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ダイナミクス学習arXiv:2609.27188

散逸性を構造的に保証する離散時間ニューラルネットワークによる散逸ダイナミクスの学習

Learning Dissipative Dynamics with Dissipativity-by-Construction Discrete-Time Neural Networks

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離散時間の多層パーセプトロンに制約付きパラメータ化を施し、散逸性を構造的に保証しながらロボットのダイナミクスを学習する手法を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

本論文は、離散時間系で直接定式化された深層多層パーセプトロン(deep multilayer perceptron)を用いて、入出力時系列データから漸近散逸性(incremental dissipativity)を満たす動力学モデルを学習する手法を提案する。ロボティクスにおけるフィードバック制御ループ内での利用を想定し、散逸性を正則化ではなく構造的に保証する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

既存の散逸動力学学習は主に連続時間定式化に基づき、ODEソルバーを要するため計算コストが高い。また、連続時間受動系を直接離散化しても受動性が必ずしも保存されない。提案法は離散時間で直接定式化し、構造的に漸近散逸性を保証する点で先行研究と異なる。

3. 技術・手法の肝は?

離散時間で定式化した深層多層パーセプトロンに対し、制約付きパラメータ化(constrained parameterization)と専用の学習手順を適用する。これにより正則化に頼らず、構成により漸近散逸性を保証する。Lyapunovベースの解析で散逸性と安定性の保証を与える。

4. どうやって有効だと検証した?

ロボティクスの動力学システムに関するシミュレーションを実施し、ベースライン手法と比較して、競争力のある予測精度、計算効率、および漸近散逸性の一貫した保存を実証した。

5. 議論はある?

要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照・比較されている具体的な研究は明示されていない。同分野の関連手法として、連続時間の散逸性・受動性を学習する手法や、Hamiltonian neural networks、Lagrangian neural networks、Neural ODE などが挙げられる。

※ 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: Tuan Luong, Hyungpil Moon

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Dissipativity is a fundamental system-theoretic property closely related to stability, passivity, and input--output stability, and is particularly important in robotics, where learned dynamics models are often embedded within feedback control loops. However, most existing approaches for learning dissipative dynamics are based on continuous-time formulations, which require ODE solvers during training or inference and can therefore be computationally expensive. Moreover, because practical implementations are inherently discrete-time, direct discretization of a continuous-time passive system does not necessarily preserve passivity, motivating the need for explicit discrete-time guarantees. This study proposes a method for learning incrementally dissipative dynamics from input--output time-series data using a deep multilayer perceptron formulated directly in discrete time. Through a constrained parameterization and a dedicated training procedure, the proposed model guarantees incremental dissipativity by construction rather than through regularization. Lyapunov-based analysis establishes the corresponding dissipativity and stability guarantees, while simulations on robotic dynamical systems demonstrate competitive prediction accuracy, computational efficiency, and consistent preservation of incremental dissipativity compared with baseline methods.

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PR本紙発行元 EmplifAI