WO2018034191A1

WO2018034191A1 - 遠隔制御装置、システム、方法および記録媒体

Info

Publication number: WO2018034191A1
Application number: PCT/JP2017/028647
Authority: WO
Inventors: 裕志吉田
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2018-02-22
Also published as: JP7120014B2; US10965570B2; JPWO2018034191A1; US20190215254A1

Abstract

伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することを可能にするため、遠隔制御装置は、制御対象装置から制御結果を受信し、前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成し、前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定し、前記遅延設定値を送信し、前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する。また、遅延調整装置は、遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶部に記憶させ、前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信し、前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶部の前記制御データを制御対象へ出力する。

Description

遠隔制御装置、システム、方法および記録媒体

　本発明は、制御対象装置を遠隔で制御する、遠隔制御装置、システム、方法および記録媒体に関する。

　ＵＡＳ（Unmanned Aircraft System）やＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）などの機械を制御する際、機械の移動や配置の制約を解消するために、無線通信による遠隔制御が行われる。また、近年では、様々な業務がインターネットを活用しているため、これらの業務を行う機械もインターネットへ接続できることが望まれている。そのため、これらの機械に対する通信もインターネットプロトコル（ＩＰ：Internet Protocol）で行われることが増えている。

　しかし、無線ＩＰ通信では、無線の電波強度、電波干渉、ノイズ、あるいは他の通信トラヒックによって、データパケットの到着遅延およびパケット到着の遅延変動（遅延ジッタ）が発生する。無線ＩＰ通信での遠隔制御においては、このパケット到着遅延およびパケット到着の遅延ジッタの影響によって、制御性能（安定性や過渡応答）が損なわれることがある。

　特に、制御系においては、遅延そのものよりも、遅延ジッタが大きい場合に高い制御性能を実現することが困難である。通信ネットワークにおいて遅延が発生した場合でも、遅延変動がなく固定的な遅延であれば、スミス予測器などの一般的なむだ時間補償によって制御性能の改善は可能である。

　図１２は、ある制御対象（一次遅れ系）に対するフィードバック制御の結果（初期値０、制御目標値１）を示したグラフである。（ａ）は固定的に０．３ｍｓｅｃの遅延が存在する場合にＰＩ（Proportional Integral）補償器で制御したときの結果である。遅延（むだ時間）が存在するため、制御出力は目標値である１への収束に時間を要している。一方、（ｂ）は遅延（むだ時間）による影響を考慮し、ＰＩ補償器に加えてスミス予測器を備えた場合の制御結果の例である。むだ時間の影響を抑制し、制御性能が大きく改善されていることが分かる。（ｃ）は遅延が０．１ｍｓｅｃから０．８ｍｓｅｃの間をランダムに変動するような環境において（ｂ）のスミス予測器付きの制御を実施した場合の制御結果である。スミス予測器では遅延が変動する場合には効果が得られないことが分かる。

　これは、遅延の変動によって、むだ時間補償で想定していた遅延量とは異なる遅延量で制御対象装置に制御データが到着することが一因である。

　遠隔制御の方法としては、たとえば、特許文献１に、むだ時間補償付きのフィードバック制御の方法が記載されている。また、制御対象装置においてパケット到着時間の遅延ジッタを吸収する方法としては、特許文献２に、データ受信側で遅延ジッタ量に基づいて遅延ジッタを吸収するためのジッタバッファ長を決める方法が記載されている。

　しかし、特許文献１に記載の方法のようなむだ時間補償方法と特許文献２に記載の方法のような遅延変動の吸収方法を組み合わせても、制御装置が想定している遅延量と、制御対象に入力される制御データの遅延量が異なると、安定した制御を行うことができない。

　これに対し、特許文献３に記載の制御装置は、制御対象から通信ネットワークを介して送信された第１データを用いて、通信ネットワークを介して制御対象を制御するための第２データを制御対象へと送信する。そして、制御装置は、制御対象が許容最大遅延時間から第１データを受信した時刻と第１データが生成された時刻の差（第１データの到着遅延時間）を差し引いた時間が経過したタイミングで第２データを送信する。これにより、特許文献３に記載の制御装置は、通信ネットワークにおける遅延をすべて許容最大遅延に統一することで、遅延ジッタがある場合でも、むだ時間補償付きのフィードバック制御の安定性を向上することが可能になる。

　また、特許文献４には、むだ時間補償付きのフィードバック制御において、制御装置が複数の想定遅延時間に対応する制御データを送信し、制御対象装置が計測した遅延時間に応じた制御データを選択する方法が記載されている。この方法でも、制御装置の想定遅延量と制御データの遅延量とを合わせることが可能になるため、遅延ジッタがある場合でも、制御の安定性を向上することが可能になる。

特表２０１６－５１９３４４号公報特開２０１４－０６８０８７号公報特許第５５６５４３１号公報特開平１１－０６５６０９号公報

　しかし、特許文献３に記載の遠隔制御システムでは、通信ネットワークにおける実際の遅延量に関係なく、制御データを固定的に最大許容遅延時間まで遅延させて制御対象へ入力する。そのため、パケット到着遅延および遅延ジッタが小さい環境下においては、無用な遅延を挿入してしまう。制御の過渡応答（追従性）は、遅延が小さいほど良いため、この方法では、過渡応答が劣化してしまう。

　また、特許文献４に記載の方法では、遅延変動が大きい環境では、制御装置は多くの想定遅延時間に対する多くの制御データを送信する必要がある。制御データ量が多くなると、ネットワークが混雑して遅延が大きくなり制御の過渡応答を劣化させる可能性がある。また、制御データ量が少ないと、制御装置の想定遅延時間と制御データの遅延量の差が大きくなり、制御の安定性の劣化につながる可能性がある。

　本発明の目的は、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することを可能にする、遠隔制御装置、システム、方法および記録媒体を提供することにある。

　上述の問題を解決するために、本発明の遠隔制御装置は、制御対象装置から制御結果を受信する制御結果受信手段と、前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する制御データ生成手段と、前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定する遅延設定値決定手段と、前記遅延設定値を送信する遅延量送信手段と、前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する制御データ送信手段と、を備えることを特徴とする。

　また、本発明の遅延調整装置は、遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶手段に記憶させる制御データ受信手段と、前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信する遅延設定値受信手段と、前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶手段の前記制御データを制御対象へ出力する制御データ出力手段と、を備えることを特徴とする。

　また、本発明の遠隔制御方法は、制御対象装置から制御結果を受信し、前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成し、前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定し、前記遅延設定値を送信し、前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信することを特徴とする。

　また、本発明の遅延調整方法は、遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶部に記憶させ、前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信し、前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶部の前記制御データを制御対象へ出力することを特徴とする。

　また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された遠隔制御プログラムは、コンピュータに、制御対象装置から制御結果を受信する制御結果受信機能と、前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する制御データ生成機能と、前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定する遅延設定値決定機能と、前記遅延設定値を送信する遅延量送信機能と、前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する制御データ送信機能と、を実現させることを特徴とする。

　また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された遅延調整プログラムは、コンピュータに、遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶部に記憶させる制御データ受信機能と、前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信する遅延設定値受信機能と、前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶部の前記制御データを制御対象へ出力する制御データ出力機能と、を実現させることを特徴とする。

　本発明の遠隔制御装置、システム、方法および記録媒体により、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することが可能になる。

本発明の第一の実施形態の遠隔制御装置および遅延調整装置の構成例を示す図である。本発明の第一の実施形態の遠隔制御装置の動作例を示す図である。本発明の第一の実施形態の遅延調整装置の動作例を示す図である。本発明の第二の実施形態の遠隔制御システムの構成例を示す図である。本発明の第二の実施形態の遠隔制御システムの構成例を示す図である。本発明の第二の実施形態の制御データ生成部の構成例を示す図である。本発明の第二の実施形態の遠隔制御装置の動作例を示す図である。本発明の第二の実施形態の遅延調整装置の動作例を示す図である。本発明の第二の実施形態のシミュレーション結果の例を示す図である。本発明の第二の実施形態のシミュレーション結果の例を示す図である。本発明の各実施形態のハードウェア構成例を示す図である。ＰＩ補償器とスミス予測器の制御出力の例を示す図である。

　［第一の実施形態］
　本発明の第一の実施の形態について説明する。

　図１に本実施形態の遠隔制御装置１０および遅延調整装置２０の構成例を示す。

　本実施形態の遠隔制御装置１０は、制御結果受信部１１、制御データ生成部１２、遅延設定値決定部１３、遅延設定値送信部１４および制御データ送信部１５により構成される。

　制御結果受信部１１は、制御対象装置から制御結果を受信する部分である。制御データ生成部１２は、制御結果と遅延設定値に基づいて、制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する部分である。遅延設定値決定部１３は、制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定する部分である。遅延設定値送信部１４は、遅延設定値を送信する部分である。制御データ送信部１５は、制御データと制御データの生成時刻を送信する部分である。

　また、本実施形態の遅延調整装置２０は、制御データ受信部２１、制御データ記憶部２２、遅延設定値受信部２３および制御データ出力部２４により構成される。

　制御データ受信部２１は、遠隔制御装置１０から制御データを受信して制御データ記憶部２２に記憶させる部分である。遅延設定値受信部２３は、遠隔制御装置１０のむだ時間補償制御が使用する遅延設定値を受信する部分である。制御データ出力部２４は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する部分である。

　このように遠隔制御装置１０および遅延調整装置２０を構成することによって、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定して遅延調整装置２０へ送信し、遅延設定値に基づいて制御データを生成する。また、遅延調整装置２０は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する。これにより、遅延量の履歴に応じて遅延設定値を決定することが可能になるため、遠隔制御の過渡応答が向上する。また、制御データの生成に使用される遅延設定値に応じて制御対象へ制御データを出力することが可能になるため、遠隔制御の安定性が向上する。そのため、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することが可能になる。

　次に、図２および図３に、本実施形態の遠隔制御装置１０および遅延調整装置２０の動作の例を示す。図２は本実施形態の遠隔制御装置１０の、図３は本実施形態の遅延調整装置２０の動作例である。

　遠隔制御装置１０の制御結果受信部１１は、制御対象装置から制御結果を受信する（ステップＳ１０１）。遅延設定値決定部１３は、制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定する（ステップＳ１０２）。遅延設定値送信部１４は、遅延設定値を送信する（ステップＳ１０３）。制御データ生成部１２は、制御結果と遅延設定値に基づいて、制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する（ステップＳ１０４）。制御データ送信部１５は、制御データと制御データの生成時刻を送信する（ステップＳ１０５）。

　また、遅延調整装置２０の制御データ受信部２１は、遠隔制御装置１０から制御データを受信して（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、制御データ記憶部２２に記憶させる（ステップＳ２０２）。遅延設定値受信部２３は、遠隔制御装置１０のむだ時間補償制御が使用する遅延設定値を受信する（ステップＳ２０３）。制御データ出力部２４は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する（ステップＳ２０４）。

　このように動作することによって、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定して遅延調整装置２０へ送信し、遅延設定値に基づいて制御データを生成する。また、遅延調整装置２０は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する。これにより、遅延量の履歴に応じて遅延設定値を決定することが可能になるため、遠隔制御の過渡応答が向上する。また、制御データの生成に使用される遅延設定値に応じて制御対象へ制御データを出力することが可能になるため、遠隔制御の安定性が向上する。そのため、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することが可能になる。

　以上で説明したように、本発明の第一の実施形態では、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定して遅延調整装置２０へ送信し、遅延設定値に基づいて制御データを生成する。また、遅延調整装置２０は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する。そのため、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することが可能になる。

　［第二の実施形態］
　次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。

　本実施形態では、第一の実施形態の遠隔制御装置および遅延調整装置について、より具体的に説明する。

　まず、図４に本実施形態の遠隔制御システムの構成例を示す。本実施形態の遠隔制御システムは、遠隔制御装置１０および遅延調整装置３０により構成される。

　遠隔制御装置１０は制御対象に対する制御データを生成してネットワーク８０経由で遅延調整装置３０へ送信する装置である。遅延調整装置３０は、受信した制御データを制御対象へ出力する装置である。本実施形態では、遅延調整装置３０は制御対象装置である。制御対象装置は、制御データに従って制御されるとともに、制御結果（位置や速度などのデータ）を遠隔制御装置１０へフィードバックする。なお、本実施形態の遠隔制御システムは、図５のように、制御対象装置５０と遅延調整装置４０とを分離した構成であっても良い。また、図５の場合、遅延調整装置４０が制御データ出力部４４を備えているが、制御対象装置５０が制御データ出力部４４を備えていても良い。

　ネットワーク８０は、たとえば、ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ、インターネット、モバイルネットワーク（ＬＴＥ（Long Term Evolution）／３Ｇ（Generation）／ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access））などで構成されるＩＰネットワーク等である。

　次に、図１を用いて、本実施形態の遠隔制御装置１０の構成例について説明する。

　制御結果受信部１１は、制御対象装置（本実施形態の場合、遅延調整装置３０）から制御結果を受信する部分である。制御データ生成部１２は、制御結果と遅延設定値に基づいて、制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する部分である。遅延設定値決定部１３は、制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定する部分である。遅延設定値送信部１４は、遅延設定値を送信する部分である。制御データ送信部１５は、制御データと制御データの生成時刻を送信する部分である。

　次に、図６に制御データ生成部１２のより具体的な構成例を示す。制御データ生成部１２は、フィードバック制御部１２１およびむだ時間補償部１２２を備える。

　フィードバック制御部１２１は、制御対象に対するフィードバック制御を行う部分（補償器）である。フィードバック制御部１２１は、制御目標Ｒと制御対象装置からフィードバックされた制御結果に基づいて制御対象に対する制御データを生成する。フィードバック制御部１２１には、たとえば、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）補償器、位相進み補償器、位相遅れ補償器などを使用できる。

　たとえば、フィードバック制御部１２１としてＰＩ補償器を採用する場合、フィードバック制御部１２１の伝達関数Ｃ（ｓ）は式１のようになる。

なお、ＫＰは比例ゲイン、ＫＩは積分ゲインである。

　むだ時間補償部１２２は、フィードバック制御部１２１が生成する制御データに対して、ネットワーク８０における遅延（むだ時間）を補償する部分（予測器）である。むだ時間補償の方法には、たとえば、スミス予測、内部モデル制御、モデル予測制御等を使用できる。

　むだ時間補償部１２２としてスミス予測器を用いる場合、制御対象を表す伝達関数をＧ（ｓ）、ネットワーク８０における遅延量（むだ時間）をＬとすると、スミス予測器の伝達関数Ｐ（ｓ）は式２のように書くことができる。

なお、遅延量Ｌは、ネットワーク８０の往路の遅延量と復路の遅延量の合計（ラウンドドリップタイムと呼ぶ）である。

　本実施形態では、むだ時間補償部１２２の遅延量のパラメータに、遅延設定値決定部１３で決定した遅延設定値を使用する。たとえば、むだ時間補償部１２２にスミス予測器を使用する場合、式２のＬとして、遅延設定値決定部１３で決定した遅延設定値を使用する。

　次に、遅延設定値決定部１３についてより具体的に説明する。

　遅延設定値決定部１３は、制御対象装置（遅延調整装置３０）との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定する。

　遅延設定値決定部１３は、ネットワーク８０における遅延量を計測する。そして、たとえば、遅延量の履歴に基づいて、未来の遅延量の上限値Ｌ＋を予測する。そして、この上限値Ｌ＋を遅延設定値とする。

　予測の方法としては、たとえば、過去の遅延量の履歴から適当な時系列モデルを同定し、同定した時系列モデルから未来の遅延量の確率分布（確率密度関数）を予測する方法を用いることができる。時系列モデルとしては、たとえば、ＡＲ（Auto Regressive）モデル、ＭＡ（Moving Average）モデル、ＡＲＩＭＡ（Auto Regressive Integrated Moving Average）モデル、ＧＡＲＣＨ（Generalized Auto Regressive Conditional Heteroscedasticity）モデルなどを用いることができる。過去の遅延量の履歴から時系列モデルを同定することができれば、未来の遅延量の確率分布（確率密度関数）ｆ（Ｌ、ｔ）を算出することができる。なお、ｆは確率密度関数、Ｌは遅延量、ｔは時刻である。

　遅延設定値決定部１３は、未来の遅延量の確率分布ｆ（Ｌ、ｔ）に基づいて、未来の遅延量の上限値Ｌ＋を、たとえば、式３で算出する。

なお、μ（ｔ）は時刻ｔにおける遅延量Ｌの期待値Ｅ［Ｌ（ｔ）］、σ（ｔ）は時刻ｔにおける遅延量Ｌの標準偏差（σ（ｔ）の二乗は時刻ｔにおける遅延量Ｌの分散Ｖ［Ｌ（ｔ）］）、αは定数である。たとえば、確率分布ｆがガウス分布のとき、α＝３とすると、遅延量の上側３シグマの値を上限値とすることになる。

　なお、遅延量Ｌは遠隔制御装置１０と制御対象装置（遅延調整装置３０）との間のラウンドドリップタイムである。遅延量Ｌは、遠隔制御装置１０と制御対象装置との間で遅延量計測用のプローブデータを送受信することで計測しても良いし、タイムスタンプが付与された制御データや制御結果を受信することで算出しても良い。

　次に、図４を用いて、本実施形態の遅延調整装置３０の構成例について説明する。本実施形態の遅延調整装置３０は、制御データ受信部２１、制御データ記憶部２２、遅延設定値受信部２３、制御データ出力部３４、制御対象３５および制御結果送信部３６により構成される。

　制御データ受信部２１は、遠隔制御装置１０から制御データを受信して制御データ記憶部２２に記憶させる部分である。制御データ記憶部２２は、制御データの到着遅延を吸収するために、制御データを一時的に保存しておくバッファである。遅延設定値受信部２３は、遠隔制御装置１０のむだ時間補償制御が使用する遅延設定値を受信する部分である。

　制御データ出力部３４は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象３５へ出力する部分である。制御対象３５は、制御対象装置の駆動部を含めた物理モデルであり、制御データに従って制御される部分である。制御結果送信部３６は、制御結果（位置や速度などのデータ）を遠隔制御装置１０へ送信する部分である。

　本実施形態では、制御データ出力部３４は、制御データの生成時刻から所定時間経過後に制御データ記憶部２２から当該制御データを取り出し、制御対象３５へ出力する。ここでは、この所定時間をジッタバッファ長と呼ぶ。また、本実施形態では、制御データ出力部３４は、遅延設定値受信部２３が受信した遅延設定値をジッタバッファ長として使用する。

　このようにすることで、各制御データは、その生成時間から遅延設定値分の時間が経過したときに制御対象へ出力される。そのため、各制御データの到着遅延のジッタが制御データ記憶部２２によって吸収されることになる。

　制御データ記憶部２２は、遅延のジッタを吸収し、制御データの制御対象３５への到着遅延を一定に保つ役割を持つ。ジッタバッファ長が遅延量の上限値より長ければ、すべての遅延ジッタを吸収できる。ジッタバッファ長が遅延量の上限値より短い場合、制御対象３５への制御データの到着遅延が変動し、遠隔制御装置１０が想定していた遅延量とは異なる遅延量で制御対象３５へ制御データが到着するため、制御が不安定になる。一方、ジッタバッファ長が長いと、制御データの制御対象３５への到着が遅くなり、過渡応答が劣化する。そのため、本実施形態では、制御の安定性と過渡応答のトレードオフを考慮し、式３のように遅延量の上限値を算出する。これにより、たとえば、３σの値を上限値とすることで、９９％の遅延ジッタを吸収し、ジッタバッファ長も長くなり過ぎない値とすることができる。

　このように遠隔制御装置１０および遅延調整装置３０を構成することによって、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定して遅延調整装置３０へ送信し、遅延設定値に基づいて制御データを生成する。また、遅延調整装置３０は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する。これにより、遅延量の履歴に応じて遅延設定値を決定することが可能になるため、遠隔制御の過渡応答が向上する。また、制御データの生成に使用される遅延設定値に応じて制御対象へ制御データを出力することが可能になるため、遠隔制御の安定性が向上する。そのため、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することが可能になる。

　また、本実施形態では、遅延調整装置３０は、制御データの生成時刻から遅延設定値分の時間が経過したとき、制御データを制御対象へ出力する。これにより、遅延調整装置３０は、制御データの遅延量を遅延設定値に揃えることが可能になり、遠隔制御の安定性をより向上することが可能になる。

　また、本実施形態では、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴から未来の遅延量の上限値を算出し、この上限値を遅延設定値として使用する。これにより、より多くの遅延ジッタを吸収することが可能になり、遠隔制御の安定性をより向上することが可能になる。

　また、本実施形態では、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴から所定の時系列モデルを同定し、時系列モデルから未来の前記遅延量の確率分布を導出し、確率分布に基づいて遅延量の上限値の算出を行う。これにより、制御の安定性と過渡応答のトレードオフを考慮して遅延設定値を決定することが可能になる。

　次に、図７に本実施形態の遠隔制御装置１０の動作例を示す。

　遠隔制御装置１０の遅延設定値決定部１３は、遠隔制御装置１０と遅延調整装置３０との間の遅延量を所定のタイミング（所定時間おき等）で測定する（ステップＳ３０１）。そして、遅延設定値決定部１３は、所定のタイミングで遅延設定量を決定し（ステップＳ３０２）、遅延設定値送信部１４は、決定した遅延設定量を遅延調整装置３０へ送信する（ステップＳ３０３）。

　また、制御結果受信部１１は、遅延調整装置３０から制御結果を受信し（ステップＳ３０４でＹＥＳ）、制御データ生成部１２へ制御結果を入力する（ステップＳ３０５）。

　制御データ生成部１２は、所定のタイミングで、制御結果と遅延設定値に基づいて、制御データを生成する（ステップＳ３０６）。そして、制御データ送信部１５は、生成した制御データを、制御データを生成した時刻とともに遅延調整装置３０へ送信する（ステップＳ３０７）。たとえば、制御データを含むパケットに生成時刻のフィールドを含めることが考えられる。

　次に、図８に本実施形態の遅延調整装置３０の動作例を示す。

　遅延調整装置３０の遅延設定値受信部２３は、遠隔制御装置１０から遅延設定値を受信すると（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、遅延設定値を制御データ記憶部２２のジッタバッファ長として設定する（ステップＳ４０２）。

　また、制御データ受信部２１は、遠隔制御装置１０から制御データを受信すると（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、制御データを制御データ記憶部２２に記憶させる（ステップＳ４０４）。

　制御データ出力部３４は、制御データ記憶部２２に記憶された制御データを、その制御データの生成時刻から遅延設定値分の時間が経過したときに取り出し（ステップＳ４０５）、制御対象３５へ出力する（ステップＳ４０６）。

　制御結果送信部３６は、所定のタイミングで制御対象３５の制御結果を遠隔制御装置１０へ送信する（ステップＳ４０７）。

　このように動作することによって、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定して遅延調整装置３０へ送信し、遅延設定値に基づいて制御データを生成する。また、遅延調整装置３０は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する。これにより、遅延量の履歴に応じて遅延設定値を決定することが可能になるため、遠隔制御の過渡応答が向上する。また、制御データの生成に使用される遅延設定値に応じて制御対象へ制御データを出力することが可能になるため、遠隔制御の安定性が向上する。そのため、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することが可能になる。

　以上で説明したように、本発明の第二の実施形態では、第一の実施形態と同様に、遠隔制御装置１０は、遅延量の履歴に基づいて遅延設定値を決定して遅延調整装置３０へ送信し、遅延設定値に基づいて制御データを生成する。また、遅延調整装置３０は、遅延設定値および制御データの生成時刻に基づいて制御データ記憶部の制御データを制御対象へ出力する。これにより、遅延量の履歴に応じて遅延設定値を決定することが可能になるため、遠隔制御の過渡応答が向上する。また、制御データの生成に使用される遅延設定値に応じて制御対象へ制御データを出力することが可能になるため、遠隔制御の安定性が向上する。そのため、伝送遅延が変動する場合の遠隔制御の過渡応答および安定性を向上することが可能になる。

　［シミュレーション結果例］
　次に、図９および図１０に、第二の実施形態のシミュレーション結果の例を示す。

　式４の伝達関数Ｇ（ｓ）で表される一次遅れ系の制御対象（Ｋ＝１、Ｔ＝０．８）に対して、通常のＰＩ補償器、スミス予測器（固定遅延）付きのＰＩ補償器、本実施形態の遠隔制御システムの３パターンで、初期値が０、目標値が１のときの制御結果を計測した。

ただし、遅延量Ｌは０．１ｍｓｅｃから０．８ｍｓｅｃの間でランダムに変動させた。

　図９は、シミュレーション結果の一例である。（ａ）は制御結果、（ｂ）が遅延量Ｌの変動を示したグラフである。通常のＰＩ補償器（Ｎｏｒｍａｌ　ＰＩ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）は、５ｓｅｃ付近まで制御結果が安定していない。スミス予測器（固定遅延）付きのＰＩ補償器（Ｓｍｉｔｈ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）は通常のＰＩ補償器よりも制御性能は改善しているが、本実施形態の遠隔制御システム（Ｐｒｏｐｏｓｅｄ）では、過渡特性をより改善できていることが分かる。制御出力と目標値のＲＭＳＥ（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅｄ　Ｅｒｒｏｒ）は、通常のＰＩ補償器で０．７３１、スミス予測器（固定遅延）付きのＰＩ補償器で０．４１５、本発明の遠隔制御システムで０．３２０となる。これにより、本実施形態の遠隔制御システムの制御性能が最も高いことが分かる。

　図１０は、図９と同じシミュレーション条件での他の結果の例である。本結果においても、制御出力と目標値のＲＭＳＥは、通常のＰＩ補償器で０．５７９、スミス予測器（固定遅延）付きのＰＩ補償器で０．３２４、本実施形態の遠隔制御システムで０．２７８となり、本実施形態の遠隔制御システムの制御性能が最も高くなった。

　［ハードウェア構成例］
　上述した本発明の各実施形態における遠隔制御装置１０、遅延調整装置（２０、３０、４０）（以降遠隔制御装置等と呼ぶ）を、一つの情報処理装置（コンピュータ）を用いて実現するハードウェア資源の構成例について説明する。なお、遠隔制御装置等は、物理的または機能的に少なくとも二つの情報処理装置を用いて実現してもよい。また、遠隔制御装置等は、専用の装置として実現してもよい。また、遠隔制御装置等の一部の機能のみを情報処理装置を用いて実現しても良い。

　図１１は、本発明の各実施形態の遠隔制御装置等を実現可能な情報処理装置のハードウェア構成例を概略的に示す図である。情報処理装置９０は、通信インタフェース９１、入出力インタフェース９２、演算装置９３、記憶装置９４、不揮発性記憶装置９５およびドライブ装置９６を備える。

　通信インタフェース９１は、各実施形態の遠隔制御装置等が、有線あるいは／および無線で外部装置と通信するための通信手段である。なお、遠隔制御装置等を、少なくとも二つの情報処理装置を用いて実現する場合、それらの装置の間を通信インタフェース９１経由で相互に通信可能なように接続しても良い。

　入出力インタフェース９２は、入力デバイスの一例であるキーボードや、出力デバイスとしてのディスプレイ等のマンマシンインタフェースである。

　演算装置９３は、汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロプロセッサ等の演算処理装置である。演算装置９３は、たとえば、不揮発性記憶装置９５に記憶された各種プログラムを記憶装置９４に読み出し、読み出したプログラムに従って処理を実行することが可能である。

　記憶装置９４は、演算装置９３から参照可能な、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ装置であり、プログラムや各種データ等を記憶する。記憶装置９４は、揮発性のメモリ装置であっても良い。

　不揮発性記憶装置９５は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、等の、不揮発性の記憶装置であり、各種プログラムやデータ等を記憶することが可能である。

　ドライブ装置９６は、たとえば、後述する記録媒体９７に対するデータの読み込みや書き込みを処理する装置である。

　記録媒体９７は、たとえば、光ディスク、光磁気ディスク、半導体フラッシュメモリ等、データを記録可能な任意の記録媒体である。

　本発明の各実施形態は、たとえば、図１１に例示した情報処理装置９０により遠隔制御装置等を構成し、この遠隔制御装置等に対して、上記各実施形態において説明した機能を実現可能なプログラムを供給することにより実現してもよい。

　この場合、遠隔制御装置等に対して供給したプログラムを、演算装置９３が実行することによって、実施形態を実現することが可能である。また、遠隔制御装置等のすべてではなく、一部の機能を情報処理装置９０で構成することも可能である。

　さらに、上記プログラムを記録媒体９７に記録しておき、遠隔制御装置等の出荷段階、あるいは運用段階等において、適宜上記プログラムが不揮発性記憶装置９５に格納されるよう構成してもよい。なお、この場合、上記プログラムの供給方法は、出荷前の製造段階、あるいは運用段階等において、適当な治具を利用して遠隔制御装置等内にインストールする方法を採用してもよい。また、上記プログラムの供給方法は、インターネット等の通信回線を介して外部からダウンロードする方法等の一般的な手順を採用してもよい。

　上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

　　（付記１）
　制御対象装置から制御結果を受信する制御結果受信手段と、
　前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する制御データ生成手段と、
　前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定する遅延設定値決定手段と、
　前記遅延設定値を送信する遅延量送信手段と、
　前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する制御データ送信手段と、
　を備えることを特徴とする遠隔制御装置。

　　（付記２）
　前記遅延設定値決定手段は、前記遅延量の前記履歴から未来の前記遅延量の上限値を算出し、前記上限値を前記遅延設定値として使用する
　ことを特徴とする付記１に記載の遠隔制御装置。

　　（付記３）
　前記遅延設定値決定手段は、前記遅延量の前記履歴から所定の時系列モデルを同定し、前記時系列モデルから未来の前記遅延量の確率分布を導出し、前記確率分布に基づいて前記遅延量の前記上限値の前記算出を行う
　ことを特徴とする付記２に記載の遠隔制御装置。

　　（付記４）
　前記むだ時間補償にスミス予測器を使用する
　ことを特徴とする付記１から付記３のいずれかに記載の遠隔制御装置。

　　（付記５）
　遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶手段に記憶させる制御データ受信手段と、
　前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信する遅延設定値受信手段と、
　前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶手段の前記制御データを制御対象へ出力する制御データ出力手段と、
　を備えることを特徴とする遅延調整装置。

　　（付記６）
　前記制御データ出力手段は、前記生成時刻から前記遅延設定値を経過した時刻に前記制御データの前記制御対象への前記出力を行う
　ことを特徴とする付記５に記載の遅延調整装置。

　　（付記７）
　付記１から付記４のいずれかに記載の制御データ送信装置と、
　前記制御対象装置と
　を備え、
　前記制御対象装置は、付記５あるいは付記６に記載の遅延調整装置である
　ことを特徴とする遠隔制御システム。

　　（付記８）
　付記１から付記４のいずれかに記載の制御データ送信装置と、
　遅延調整装置と、
　前記制御対象装置と
　を備え、
　前記遅延調整装置は、付記５あるいは付記６に記載の遅延調整装置である
　ことを特徴とする遠隔制御システム。

　　（付記９）
　制御対象装置から制御結果を受信し、
　前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成し、
　前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定し、
　前記遅延設定値を送信し、
　前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する
　ことを特徴とする遠隔制御方法。

　　（付記１０）
　前記遅延量の前記履歴から未来の前記遅延量の上限値を算出し、前記上限値を前記遅延設定値として使用する
　ことを特徴とする付記９に記載の遠隔制御方法。

　　（付記１１）
　前記遅延量の前記履歴から所定の時系列モデルを同定し、前記時系列モデルから未来の前記遅延量の確率分布を導出し、前記確率分布に基づいて前記遅延量の前記上限値の前記算出を行う
　ことを特徴とする付記１０に記載の遠隔制御方法。

　　（付記１２）
　前記むだ時間補償にスミス予測器を使用する
　ことを特徴とする付記９から付記１１のいずれかに記載の遠隔制御方法。

　　（付記１３）
　遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶部に記憶させ、
　前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信し、
　前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶部の前記制御データを制御対象へ出力する
　ことを特徴とする遅延調整方法。

　　（付記１４）
　前記生成時刻から前記遅延設定値を経過した時刻に前記制御データの前記制御対象への前記出力を行う
　ことを特徴とする付記１３に記載の遅延調整方法。

　　（付記１５）
　コンピュータに、
　制御対象装置から制御結果を受信する制御結果受信機能と、
　前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する制御データ生成機能と、
　前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定する遅延設定値決定機能と、
　前記遅延設定値を送信する遅延量送信機能と、
　前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する制御データ送信機能と、
　を実現させることを特徴とする遠隔制御プログラム。

　　（付記１６）
　前記遅延設定値決定機能は、前記遅延量の前記履歴から未来の前記遅延量の上限値を算出し、前記上限値を前記遅延設定値として使用する
　ことを特徴とする付記１５に記載の遠隔制御プログラム。

　　（付記１７）
　前記設定値決定機能は、前記遅延量の前記履歴から所定の時系列モデルを同定し、前記時系列モデルから未来の前記遅延量の確率分布を導出し、前記確率分布に基づいて前記遅延量の前記上限値の前記算出を行う
　ことを特徴とする付記１６に記載の遠隔制御プログラム。

　　（付記１８）
　前記むだ時間補償にスミス予測器を使用する
　ことを特徴とする付記１５から付記１７のいずれかに記載の遠隔制御プログラム。

　　（付記１９）
　コンピュータに、
　遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶部に記憶させる制御データ受信機能と、
　前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信する遅延設定値受信機能と、
　前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶部の前記制御データを制御対象へ出力する制御データ出力機能と、
　を実現させることを特徴とする遅延調整プログラム。

　　（付記２０）
　前記制御データ出力機能は、前記生成時刻から前記遅延設定値を経過した時刻に前記制御データの前記制御対象への前記出力を行う
　ことを特徴とする付記１９に記載の遅延調整プログラム。

　　（付記２１）
　付記１５から付記１８のいずれかに記載の遠隔制御プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。

　　（付記２２）
　付記１９あるいは付記２０のいずれかに記載の遅延調整プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。

　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

　この出願は、２０１６年８月１７日に出願された日本出願特願２０１６－１６０１３９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１０　　遠隔制御装置
　１１　　制御結果受信部
　１２　　制御データ生成部
　１３　　遅延設定値決定部
　１４　　遅延設定値送信部
　１５　　制御データ送信部
　２０、３０、４０　　遅延調整装置
　２１　　制御データ受信部
　２２　　制御データ記憶部
　２３　　遅延設定値受信部
　２４、３４、４４　　制御データ出力部
　３５　　制御対象
　３６　　制御結果送信部
　５０　　制御対象装置
　８０　　ネットワーク
　９０　　情報処理装置
　９１　　通信インタフェース
　９２　　入出力インタフェース
　９３　　演算装置
　９４　　記憶装置
　９５　　不揮発性記憶装置
　９６　　ドライブ装置
　９７　　記録媒体

Claims

　制御対象装置から制御結果を受信する制御結果受信手段と、
　前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する制御データ生成手段と、
　前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定する遅延設定値決定手段と、
　前記遅延設定値を送信する遅延量送信手段と、
　前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する制御データ送信手段と、
　を備えることを特徴とする遠隔制御装置。
　前記遅延設定値決定手段は、前記遅延量の前記履歴から未来の前記遅延量の上限値を算出し、前記上限値を前記遅延設定値として使用する
　ことを特徴とする請求項１に記載の遠隔制御装置。
　前記遅延設定値決定手段は、前記遅延量の前記履歴から所定の時系列モデルを同定し、前記時系列モデルから未来の前記遅延量の確率分布を導出し、前記確率分布に基づいて前記遅延量の前記上限値の前記算出を行う
　ことを特徴とする請求項２に記載の遠隔制御装置。
　前記むだ時間補償にスミス予測器を使用する
　ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の遠隔制御装置。
　遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶手段に記憶させる制御データ受信手段と、
　前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信する遅延設定値受信手段と、
　前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶手段の前記制御データを制御対象へ出力する制御データ出力手段と、
　を備えることを特徴とする遅延調整装置。
　前記制御データ出力手段は、前記生成時刻から前記遅延設定値を経過した時刻に前記制御データの前記制御対象への前記出力を行う
　ことを特徴とする請求項５に記載の遅延調整装置。
　請求項１から請求項４のいずれかに記載の制御データ送信装置と、
　前記制御対象装置と
　を備え、
　前記制御対象装置は、請求項５あるいは請求項６に記載の遅延調整装置である
　ことを特徴とする遠隔制御システム。
　請求項１から請求項４のいずれかに記載の制御データ送信装置と、
　遅延調整装置と、
　前記制御対象装置と
　を備え、
　前記遅延調整装置は、請求項５あるいは請求項６に記載の遅延調整装置である
　ことを特徴とする遠隔制御システム。
　制御対象装置から制御結果を受信し、
　前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成し、
　前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定し、
　前記遅延設定値を送信し、
　前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する
　ことを特徴とする遠隔制御方法。
　前記遅延量の前記履歴から未来の前記遅延量の上限値を算出し、前記上限値を前記遅延設定値として使用する
　ことを特徴とする請求項９に記載の遠隔制御方法。
　前記遅延量の前記履歴から所定の時系列モデルを同定し、前記時系列モデルから未来の前記遅延量の確率分布を導出し、前記確率分布に基づいて前記遅延量の前記上限値の前記算出を行う
　ことを特徴とする請求項１０に記載の遠隔制御方法。
　前記むだ時間補償にスミス予測器を使用する
　ことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載の遠隔制御方法。
　遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶部に記憶させ、
　前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信し、
　前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶部の前記制御データを制御対象へ出力する
　ことを特徴とする遅延調整方法。
　前記生成時刻から前記遅延設定値を経過した時刻に前記制御データの前記制御対象への前記出力を行う
　ことを特徴とする請求項１３に記載の遅延調整方法。
　コンピュータに、
　制御対象装置から制御結果を受信する制御結果受信機能と、
　前記制御結果と遅延設定値に基づいて、前記制御対象装置に対するむだ時間補償付きのフィードバック制御を行う制御データを生成する制御データ生成機能と、
　前記制御対象装置との間で送受信する送受信データの遅延量の履歴に基づいて前記遅延設定値を決定する遅延設定値決定機能と、
　前記遅延設定値を送信する遅延量送信機能と、
　前記制御データと前記制御データの生成時刻を送信する制御データ送信機能と、
　を実現させることを特徴とする遠隔制御プログラム。
　前記遅延設定値決定機能は、前記遅延量の前記履歴から未来の前記遅延量の上限値を算出し、前記上限値を前記遅延設定値として使用する
　ことを特徴とする請求項１５に記載の遠隔制御プログラム。
　前記設定値決定機能は、前記遅延量の前記履歴から所定の時系列モデルを同定し、前記時系列モデルから未来の前記遅延量の確率分布を導出し、前記確率分布に基づいて前記遅延量の前記上限値の前記算出を行う
　ことを特徴とする請求項１６に記載の遠隔制御プログラム。
　前記むだ時間補償にスミス予測器を使用する
　ことを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれかに記載の遠隔制御プログラム。
　コンピュータに、
　遠隔制御装置から制御データを受信して制御データ記憶部に記憶させる制御データ受信機能と、
　前記遠隔制御装置のむだ時間補償で使用する遅延設定値を受信する遅延設定値受信機能と、
　前記遅延設定値および前記制御データの生成時刻に基づいて前記制御データ記憶部の前記制御データを制御対象へ出力する制御データ出力機能と、
　を実現させることを特徴とする遅延調整プログラム。
　前記制御データ出力機能は、前記生成時刻から前記遅延設定値を経過した時刻に前記制御データの前記制御対象への前記出力を行う
　ことを特徴とする請求項１９に記載の遅延調整プログラム。
　請求項１５から請求項１８のいずれかに記載の遠隔制御プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
　請求項１９あるいは請求項２０のいずれかに記載の遅延調整プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。