2025/09/30 更新

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ニシムラ　ユウキ
西村　悠樹
所属
環境生命自然科学学域 教授
職名
教授
外部リンク

学位

  • 博士（情報科学） （ 2009年3月   北海道大学 ）

  • 修士（工学） （ 2005年3月   北海道大学 ）

学歴

  • 北海道大学   Graduate School of Information Science and Technology   Division of Systems Science and Informatics

    2005年4月 - 2009年3月

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  • 北海道大学   Graduate School of Engineering  

    2003年4月 - 2005年3月

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  • 北海道大学   School of Engineering  

    1998年4月 - 2002年12月

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経歴

  • 岡山大学   学術研究院 環境生命自然科学学域（工）   教授

    2025年4月 - 現在

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  • 鹿児島大学   大学院理工学研究科（工学系）   准教授

    2012年4月 - 2025年3月

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  • 山口大学   大学院 理工学研究科   助教

    2009年4月 - 2012年3月

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論文

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書籍等出版物

  • 理解しやすい制御工学

    柴田, 論, 穆, 盛林, 西村, 悠樹, 熊澤, 典良, 山本, 智規

    コロナ社  2025年5月  （ ISBN:9784339032505 ）

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    総ページ数：viii, 206p   記述言語：日本語

    CiNii Books

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MISC

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 安全なパーソナルモビリティ実現のためのヒューマンアシスト制御

    研究課題/領域番号：22H01514  2022年04月 - 2025年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    中村 文一, 西村 悠樹, 佐藤 康之

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    配分額：17290000円 （ 直接経費：13300000円 、 間接経費：3990000円 ）

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  • 安全なパーソナルモビリティ実現のためのヒューマンアシスト制御

    研究課題/領域番号：23K22784  2022年04月 - 2025年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    中村 文一, 西村 悠樹, 佐藤 康之

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    配分額：17290000円 （ 直接経費：13300000円 、 間接経費：3990000円 ）

    自動車や船舶などの事故が大きな社会問題となる現代において，問題発生時の自動的な安全停止などリスク最小化移行技術が重要技術となってきている．本研究は，零化バリア関数を用いた，入力制約，外乱，システムのパラメータ誤差を考慮した広範囲の社会実装に耐えうる安全アシスト制御理論の構築を行い，電動車いす等への制御則を実装し実機実験によって制御理論の有効性を示すことが目的である．
    本年度は，理論的な研究成果として，入力制約を有する制御システムに対してViability Kernelに基づく厳密零化制御バリア関数を提案し，１入力の場合における制御則の連続性を示した．安全集合が閉集合，特にコンパクト集合である場合において，安全性は安全集合内の制御系の性質ではなく，安全集合外部，すなわち危険集合における制御系の性質であることを明らかにできた．また，実用安定性アシスト制御を用いた自動車のレーンキープ制御法を提案した．これらの理論的な研究成果についてはコンピュータシミュレーションにより有効性を示した．
    安全アシスト制御理論のパーソナルモビリティへの応用を考える際に，危険度の可視化は重要な技術である．本年度は，仮想入力を用いることにより，操作者に対する安全性の可視化法を開発した．また，深度センサ，RGBカメラを用いた画像提示システムの開発に成功した．
    また，本研究課題における実機実験におけるC#を用いた疑似リアルタイム制御について解説論文にまとめた．

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  • 高度複雑信号で駆動する次世代システム制御理論の構築

    研究課題/領域番号：20H02171  2020年04月 - 2024年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    西村 悠樹, 佐藤 訓志, 中村 文一, 星野 健太

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    配分額：17680000円 （ 直接経費：13600000円 、 間接経費：4080000円 ）

    政府の「未来投資戦略2018」で求められている次世代モビリティや航空宇宙産業の理論的支柱であるシステム制御理論において，システムが持つ非線形性・不規則性・不連続性・高周波振動性等の複雑な性質を解析し制御設計に役立てる必要がある。本研究課題では，これら複雑な性質を高度複雑信号（ラフ信号）と捉え，その統一表現である非線形ラフシステムに基づく制御理論を提唱する。また，当該理論を電気系・ドローン・宇宙機の制御問題などに応用する。
    2021年度は2年目であったが，初年度に引き続き本研究課題の根幹部分について理論構築するとともに，実験環境を整備した。具体的には以下を実施した。
    理論面では，スライディングモード制御のように不連続特性を持つシステムのラフシステム化を開始するため、確率安定論的側面からの解析を引き続き実施した。また，非線形確率システムにおける安定論の再整理を伴うラフシステムへの本格的な拡張のため，非平滑確率リャプノフ関数や確率有限時間安定性・確率有界性についての考察を続けた。
    応用面では，電動車椅子の実験環境整備と制御のための既存結果の追実験を実施してラフ制御への糸口を探ったほか，超音波モータのラフ制御化のための有限時間整定制御を確率論をベースに検討し，サーボ制御実験を行った。そのほか，ラフ制御をするために有用と考えられる応用研究として，非線形制御理論に基づくロボットアームの衝突回避制御や船舶の軌道追従制御，非線形確率制御理論に基づくクアッドコプタの最適姿勢制御や宇宙機の姿勢制御などについて引き続き検討を続けた。

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  • 制御バリア関数に基づくヒューマンアシスト制御理論の構築

    研究課題/領域番号：19H02162  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(B)

    中村 文一, 西村 悠樹, 佐藤 康之

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    配分額：17420000円 （ 直接経費：13400000円 、 間接経費：4020000円 ）

    本研究の研究成果として、人間や自転車などの移動障害物を対象とした時変制御バリア関数を提案し、新たな衝突回避制御法を開発した。制御対象の形状を考慮できる、あらたなヒューマンアシスト制御法を開発した。さらに、国際的に標準となってきている零化制御バリア関数の問題を解消した厳密零化制御バリア関数を提案し、厳密零化制御バリア関数を用いることによりヒューマンアシスト制御が実現できることを明らかにした。

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  • 非マルコフモデルと不連続フィードバックに基づく非線形確率ロバスト制御理論の構築

    研究課題/領域番号：17H03282  2017年04月 - 2020年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    西村 悠樹, 星野 健太, 佐藤 訓志, 中村 文一

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    配分額：17940000円 （ 直接経費：13800000円 、 間接経費：4140000円 ）

    超スマート社会に必要な技術の多くは不規則振動に悩まされる。本研究の目的は，これら非線形システムの不規則振動を把握・制御するために，確率制御理論を通常の非線形制御理論と統合し，真に実用的なシステムノイズ除去・低減のための確率安定性理論を構築することであった。これに関し，本研究課題では，非線形確率システムの多岐にわたる特異な性質を定性的に解析し，実システムに対して適用が容易な非線形確率ロバスト制御の開発を試みた。また，提案理論の有用性を数値シミュレーションならびに各種の実機実験で示した。

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  • ラフパス解析に基づく非有界変動制御理論の開拓

    研究課題/領域番号：16K14287  2016年04月 - 2020年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    西村 悠樹

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    配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）

    本課題は，不規則雑音のような非有界変動過程が含まれる非有界変動システムの安定化問題についての基礎理論を構築するための足固めを行うものであった。成果として，ラフパス解析によって非有界変動システムのダイナミクスを記述し，非線形システムの可制御性判定条件に関する新しい解析結果を得るとともに，隠れたダイナミクスを陽に表す「修正項」を用いた制御戦略を開拓した。また，提案システムの安定論を築く第一段階として，従来の確率安定論からの拡張を試みた。

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  • トポロジーに基づく意志決定を考慮した制御理論の構築

    研究課題/領域番号：15H04022  2015年04月 - 2018年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    中村 文一, 石川 将人, 西村 悠樹, 福井 善朗, 山下 裕, 佐藤 康之

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    配分額：16770000円 （ 直接経費：12900000円 、 間接経費：3870000円 ）

    本研究では，トポロジー：位相幾何学という観点から制御問題を眺めることにより，意志決定と制御を統合するフレームワークの構築を目指した．本研究の主要成果として，最小射影法を用いた目標状態を動的に決定する制御フレームワーク，最小射影法とは異なる概念に基づいた制御リヤプノフ関数設計法である極小接続法，制御バリア関数を用いて人間に意思決定と安全制御を統合する新たな手法の開発に成功した．これらにより，制御リヤプノフ関数・制御バリア関数を用いた意思決定と制御の統合が有用であることを明らかにできた．

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  • システムノイズを最大限除去する真に実用的な非線形確率最適制御理論の構築

    研究課題/領域番号：25820184  2013年04月 - 2017年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    西村 悠樹

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    配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）

    まず，システムノイズと安定性との関係が非干渉となるような条件を導き、概不変集合（確率1で不変集合となるような集合）への安定化が可能となる条件を導いた．次に，確率漸近安定性を保証する確率リャプノフ関数の形を二回連続微分可能に限らないようにすることで，確率漸近安定化できるシステムのクラスを拡大できることを示した。そして，確率積分入力状態安定性（確率iISS性）の十分条件を明らかにするとともに，概有界安定性を局所概漸近安定性という名前で提案した。また，ウィーナ過程が安定性を増強させる現象についての解析を押し進め，複雑な非ホロノミックシステムが白色雑音によって安定化される十分条件を導いた。

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  • 状態ジャンプ系変換を用いた非線形系の制御に関する研究

    研究課題/領域番号：22360167  2010年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    山下 裕, 中村 文一, 西田 豪, 西村 悠樹, 都築 卓有規

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    配分額：16770000円 （ 直接経費：12900000円 、 間接経費：3870000円 ）

    本研究では、動的な制御対象の状態空間を連続的あるいは離散的な座標を加えることで拡張し、その上で拡張された座標におけるジャンプを許容する制御システムを設計する方法の枠組みを提案した。また、拡張した空間を縮退させ、不連続制御則あるいは離散状態を持つ制御則を再構成する方法も示した。ジャンプを許容することで、動的システムの従来意思決定問題とされていた対象においても数学的な制御則が構成できた。

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  • HJB量子化と確率過程量子化の融合に基づく非線形最適制御理論の構築

    研究課題/領域番号：22760320  2010年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    西村 悠樹

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

    宇宙ロボットのように非線形性の強い制御系を,状態フィードバック(位置や速度などの情報)を用いて安定化するならば不連続性を伴う入力が必要である。また,現代では省エネルギー性も重要である。本課題は,これらを統一的に扱う非線形最適制御問題を解くために,二つの手法(HJB量子化と確率過程量子化)を掛け合わせ,新たな近似解法アルゴリズムを構築した。また、提案手法を超音波モータの位置決め制御に施し、有用性を確認した。

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  • 多様体の大域的構造を考慮した非線形制御理論の構築

    研究課題/領域番号：19560435  2007年 - 2009年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    山下 裕, 中村 文一, 西田 豪, 西村 悠樹

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

    本研究では、従来の一般的な理論では扱うことのできなかった非ユークリッド空間を含む一般の多様体上の非線形システムを制御する統一的な枠組みを示した。衛星の大域姿勢制御や移動体の障害物回避・鉄棒ロボットなどがそのような問題の例である。そのような対象を安定化するのに必要な不連続性・ロジック・ランダム性などを含む制御則が、本研究の手法によって自動的に設計される。

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