研究テーマ：超スマート社会を実現するシステム制御

本研究室は，2017年4月発足の研究室で，システム制御工学とそのエネルギー・環境への応用を専門分野としています． システム制御工学とは，工学的な対象（わかりやすい例ではロボット，自動車など）の振る舞いを系統的にデザインする工学分野です．本研究室では，その中でも特に「超スマート社会」と呼ばれる情報，電力，エネルギー，交通，水道，経済など異種のネットワークのインターネットを通じた連携（IoT: モノのインターネット）を活用した便利で安心な未来社会を実現するシステム制御の理論と技術を，主たるテーマとして取り組んでいます． 特に，「超スマート社会」を「モノの流れからなる階層的なネットワーク」と「意思決定主体である人間」の2つの側面からとらえることによって， システム制御の理論と技術の確固たる基盤を構築します．


階層性・ネットワーク性に基づく大規模複雑システムの制御理論

本研究では，超スマート社会における社会インフラシステムを異種のネットワークからなる階層的ネットワークシステムとしてモデリングし，大規模システムの制御理論を構築します． 具体的には，超スマート社会にあらわれる送配電ネットワーク，交通流ネットワーク，上・下水道ネットワークなどの大規模社会インフラシステムに共通にあらわれる性質は， モノのネットワークを介した「流れ」が階層的に結合する点です． 一般にこのような「流れ」は多次元システム（偏微分方程式によって記述される時間，空間など複数の独立変数を持つシステム）として記述されます． 本アプローチでは前に書いたような大規模システムを複数の多次元システムが階層的にネットワーク結合をする多次元階層的ネットワークシステムとして見通し良く記述し，その分散協調的なロバスト制御系設計の理論を確立し，超スマート社会におけるサステイナブルな運用に理論的な側面から貢献することを目指します．

参考資料

マルチエネルギーシステムのためのシステム制御

電力は豊かな生活の基盤となるエネルギーの最終形態である一方，カーボンニュートラルなど未来の地球を救う取り組みが希求されています．このことの実現に向けて，再生可能エネルギー（太陽光発電など）やEVを中心とするスマートグリッドを発展させて，ガス，熱，水などのエネルギーも組み込んだマルチエネルギーシステムを適切に運用するためのシステム制御の理論と技術を構築します． 特に，人間の生活の場となる建物やそのネットワークに対して，太陽光発電，EVや蓄電池の電力によるヒートポンプ，水素蓄電池との連携，温熱・冷熱による空調制御，照明の点灯制御に加えて，コストの見える化による行動変容まで快適な生活を享受できるための制御・運用技術を開発します．最終的には，実際の建物における実証実験を行い，社会実装への昇華を目指します．

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Plug&Play機能に基づく地域エネルギーシステムの制御技術

超スマート社会における地域エネルギーシステムに対して，時々刻々と特性が変化してもPlug&Play機能により対応可能な制御理論を構築します． 特に， 地域エネルギーシステムを想定した階層的ネットワークシステムの構成要素（サブシステム，ネットワークシステム）のそれぞれを消散性（エネルギー収支に関する性質）からとらえます． 具体的には，再生可能エネルギーや電気自動車の大量導入による配電系統の周波数，電圧への影響の定量化やそれらの制御，商業施設や地域コミュニティにおける充電ステーションの設置や変動型充電価格による地域の余剰電力の活用，地域間の需給バランスなど多面的に検討し，エネルギーシステムのロバストネスやレジリエンスを保証する制御技術を確立します．

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都市環境に対するシステム制御技術

北陸地方では冬季の豪雪による生活の麻痺や電力の逼迫は，快適な暮らしを脅かすものとなっています．本テーマでは，街区や住宅のレベルの配電システムを含む都市環境を考え，ロードヒーティングや温水による融雪，「微気象」による地表付近の温度制御や太陽光発電・EV充放電を活用した経済運用など，実際の電力や気象に関する実データのシミュレーションを通じて未来の都市の望ましい姿を提案します．

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大規模電力ネットワークの安定性解析・制御技術

太陽光発電や風力発電などの不確定性を有する再生可能エネルギーの大量導入を受けて，電力ネットワークの従来運用技術の限界が指摘されています． 再生可能エネルギーの大量導入に対して有効となる電力ネットワークのの解析・制御技術の確立を目指します． 特に，データ駆動型の診断技術として、同期位相計測器 (PMU) の計測データに基づき，電力ネットワークの安定性診断や周波数・電圧制御を確立します．

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ロボット協働による人間の行動変容

少子高齢化やポストコロナにおけるロボットの積極導入は，人間・ロボットの相互理解や協働による人間の行動変容をもたらし，豊かな未来社会に繋がると考えます．本テーマでは，商業施設，駅，大学など多くの人間が集う場所におけるロボット導入に対して， 被覆制御や合意制御などのマルチエージェント制御を融合させることによって， 人間行動のメカニズムデザイン，荷物の搬送システムの最適経路設計を開発します．

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農業機械の自動走行のためのマルチエージェント制御

本テーマでは，稲作に代表される広大な圃場を想定し，安価かつ中程度の機能を持ち自動運転を行う耕作機械を複数台導入し，その局所的な通信によって圃場全体を時間・コストや耐故障性の観点で効率よく耕作する最適な軌道生成を行うためのマルチエージェント制御（分散・協調制御）の枠組みを構築します． また，過酷な環境にある圃場において障害物の回避や圃場の浸水などに適切に対応するために， レーダー，ライダーなどの複数センサを導入し障害物や荒れ具合を推定するセンサフュージョンに基づく適切な計測の組み合わせや耕作機械間の通信方式も検討します． このような自動走行のパッケージの構築によって，農業機械の運転者の安全性の担保や農作業者の積極的な補助となることを目指していきます．

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大規模複雑プラントのモデリングと制御技術

超スマート社会を支える大規模複雑な工業プラント（化学系，流体系など）は，その複雑な構造や化学反応に起因して従来の電気系や機械系を想定したシステム制御工学とは異なる革新的な技術の創出が求められます．本テーマでは，機械学習なども盛り込んだ新しいモデリングと制御の技術の開発， および実際のプラントを想定した大規模シミュレーションを行います．

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