出版書誌データベース

【読者対象】
本書は、工学・情報系の大学院生・学部生、ロボット工学や制御工学、関連分野に関心を持つ研究者・技術者を幅広く対象としています。

【書籍の特徴】
・本書はネットワークシステムにおける分散協調制御を体系的に扱った書籍です。
・動的システムのエネルギーに着目した統一的な基盤理論に基づいて、同期制御・分散最適化・被覆制御といった主要課題を一冊で俯瞰できる構成を採用しています。限られた前提知識を元に、過去から現在までを一貫して理解できます。
・同期制御と分散最適化の構造的等価性を明示し，問題間の本質的な関係を理解できます。
・近年重要性が高まる制御バリア関数に基づく制御を体系的に紹介した初の邦書であり、本書出版時点における最先端の研究成果までを網羅的に紹介しています。

【各章について】
1章では、ネットワークシステムとは何か、分散協調制御とは何かを明らかにし、本書の目的と全体像を示しています。
2章では、本書を通底する基盤理論である受動性と保存則、動的システムの安定論、そしてその両者の関係について詳述します。ここを乗り越えれば、一部の発展的な内容を除き、本書の主要部は理解することができます。
３章では、最も基本的な分散協調制御である同期制御を対象に、受動性に基づく解析・設計論が展開されます。冒頭に練習として合意アルゴリズムに対する受動的解釈を与え、その後受動システムが構成するネットワークシステムの出力同期制御、さらにその様々な発展が網羅的に紹介されます。この内容は後の４章へと引き継がれます。
４章では、分散最適化を対象に、その解法がすべからく受動性に基づく設計論に基づいて構築されていることを明らかにします。さらに、３章を引用しつつ、同期制御との構造的等価性を見通すことができる構成を採用しています。
５章では、被覆制御の基礎を与えた後、領域の巡回等への発展についても紹介しています。
６章では、制御バリア関数に基づく制御に関して、基礎的な内容から最先端の研究成果までを、具体的な事例を示しつつ、網羅的に紹介します。

【著者からのメッセージ】
ネットワークシステムの分散協調制御は20年にも及ぶ研究の中で様々な方向に枝分かれし、その主幹を見通すことが必ずしも容易ではなくなりました。多分に主観を含みますが、著者らは本書で解説した内容がネットワークシステムの分散協調制御の本質であると確信しています。加えて、本書の基盤理論は将来の研究に対しても重要なヒントを与えてくれるはずです。例えば、受動性の本質はその保存則から来るモジュール化と合成可能性（composability）にあります。したがって、本書で紹介したネットワークシステムを一つのモジュールと捉え、別のモジュールと有機的に合成ないしは階層的に接続することで、新たな研究の扉が開かれる可能性があります。著者らの思いができるだけ多くの読者に伝わることを祈念します。

1．序論
1.1　ネットワークシステムの分散協調制御　
　1.1.1　同期制御問題　
　1.1.2　分散最適化問題　
　1.1.3　被覆制御問題　
　1.1.4　安全性/持続可能性の保証　
1.2　分散協調制御の設計ツール　
　1.2.1　受動性　
　1.2.2　勾配法　
　1.2.3　制御バリア関数に基づく制御　
1.3　本書で用いる記法と数学的基礎　

2．受動性と安定性
2.1　物理システムとエネルギー　
2.2　受動性　
2.3　受動性の保存則　
2.4　L₂安定性と受動性　
2.5　リアプノフ安定性と受動性　
2.6　受動的なシステムの制御　

3．同期制御
3.1　ネットワークシステムとグラフ　
3.2　合意アルゴリズムと受動性　
　3.2.1　合意アルゴリズムとグラフラプラシアン　
　3.2.2　受動性に基づく収束性解析：強連結かつ平衡なグラフの場合　
　3.2.3　受動性に基づく収束性解析：強連結なグラフの場合　
3.3　ネットワークシステムの出力同期制御　
3.4　相互フィードバック制御の一般化　
　3.4.1　重みつきの相互フィードバック　
　3.4.2　非線形の相互フィードバック　
　3.4.3　動的な相互フィードバック　
3.5　双方向テレオペレーション　

4．分散最適化
4.1　最適性条件と双対性　
　4.1.1　制約条件をもたない最適化問題　
　4.1.2　制約条件をもつ最適化問題　
4.2　勾配法と受動性　
4.3　主双対勾配法と受動性　
　4.3.1　主双対勾配法　
　4.3.2　主双対勾配法の受動性　
4.4　分散最適化と受動性　
　4.4.1　分解可能問題　
　4.4.2　合意最適化　
4.5　交互方向乗数法と受動性　
4.6　受動性に基づく主双対勾配法の一般化　
4.7　不等式制約をもつ問題に対する主双対勾配法　

5．被覆制御
5.1　ボロノイ図　
5.2　被覆制御とは　
　5.2.1　目的関数の構築　
　5.2.2　勾配法による被覆制御　
　5.2.3　目的関数の勾配計算　
5.3　さまざまな被覆制御　
　5.3.1　計測範囲が限られるロボットによる被覆制御　
　5.3.2　重要度関数の更新による領域の巡回　

6．制御バリア関数に基づく制御
6.1　安全性と前方不変集合　
6.2　制御バリア関数と二次計画問題　
6.3　制御バリア関数の発展例　
　6.3.1　ロボット複数台の衝突回避と制御バリア関数の分散化　
　6.3.2　運動する障害物の回避と時変制御バリア関数　
　6.3.3　充電基地への帰還と有限時間整定制御バリア関数　
　6.3.4　複数の制約と滑らかでない制御バリア関数　
　6.3.5　高次システムの安全性　
　6.3.6　入力を含む制約と積分制御バリア関数　

引用・参考文献
索引