【0025】
図２に示されるように、第１制御部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５３と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５５と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５６と、通信部５４とを備えている。通信部５４は、無線通信を行うことによって、各被制御装置１０～４０に各種情報を送信する。また、通信部５４は、図示されていない入力部（例えば、キーボードやマウス）から入力された物体ＯＢの搬送先である目的地の絶対座標ＡＣにおける座標値および姿勢を取得する。本実施形態における目的地は、４つの被制御装置１０～４０が協働して達成する共通の目的に相当する。目的地の絶対座標ＡＣにおける座標値および姿勢を、単に目標値（目標）とも呼ぶ。通信部５４は、クロック周期ｄＴ（ｓ）が経過する度に、中央制御装置５０から物体ＯＢの状態量をブロードキャスト送信する。なお、通信部５４は、中央制御装置５０から４つの被制御装置１０～４０へと物体ＯＢの状態量をユニキャスト送信してもよい。
【0026】
ＣＰＵ５３は、ＲＯＭ５５およびＲＡＭ５６に接続され、ＲＯＭ５５に格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭ５６に展開して実行することにより、状態予測部５３１および誤差算出部５３２として機能する。状態予測部５３１は、センサ５１の検出値を用いて、物体ＯＢにおける加速度および角速度を含む状態量を算出する。状態予測部５３１は、下記式（１）に示される、時刻ｔからτ秒後の物体ＯＢの予測位置（ｘ（ｔ＋τ），ｙ（ｔ＋τ），ｚ（ｔ＋τ））および予測ヨー角（Ψ（ｔ＋τ））の予測値を算出する。
【0027】
【数1】
【0028】
誤差算出部５３２は、状態予測部５３１によって算出されたτ秒後の予測値と、通信部５４を介して取得した物体ＯＢの目標値とを用いて、τ秒後の状態量と目標値との予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）を下記式（２）のように算出する。なお、第１実施形態における予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）は、目標に対する誤差および指令値に相当する。また、予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）に含まれる各成分（例えば、「ｅx」）は、所定軸に沿うように分解された誤差に相当する。
【0029】
【数2】
【0030】
なお、式（２）で表される予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）は、相対座標ＲＣにおける誤差になる。そのため、誤差算出部５３２は、下記式（３）に示される座標変換を行うことによって、絶対座標ＡＣにおける目標値（Ｘm，Ｙm）を相対座標ＲＣにおける目標値（ｘm、ｙm）に変換する。式（２），（３）を用いて算出された予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）は、通信部５４を介して、各被制御装置１０～４０に送信される。
【数3】
【0031】
図２に示される被制御装置１０は、プロペラ１３と、プロペラ１３を回転させるモータ１２と、被制御装置１０を制御する第２制御部（エージェント）１４と、モータ１２および第２制御部１４のバッテリ１１とを備えている。モータ１２の駆動によってプロペラ１３が回転し、被制御装置１０は飛行移動する。なお、図２では、各被制御装置１０～４０が同じ構成を有するため、被制御装置１０のみについて説明するが、中央制御装置５０は、被制御装置２０～４０に対して、以降で説明する被制御装置１０に対する制御と同じ制御を行っている。
【0032】
第２制御部１４は、ＣＰＵ１５と、ＲＯＭ１７と、ＲＡＭ１８と、受信部１６と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）などで構成された記憶部１９とを備えている。受信部１６は、無線通信を行うことによって、中央制御装置５０の通信部５４から送信される予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）を受信する。なお、ＣＰＵ１５，ＲＯＭ１７，およびＲＡＭ１８は、エージェント側制御部に相当する。
【0033】
ＣＰＵ１５は、ＲＯＭ１７およびＲＡＭ１８に接続され、ＲＯＭ１７に格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭ１８に展開して実行することにより、誤差統合部１５１およびモータ制御部（装置制御部）１５２として機能する。誤差統合部１５１は、下記式（４）のように表される、各入力の各出力に対する作用を考慮した統合誤差Ｅiを算出する。
【0034】
【数4】
【0035】
式（４）において、本実施形態では、誤差統合部１５１は、出力ｕi（ｉ＝１，２，３，４：被制御装置の数）を増やしたときに、ｅjが減る作用係数ｑijに対しては正（ｑij＝１）とし、増える作用係数ｑijに対しては負（ｑij＝－１）として、統合誤差Ｅiを算出する。すなわち、誤差統合部１５１は、ｕiに対する「ｅx」などの各要素の正負を用いて、各要素の大きさにかかわらず、予め設定された定数の作用係数ｑijを割り当てている。また、誤差統合部１５１は、重みｇiを用いて、制御すべき目標に順位付けを行っている。すなわち、誤差統合部１５１は、「ｅx」などの各要素のそれぞれに、要素ごとに個別に設定された重みｇiを乗じた値のそれぞれの合計である統合誤差Ｅiを算出している。
【0036】
誤差統合部１５１は、算出された統合誤差Ｅiと、下記式（５）とを用いて、出力ｕiを算出する。モータ制御部１５２は、算出した出力ｕiに応じた電圧をモータ１２に出力することにより、物体ＯＢの位置および姿勢を制御する。
【0037】
【数5】
【0038】
図３は、分散制御システム１００の制御方法を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、各被制御装置１０の位置（Ｘi，Ｙi，Ｚi）およびヨー角度（Ψi）が、目標値（Ｘmi，Ｙmi，Ｚmi，Ψmi）に追従するように制御された場合の制御フローを示している。図３に示されるように、初めに、第１制御部５２は、通信部５４を介して、物体ＯＢの搬送先としての絶対座標ＡＣにおける目標値を取得する（ステップＳ１）。誤差算出部５３２は、式（３）を用いて取得された絶対座標ＡＣにおける目標値を、相対座標ＲＣにおける目標値に変換する（ステップＳ２）。
【0039】
センサ５１は、加速度センサおよびジャイロセンサのセンサ値を取得する（ステップＳ３）。状態予測部５３１は、センサ５１の検出値を用いて物体ＯＢの状態量（物体ＯＢの位置および姿勢）を算出する（ステップＳ４）。誤差算出部５３２は、状態予測部５３１によって算出された、式（１）に表されるτ秒後の物体ＯＢの予測値（ｘ（ｔ＋τ），ｙ（ｔ＋τ），ｚ（ｔ＋τ）），Ψ（ｔ＋τ））を用いて、式（２）で表される予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）を算出する（ステップＳ５）。
【0040】
各被制御装置１０～４０は、それぞれが備える受信部を介して、予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）を取得する（ステップＳ６）。なお、各被制御装置１０～４０が以降で説明する制御フローを行うが、各被制御装置１０～４０での制御フローが同じであるため、被制御装置１０が行う制御フローについて説明し、被制御装置２０～４０が行う制御フローについての説明を省略する。
【0041】
被制御装置１０の誤差統合部１５１は、取得した予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）を用いて、式（４）に示される統合誤差Ｅiを算出する（ステップＳ７）。誤差統合部１５１は、算出された統合誤差Ｅiを用いて式（５）に示される出力ｕiを算出して、モータ制御部１５２が出力ｕiに用いてモータ１２を制御する（ステップＳ８）。
【0042】
誤差統合部１５１は、時間ｔ1を、クロック周期ｄＴを加えた時間に更新する（ステップＳ９）。誤差統合部１５１は、時間ｔ1が演算周期Ｔｃ（ｓ）を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０）。演算周期Ｔｃは、各種パラメータを算出するために必要な時間である。時間ｔ1が演算周期Ｔｃを経過していないと判定された場合には（ステップＳ１０：ＮＯ）、誤差統合部１５１は、引き続き、時間ｔ1の演算周期Ｔｃの経過を待機する。時間ｔ1が演算周期Ｔｃを経過したと判定された場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、誤差統合部１５１は、時間ｔ1をゼロにリセットする（ステップＳ１２）。その後、被制御装置１０の受信部１６は、予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）を取得し（ステップＳ６）、ステップＳ７以降の処理が行われる。これらの制御フローは、各被制御装置１０～４０において、物体ＯＢが目的地に到達するまで行われる。
【0043】
図４は、物体ＯＢの位置変化の時間推移を表すグラフである。図４には、物体ＯＢの位置が目標値（Ｘm，Ｙm，Ｚm）に到達するまでの各座標軸における推移が示されている。図４に示されるように、物体ＯＢは、時間の経過と共に目標値に近づく。
【0044】
図５は、物体ＯＢの姿勢変化の時間推移を表すグラフである。図５には、物体ＯＢの位置が目標値に近づくにつれ、物体ＯＢの姿が目標の姿勢（Ψm）に変化するまでの推移が示されている。図５に示されるように、物体ＯＢは、時間の経過と共に目標の姿勢に近づく。
【0045】
図６は、図４に示される期間Ｔ１における各出力ｕ1～ｕ4の時間推移である。図７は、図４に示される期間Ｔ２における各出力ｕ1～ｕ4の時間推移である。図６には、物体ＯＢが目標値に到達する前の過渡状態のモータの制御量が示されている。一方で、図７には、物体ＯＢが目標値に到達した後の定常状態のモータの制御量が示されている。図６および図７に示されるように、統合誤差Ｅiによって決定する各被制御装置１０～４０の出力ｕ1～ｕ4では、式（５）に示される所定値Ｕbと０との切替が頻繁に起こっている。
【0046】
以上説明したように、第１実施形態の分散制御システム１００は、被制御装置１０～４０に搭載された複数の第２制御部１４と、中央制御装置５０とを備えている。被制御装置１０～４０は、物体ＯＢを目的地に搬送するという共通の目的を達成するために協働している。中央制御装置５０は、センサ５１から物体ＯＢの状態量を検出し、検出した状態量を各第２制御部へと送信する。例えば、被制御装置１０の第２制御部１４は、他の被制御装置２０～４０と制御情報を交換せずに、被制御装置１０を制御する。そのため、第１実施形態では、第２制御部１４は、第２制御部１４が制御する被制御装置１０に、他の被制御装置２０～４０の制御が物体ＯＢに及ぼす影響を観測値を用いて間接的に考慮し、また、自身の制御が目標に与える影響を簡易的な出力特性としてモデル化すれば済む。この結果、第２制御部１４は、他の被制御装置２０～４０の位置などの情報が正確に把握できなくても、被制御装置１０を制御できる。すなわち、分散制御システム１００によれば、物体ＯＢを安定的に制御できる。また、各被制御装置１０～４０は、各被制御装置１０～４０が搭載する第２制御部１４によって独立に制御されている。そのため、ある被制御装置の特性や中央制御装置５０の特性が変化しても、他の被制御装置の制御によって目的地まで物体ＯＢが搬送される。これにより、複数の内のある被制御装置を交換しても、交換後の被制御装置を、他の被制御装置に合わせて設定し直す必要がない。
【0047】
また、第１実施形態の中央制御装置５０は、目標に対する誤差（もしくは指令値）を算出し、その誤差を各被制御装置１０～４０に送信し、各被制御装置１０～４０内で指令値を算出する。これにより、各被制御装置１０～４０で共通して行われる演算処理が中央制御装置５０で行われている。そのため、各被制御装置１０～４０で、誤差算出から指令値算出までの全てを行う場合と比較して、分散制御システム１００の負荷は低減する。
【0048】
また、第１実施形態の誤差統合部１５１は、式（５）に示されるように、統合誤差Ｅiの正負によって出力ｕiを決定している。そのため、誤差統合部１５１は、出力ｕiの決定に統合誤差Ｅiの正負判定のみを用いて、予測誤差の各構成の大きさを計算せずに、統合誤差Ｅiを算出できる。これにより、誤差統合部１５１の演算負荷が抑制され、被制御装置１０が簡単に制御される。
【0049】
また、第１実施形態の誤差統合部１５１は、式（５）に示されるように、統合誤差Ｅiが負の場合の出力ｕiをゼロに設定している。そのため、誤差統合部１５１の演算負荷がさらに抑制され、被制御装置１０がより簡単に制御される。
【0050】
また、第１実施形態の誤差統合部１５１は、式（４）に示されるように、各差分に重みｇiを乗じた値を用いて、統合誤差Ｅiを算出する。これにより、重みｇiを変化させることにより、物体ＯＢ搬送時において重要度の高い誤差の統合誤差Ｅiが及ぼす影響を大きくできる。これにより、物体ＯＢの状態の変化量の精度が向上する。
【0051】
＜実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0052】
＜第１実施形態の第１変形例＞
上記第１実施形態では、誤差統合部１５１は、重みｇijを用いて式（４）に示されるように統合誤差Ｅiを算出したが、第１変形例の誤差統合部１５１は、下記式（６）に示されるようにｍ個の被制御装置から優先順位を付ける。誤差統合部１５１は、優先順位の結果から、下記式（７）に示されるように、有限個の各予測誤差（ｅij（ｉ＝１，２，…，４），（ｊ＝ｘ，ｙ，ｚ，ψ））と、作用係数ｑ ij との積の合計となる統合誤差Ｅiを算出する。算出された第１変形例の統合誤差Ｅiが用いられて、上記第１実施形態と同じ制御が行われる。
上記第１実施形態では、誤差統合部１５１は、重みｇijを用いて式（４）に示されるように統合誤差Ｅiを算出したが、第１変形例の誤差統合部１５１は、下記式（６）に示されるようにｍ個の被制御装置から優先順位を付ける。誤差統合部１５１は、優先順位の結果から、下記式（７）に示されるように、有限個の各予測誤差（ｅij（ｉ＝１，２，…，４），（ｊ＝ｘ，ｙ，ｚ，ψ））と、作用係数ｑ ij との積の合計となる統合誤差Ｅiを算出する。算出された第１変形例の統合誤差Ｅiが用いられて、上記第１実施形態と同じ制御が行われる。
【0053】
【数6】
【数7】
【0054】
第１変形例では、誤差統合部１５１は、式（６）に示されるように、各予測誤差に含まれる要素の絶対値と、重みｇ
ij
との積が大きい順に優先順位を付す。誤差統合部１５１は、優先順位が大きい順に有限個（式（７）では１個）の要素の差分のみを統合誤差Ｅiの算出に用いる。これにより、統合誤差Ｅｉの算出に使用する要素の数を変化させることにより、物体ＯＢへの影響が大きい被制御装置１０～４０のパラメータが統合誤差Ｅiに及ぼす影響を大きくできる。これにより、物体ＯＢの状態の変化量の精度が向上する。
【0055】
＜第１実施形態の第２変形例＞
第２変形例では、上記第１実施形態と異なり、ｍ個の被制御装置の各予測誤差（ｅj）に含まれる各要素を判定するための閾値Ｃiが、予め記憶部１９に記憶されている。誤差統合部１５１は、各要素の絶対値が対応する閾値Ｃi以上であるか否かを判定し、閾値Ｃi以上の要素のみを統合誤差Ｅiの算出に用いる。例えば、下記式（８）に示されるような関係がある場合に、誤差統合部１５１は、下記式（９）に示される統合誤差Ｅiを算出する。誤差統合部１５１は、優先順位の結果から、下記式（９）に示されるように、各誤差の絶対値と、重みｇiとの積が最大となる統合誤差Ｅiを算出する。算出された第２変形例の統合誤差Ｅiが用いられて、上記第１実施形態と同じ制御が行われる。
第２変形例では、上記第１実施形態と異なり、ｍ個の被制御装置の各予測誤差（ｅj）に含まれる各要素を判定するための閾値Ｃiが、予め記憶部１９に記憶されている。誤差統合部１５１は、各要素の絶対値が対応する閾値Ｃi以上であるか否かを判定し、閾値Ｃi以上の要素のみを統合誤差Ｅiの算出に用いる。例えば、下記式（８）に示されるような関係がある場合に、誤差統合部１５１は、下記式（９）に示される統合誤差Ｅiを算出する。誤差統合部１５１は、優先順位の結果から、下記式（９）に示されるように、各誤差の絶対値と、重みｇiとの積が最大となる統合誤差Ｅiを算出する。算出された第２変形例の統合誤差Ｅiが用いられて、上記第１実施形態と同じ制御が行われる。
【0056】
【数8】
【数9】
【0057】
第２変形例では、誤差統合部１５１は、式（８）に示されるように、各差分の絶対値が個別に予め設定された閾値Ｃi以上である差分のみを用いて、式（９）に示されるように、統合誤差Ｅiが算出される。これにより、統合誤差Ｅiの算出に使用する各閾値Ｃiを変化させることにより、物体ＯＢへの影響が大きい又は重要な被制御装置１０～４０のパラメータが統合誤差Ｅiに及ぼす影響を大きくできる。これにより、物体ＯＢの状態の変化量の精度が向上する。
【0058】
＜第１実施形態の第３変形例＞
図８は、第１実施形態の第３変形例における中央制御装置５０および１つの被制御装置１０ａの概略ブロック図である。第３変形例では、第１実施形態と比較して、被制御装置１０ａの第２制御部１４ａのうち、ＣＰＵ１５ａが統合誤差に動的な処理を加える誤差調整部（動的誤差調整部）１５３として機能すること、誤差統合部１５１ａの出力算出、およびモータ制御部１５２ａの制御が異なり、その他の構成および制御については第１実施形態と同じである。そのため、第３変形例では、第１実施形態と異なる構成および制御について説明し、同じ構成および制御についての説明を省略する。なお、第３変形例では、他の被制御装置２０ａ～４０ａも被制御装置１０ａと同じ構成を有している。
図８は、第１実施形態の第３変形例における中央制御装置５０および１つの被制御装置１０ａの概略ブロック図である。第３変形例では、第１実施形態と比較して、被制御装置１０ａの第２制御部１４ａのうち、ＣＰＵ１５ａが統合誤差に動的な処理を加える誤差調整部（動的誤差調整部）１５３として機能すること、誤差統合部１５１ａの出力算出、およびモータ制御部１５２ａの制御が異なり、その他の構成および制御については第１実施形態と同じである。そのため、第３変形例では、第１実施形態と異なる構成および制御について説明し、同じ構成および制御についての説明を省略する。なお、第３変形例では、他の被制御装置２０ａ～４０ａも被制御装置１０ａと同じ構成を有している。
【0059】
誤差調整部１５３は、受信部１６を介して中央制御装置５０から受信した予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）に含まれる各要素を動的処理し、動的処理後の予測誤差（後述の位相に相当）を算出する。第３変形例では、誤差統合部１５１が、予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）の代わりに動的処理後の予測誤差を用いて統合誤差Ｅiを算出する。
【0060】
具体的には、誤差調整部１５３は、予測誤差を用いて、式（１０）で表される動的処理された位相αiを算出する。なお、式（１０）における分子は、予測誤差に相当する。分母の最大出力値Ｕmaxは、モータ１２に最大電圧が加圧された時の出力値である。第３変形例のモータ制御部１５２ａは、誤差調整部１５３によって位相やゲインが調整された予測誤差を用いて、被制御装置１０ａの動きを制御する。なお、第３変形例における予測誤差は、位相やゲインが調整された動的調整誤差に相当する。
【0061】
上記第１実施形態では、式（５）に示されるように、出力ｕiは、ＯＮのＵbと、ＯＦＦのゼロとであったが、第３変形例の誤差統合部１５１ａは、位相の変化によって出力ｕiのＯＮとＯＦＦとを切り替える。そのため、誤差統合部１５１ａは、下記式（１０）に示されるように、位相αiを設定する。なお、式（１０）におけるＫiは、追従性能を決める関数であり、そのパラメータは適宜設定される。
【0062】
【数10】
【0063】
誤差統合部１５１ａは、算出された式（１０）の位相を用いて、下記式（１１）で表される出力ｕiを算出する。
【0064】
【数11】
【0065】
誤差統合部１５１ａは、下記式（１２）に示されるように、算出された出力ｕiを、時定数τおよび出力値Ｔiを用いて、なました値を算出する。
【0066】
【数12】
【0067】
図９は、第１実施形態の第３変形例における出力ｕiの算出方法のフローチャートである。図９に示される算出フローは、図５に示される第１実施形態の制御フローにおけるステップＳ７のサブフローに相当する。そのため、図５のステップＳ６において、予測誤差が被制御装置１０ａに取得されると、誤差調整部１５３は、予測誤差と、式（１０）とを用いて、位相αiを算出する（ステップＳ７１）。
【0068】
誤差統合部１５１ａは、式（１０）を計算することにより、振動子の位相を算出する。誤差統合部１５１ａは、算出された振動子の位相を用いて、式（１１）に示される出力ｕiを算出する（ステップＳ７２）。さらに、誤差統合部１５１ａは、算出された出力ｕiを、式（１２）に代入することにより、時定数τおよび出力値Ｔiでなました値を算出する（ステップＳ７３）。その後、なました値が用いられて図３のステップＳ８以降の処理が行われる。
【0069】
図１０は、第１実施形態の第３変形例における追従性能の説明図である。図１１は、比較例における追従性能の説明図である。図１０および図１１には、破線で示される目標値の時間推移ＬＮtrに対する出力ｕiの時間推移ＬＮ１，ＬＮ２が示されている。図１０は、式（１０）において下記関係式（１３）とした場合、図１１は式（１０）において下記関係式（１４）とした場合の結果を示す。
【0070】
【数13】
【0071】
【数14】
【0072】
図１０に示される第３変形例の出力ｕiの時間推移ＬＮ１は、図１１に示される比較例の時間推移ＬＮ２よりも振幅が小さい。また、時間推移ＬＮ１と目標値との差分の累計は、時間推移ＬＮ２と目標値との差分の累計よりも小さい。すなわち、第３変形例の時間推移ＬＮ１の追従性能は、比較例の時間推移ＬＮ２の追従性能よりも優れている。
【0073】
第３変形例の誤差調整部１５３は、式（１１）の処理を行う場合、ｅｊが十分小さくなくてもＫｉの構造により、Ｋｉ（ｅｊ，αｉ）≒０となり、ｅが大きい場合でもαiの更新が遅れることにより発生する振動を低減できる。
【0074】
＜第１実施形態の第４変形例＞
図１２は、第１実施形態の第４変形例における中央制御装置５０ｂおよび１つの被制御装置１０ｂの概略ブロック図である。第４変形例では、第１実施形態における中央制御装置５０の第１制御部５２が行っていた機能の一部が、各被制御装置の第２制御部１４ｂで行われる点が大きく異なる。そのため、第４変形例では、第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と同じ構成および制御についての説明を省略する。
図１２は、第１実施形態の第４変形例における中央制御装置５０ｂおよび１つの被制御装置１０ｂの概略ブロック図である。第４変形例では、第１実施形態における中央制御装置５０の第１制御部５２が行っていた機能の一部が、各被制御装置の第２制御部１４ｂで行われる点が大きく異なる。そのため、第４変形例では、第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と同じ構成および制御についての説明を省略する。
【0075】
図１２に示されるように、中央制御装置５０ｂは、センサ５１と、バッテリ５７と、通信部５４ｂとを備えている。通信部５４ｂは、センサ５１の検出値を被制御装置１０ｂに送信する。被制御装置１０ｂの第２制御部１４ｂは、ＣＰＵ１５ｂと、ＲＯＭ１７と、ＲＡＭ１８と、受信部１６ｂと、記憶部１９とを備えている。受信部１６ｂは、通信部５４ｂから送信されたセンサ５１の検出値を受信する。また、受信部１６ｂは、物体ＯＢの搬送先である目標値を受信する。
【0076】
ＣＰＵ１５ｂは、誤差統合部１５１、モータ制御部１５２、状態予測部１５４、および誤差算出部１５５として機能する。第４変形例の状態予測部１５４は、第１実施形態における第１制御部５２の状態予測部５３１と同じ機能を実行する。同様に、第４変形例の誤差算出部１５５は、第１実施形態における第１制御部５２の誤差算出部５３２と同じ機能を実行する。このように、第１実施形態の中央制御装置５０で行われる機能の一部が、各被制御装置（例えば、被制御装置１０ｂ）で実行されてもよい。
【0077】
第４変形例では、第１実施形態の中央制御装置５０が行っていた機能の一部が、被制御装置１０ｂで行われている。このように、中央制御装置５０の一部の機能が被制御装置１０ｂで行われていても、共通の目的として物体ＯＢの目的地への搬送は完了する。
【0078】
＜第１実施形態のその他の変形例＞
上記第１実施形態および各変形例では、分散制御システム１００の一例について説明したが、分散制御システム１００の各構成および各制御については、種々変形可能である。例えば、被制御装置１０は、記憶部１９を備えていなくてもよく、その他の構成（例えば、音声入力可能な入力部）などを備えていてもよい。被制御装置１０～４０は、中央制御装置５０から送信されるセンサ５１の検出値を用いて、他の被制御装置と情報交換することなく、自身が搭載された被制御装置１０～４０を制御する範囲で種々変形可能である。被制御装置１０～４０は、同じ構成を備えておらず、異なる形状や異なる出力形態であってもよい。
上記第１実施形態および各変形例では、分散制御システム１００の一例について説明したが、分散制御システム１００の各構成および各制御については、種々変形可能である。例えば、被制御装置１０は、記憶部１９を備えていなくてもよく、その他の構成（例えば、音声入力可能な入力部）などを備えていてもよい。被制御装置１０～４０は、中央制御装置５０から送信されるセンサ５１の検出値を用いて、他の被制御装置と情報交換することなく、自身が搭載された被制御装置１０～４０を制御する範囲で種々変形可能である。被制御装置１０～４０は、同じ構成を備えておらず、異なる形状や異なる出力形態であってもよい。
【0079】
上記第１実施形態および各変形例では、被制御装置１０～４０が制御されるまでに算出される各パラメータの一例について説明したが、各パラメータについては周知技術の範囲で各種適用可能である。例えば、式（２）において、角度θ，φが用いられてもよい。第１実施形態の誤差統合部１５１は、統合誤差Ｅiを算出するために、式（４）に示される重みｇiを用いたが、さらに、第１変形例の優先順位（式（６），（７））および第２変形例の閾値判定（式（８），（９））を合わせて用いてもよい。第４変形例では、誤差の動的処理として、少なくとも式（１０）で表される動的処理が適用されればよく、式（１１）および式（１２）で示されるパラメータはなくてもよい。
【0080】
また、図３に示される制御フローについても種々変形可能である。例えば、ステップＳ５の予測誤差（ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ）が算出される範囲で、各工程の前後は入れ替え可能である。例えば、ステップＳ３のセンサ値の取得の工程が、ステップＳ１の目標値の取得の工程前に行われてもよい。
【0081】
また、第１実施形態では、式（５）に示されるように、統合誤差Ｅiの正負判定によって、出力ｕiが２通りに決定したが、３通り以上に決定してもよい。例えば、統合誤差Ｅiがゼロ以下で、かつ、統合誤差Ｅiの絶対値が所定以上の場合に、誤差統合部１５１は、出力ｕiとして－Ｕm（Ｕm＞０）を設定してもよい。このように、絶対値の大きさで出力が異なることにより、被制御装置１０～４０および物体ＯＢに対しての制御の精度が向上する。
【0082】
また、中央制御装置５０または被制御装置１０～４０の第２制御部（例えば、第２制御部１４）は、物体ＯＢを搬送する前に、物体ＯＢに各被制御装置１０～４０が力を加えた際のセンサ５１の検出値を取得してもよい。各第２制御部は、取得された検出値を用いて、実際の物体ＯＢの搬送制御を行ってもよい。なお、センサ５１の検出値は、観測値に関する情報に相当する。
【0083】
＜第２実施形態＞
図１３は、第２実施形態の分散制御システム２００の概略ブロック図である。第２実施形態の分散制御システム２００は、複数の電力源ＰＷ１～ＰＷｎ（ｎ＝１，２，・・・ｎ）から電力供給先ＦＣに供給される電力を制御するシステムである。図１３に示されるように、分散制御システム２００は、電力供給先ＦＣと、電力供給先ＦＣに供給される電力を検出する電力検出装置Ｓ５０と、各電力源ＰＷ１～ＰＷｎから供給される電力を変換する複数の電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎと、各電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎを制御するエージェントＣ１～Ｃｎと、各電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎから電力供給先ＦＣへと供給される電力を検出する複数の電力検出装置Ｓ１～Ｓｎとを備えている。なお、各エージェントＣ１～Ｃｎは、同じ構成を有するため、図１には、エージェントＣ１のブロック図のみを示し、他のブロック図の図示を省略している。以降では、複数のエージェントＣ１～Ｃｎの内、１つのエージェントＣ１について説明し、他のエージェントＣ２～Ｃｎの説明を省略する。
図１３は、第２実施形態の分散制御システム２００の概略ブロック図である。第２実施形態の分散制御システム２００は、複数の電力源ＰＷ１～ＰＷｎ（ｎ＝１，２，・・・ｎ）から電力供給先ＦＣに供給される電力を制御するシステムである。図１３に示されるように、分散制御システム２００は、電力供給先ＦＣと、電力供給先ＦＣに供給される電力を検出する電力検出装置Ｓ５０と、各電力源ＰＷ１～ＰＷｎから供給される電力を変換する複数の電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎと、各電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎを制御するエージェントＣ１～Ｃｎと、各電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎから電力供給先ＦＣへと供給される電力を検出する複数の電力検出装置Ｓ１～Ｓｎとを備えている。なお、各エージェントＣ１～Ｃｎは、同じ構成を有するため、図１には、エージェントＣ１のブロック図のみを示し、他のブロック図の図示を省略している。以降では、複数のエージェントＣ１～Ｃｎの内、１つのエージェントＣ１について説明し、他のエージェントＣ２～Ｃｎの説明を省略する。
【0084】
中央制御装置１５０は、ＣＰＵ５３Ｃと、通信部１５４と、ＲＯＭ１５５と、ＲＡＭ１５６とを備えている。通信部１５４は、電力検出装置Ｓ５０から電力供給先ＦＣに供給される電力の合計である現状電力Ｐを取得する。また、通信部１５４は、他の入力装置で入力された、電力供給先ＦＣへの供給目標となる要求電力Ｐｍを取得する。ＣＰＵ５３Ｃは、要求電力Ｐｍから現状電力Ｐを差し引いた誤差ｅ（＝Ｐｍ－Ｐ）を算出する誤差算出部５３９として機能する。誤差算出部５３９は、算出した誤差ｅを、通信部１５４を介して各エージェントＣ１～Ｃｎに送信する。
【0085】
各エージェントＣ１～Ｃｎは、誤差算出部５３９から送信された誤差ｅを用いて、電力供給先ＦＣへと供給する電力を制御する。１つのエージェントＣ１は、ＣＰＵ１１５と、受信部１１６と、ＲＯＭ１１７と、ＲＡＭ１１８と、記憶部１１９とを備えている。受信部１１６は、誤差算出部５３９から定期的に送信される誤差ｅと、電力検出装置Ｓ１により検出される電力を受信する。記憶部１１９は、電力変換装置ＣＨ１から電力供給先ＦＣへと供給される電力の大きさを判定する基準値を記憶している。なお、基準値の詳細については、後述する。
【0086】
ＣＰＵ１１５は、誤差統合部１５８、および、電力変換装置ＣＨ１を制御する装置制御部１５９として機能する。誤差統合部１５８は、受信された誤差ｅを用いて、下記式（１５）で表される切替変数βiを定義する。
【0087】
【数15】
【0088】
誤差統合部１５８は、式（１５）を用いて算出した値が正であるか負であるかを判定する。具体的には、誤差統合部１５８は、ｅ（ｔ）＞０の場合にＫi（ｅ）を下記式（１６）のように設定し、ｅ（ｔ）≦０の場合にＫi（ｅ）を下記式（１７）のように設定する。誤差統合部１５８は、式（１５）で算出されたβi（ｔ）を用いて、電力変換装置ＣＨ１の電力供給のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを下記関係式（１８）のように切り替える。
【0089】
【数16】
【0090】
【数17】
【0091】
【数18】
【0092】
装置制御部１５９は、式（１８）で示されるスイッチのＯＮ／ＯＦＦに応じて、電力源ＰＷ１から電力供給先ＦＣに供給する電力を制御する。電力検出装置Ｓ１は、電力変換装置ＣＨ１から電力供給先ＦＣへと供給される電力を検出する。装置制御部１５９は、電力検出装置Ｓ１により検出された電力と、制御によって電力変換装置ＣＨ１により供給される推定電力との差が、記憶部１１９に記憶された基準値以内である場合には電力供給を行う。一方で、装置制御部１５９は、当該差が基準値よりも大きい場合には、電力供給を停止する。
【0093】
図１４は、第２実施形態の分散制御システム２００の制御方法のフローチャートである。図１４に示される制御フローでは、初めに、中央制御装置１５０の通信部１５４が、電力供給先ＦＣに求められる要求電力Ｐｍを取得する（ステップＳ２１）。通信部１５４は、電力検出装置Ｓ５０から電力供給先ＦＣに供給される現状電力Ｐを取得する（ステップＳ２２）。誤差算出部５３９は、要求電力Ｐｍから現状電力Ｐを差し引いた誤差ｅを算出する（ステップＳ２３）。誤差算出部５３９は、算出した誤差ｅを、通信部１５４を介して、各エージェントＣ１～Ｃｎに送信する。なお、誤差ｅの送信は、定期的に行われる。
【0094】
各エージェントＣ１～Ｃｎの受信部（例えば、受信部１１６）は、中央制御装置１５０から送信された誤差ｅを受信する（ステップＳ２５）。なお、以降では、１つのエージェントＣ１の制御について説明する。他のエージェントＣ２～ＣｎもエージェントＣ１と同じ制御を行うため、他のエージェントＣ２～Ｃｎの制御についての説明を省略する。誤差統合部１５８は、式（１５）に受信された誤差ｅを代入することにより、切替変数βiを演算する（ステップＳ２６）。誤差統合部１５８は、式（１５）を用いて、切替変数βiの正負を判定する（ステップＳ２７）。誤差統合部１５８は、式（１５）により算出されたβi（ｔ）を用いて、式（１５）に示される電力変換装置ＣＨ１の変換電力を制御する（ステップＳ２８）。装置制御部１５９は、誤差統合部１５８によって決定された電力を変換するように電力変換装置ＣＨ１を制御する。
【0095】
電力検出装置Ｓ１は、電力変換装置ＣＨ１から変換されて、電力供給先ＦＣへの供給電力を検出する（ステップＳ２９）。装置制御部１５９は、検出された供給電力と、制御によって電力変換装置ＣＨ１により変換される推定電力との差が基準値以内であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。当該差が基準値以内であると判定された場合には（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、装置制御部１５９は、電力変換装置ＣＨ１から電力供給先ＦＣへの電力供給を続行し（ステップＳ３１）、ステップＳ２５以降の処理が繰り返される。一方で、当該差が基準値以内ではないと判定された場合には（ステップＳ３０：ＮＯ）、装置制御部１５９は、電力変換装置ＣＨ１から電力供給先ＦＣへの電力供給を停止し（ステップＳ３２）、ステップＳ２５以降の処理が繰り返される。
【0096】
以上説明したように、第１実施形態の分散制御システム１００と異なっていても、第２実施形態の分散制御システム２００でも、当該システムを簡単な出力特性によってモデル化できる。
【0097】
＜第２実施形態の変形例＞
上記第２実施形態では、分散制御システム２００の一例について説明したが、分散制御システム２００の各構成および各制御については、種々変形可能である。例えば、エージェントＣ１～Ｃｎは、中央制御装置１５０から送信される電力検出装置Ｓ５０の検出値を用いて、他のエージェントと情報交換することなく、自身の制御対象である電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎを制御する範囲で種々変形可能である。エージェントＣ１～Ｃｎ、電力検出装置Ｓ１～Ｓｎ、電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎ、および電力源ＰＷ１～ＰＷｎは、同じ構成を備えておらず、異なる形状や異なる出力規模であってもよい。
上記第２実施形態では、分散制御システム２００の一例について説明したが、分散制御システム２００の各構成および各制御については、種々変形可能である。例えば、エージェントＣ１～Ｃｎは、中央制御装置１５０から送信される電力検出装置Ｓ５０の検出値を用いて、他のエージェントと情報交換することなく、自身の制御対象である電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎを制御する範囲で種々変形可能である。エージェントＣ１～Ｃｎ、電力検出装置Ｓ１～Ｓｎ、電力変換装置ＣＨ１～ＣＨｎ、および電力源ＰＷ１～ＰＷｎは、同じ構成を備えておらず、異なる形状や異なる出力規模であってもよい。
【0098】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【符号の説明】
【0099】
１０～４０，１０ａ，１０ｂ，２０ａ…被制御装置
１１，５７…バッテリ
１２…モータ
１３…プロペラ
１４，１４ａ，１４ｂ…第２制御部（エージェント）
１５，１５ａ，１５ｂ…ＣＰＵ
１６，１６ｂ，１１６…受信部
１９，１１９…記憶部
５０，５０ｂ，１５０…中央制御装置（中央制御部）
５１…センサ
５２…第１制御部
５３，５３Ｃ，１１５…ＣＰＵ
５４，５４ｂ，１５４…通信部
１００，２００…分散制御システム
１５１，１５８，１５１ａ…誤差統合部
１５２，１５２ａ…モータ制御部（装置制御部）
１５３…誤差調整部（動的誤差調整部）
１５４，５３１…状態予測部
１５５，５３２，５３９…誤差算出部
１５９…装置制御部
ＡＣ…絶対座標
Ｃ１～Ｃｎ…エージェント
ＣＨ１～ＣＨｎ…電力変換装置
Ｃi…閾値
Ｅi…統合誤差
ＦＣ…電力供給先
ＬＮ１，ＬＮ２，ＬＮtr…時間推移
ＯＢ…物体
Ｐ…現状電力
ＰＷ１～ＰＷｎ…電力源
Ｐｍ…要求電力
ＲＣ…相対座標
Ｓ１～Ｓｎ，Ｓ５０…電力検出装置
Ｔ…目標値
Ｔｃ…演算周期
Ｔi…出力値
Ｕb…所定値
Ｕmax…最大出力値
ｄＴ…クロック周期
ｅ…誤差
ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ，ｅij…予測誤差（指令値）
αi…位相
βi…切替変数
ｇi，ｇij…重み
ｑij…作用係数
ｔ1…時間
ｕ1～ｕ4，ｕi…出力
１１，５７…バッテリ
１２…モータ
１３…プロペラ
１４，１４ａ，１４ｂ…第２制御部（エージェント）
１５，１５ａ，１５ｂ…ＣＰＵ
１６，１６ｂ，１１６…受信部
１９，１１９…記憶部
５０，５０ｂ，１５０…中央制御装置（中央制御部）
５１…センサ
５２…第１制御部
５３，５３Ｃ，１１５…ＣＰＵ
５４，５４ｂ，１５４…通信部
１００，２００…分散制御システム
１５１，１５８，１５１ａ…誤差統合部
１５２，１５２ａ…モータ制御部（装置制御部）
１５３…誤差調整部（動的誤差調整部）
１５４，５３１…状態予測部
１５５，５３２，５３９…誤差算出部
１５９…装置制御部
ＡＣ…絶対座標
Ｃ１～Ｃｎ…エージェント
ＣＨ１～ＣＨｎ…電力変換装置
Ｃi…閾値
Ｅi…統合誤差
ＦＣ…電力供給先
ＬＮ１，ＬＮ２，ＬＮtr…時間推移
ＯＢ…物体
Ｐ…現状電力
ＰＷ１～ＰＷｎ…電力源
Ｐｍ…要求電力
ＲＣ…相対座標
Ｓ１～Ｓｎ，Ｓ５０…電力検出装置
Ｔ…目標値
Ｔｃ…演算周期
Ｔi…出力値
Ｕb…所定値
Ｕmax…最大出力値
ｄＴ…クロック周期
ｅ…誤差
ｅx，ｅy，ｅz，ｅΨ，ｅij…予測誤差（指令値）
αi…位相
βi…切替変数
ｇi，ｇij…重み
ｑij…作用係数
ｔ1…時間
ｕ1～ｕ4，ｕi…出力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】