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制御/モデリングarXiv:2509.06882

マイクロ自律表面車両の動的モデリングと効率的なデータ駆動型最適制御

Dynamic Modeling and Efficient Data-Driven Optimal Control for Micro Autonomous Surface Vehicles

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小型自律表面車両の物理ベース動的モデルを構築し、弱形式に基づくオンライン学習でモデルをリアルタイム更新するデータ駆動型最適制御を提案。未知の積載物や外乱下でも軌道追従精度とロバスト性を向上させる。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 対象は Micro Autonomous Surface Vehicles (MicroASV) の制御 - 過剰駆動型 (over-actuated) MicroASV の physics-driven 動力学モデルを提示 - weak formulation に基づく online model learning を用いた data-driven optimal control フレームワークを提案 - 閉鎖水域・浅水域や swarm robotics での運用を想定 - シミュレーションで検証した研究

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 微小スケールでは非線形流体力のモデル化が難しく、自己運動効果や波・境界効果などの外乱に敏感 - 先行研究との具体的比較は要旨からは不明 - 提案の特徴は physics-driven モデルを real time で継続的に更新する点 - 変化するシステムパラメータに適応する制御を可能にする点を主張

3. 技術・手法の肝は?

- physics-driven dynamics model を構築 - weak formulation ベースの online model learning を採用 - 学習により physics-driven モデルを real time で継続的に精緻化 - これを通じて適応的な optimal control を実現 - 未知の payload や external disturbances への適応を狙う

4. どうやって有効だと検証した?

- Simulation results により有効性を検証 - trajectory tracking accuracy と robustness の大幅な向上を報告 - 未知の payload と external disturbances の条件下でも性能を確認 - 実機実験や定量指標の詳細は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 結果は data-driven online learning-based optimal control の MicroASV 性能改善の可能性を示す - より信頼性が高く精密な autonomous surface vehicle 運用への道を開くと主張 - 限界や失敗事例、計算コスト、実機適用性の議論は要旨からは不明 - シミュレーションのみの検証である点は要旨からは不明(実機検証の記載なし)

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照・比較されている個別研究は明示されていない - 関連手法として weak formulation-based online model learning の原論文群 - 同分野の定番として model predictive control (MPC) や adaptive control、system identification に関する研究 - MicroASV や ASV の hydrodynamic modeling に関する文献

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Zhiheng Chen, Wei Wang

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Micro Autonomous Surface Vehicles (MicroASVs) offer significant potential for operations in confined or shallow waters and swarm robotics applications. However, achieving precise and robust control at such small scales remains highly challenging, mainly due to the complexity of modeling nonlinear hydrodynamic forces and the increased sensitivity to self-motion effects and environmental disturbances, including waves and boundary effects in confined spaces. This paper presents a physics-driven dynamics model for an over-actuated MicroASV and introduces a data-driven optimal control framework that leverages a weak formulation-based online model learning method. Our approach continuously refines the physics-driven model in real time, enabling adaptive control that adjusts to changing system parameters. Simulation results demonstrate that the proposed method substantially enhances trajectory tracking accuracy and robustness, even under unknown payloads and external disturbances. These findings highlight the potential of data-driven online learning-based optimal control to improve MicroASV performance, paving the way for more reliable and precise autonomous surface vehicle operations.

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