JPH02226186A - Simulation method - Google Patents

Simulation method

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JPH02226186A
JPH02226186A JP4623289A JP4623289A JPH02226186A JP H02226186 A JPH02226186 A JP H02226186A JP 4623289 A JP4623289 A JP 4623289A JP 4623289 A JP4623289 A JP 4623289A JP H02226186 A JPH02226186 A JP H02226186A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
variables
variable
corrector
simulation method
time
Prior art date
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Pending
Application number
JP4623289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Konishi
小西 秀雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4623289A priority Critical patent/JPH02226186A/en
Publication of JPH02226186A publication Critical patent/JPH02226186A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable numerically stable and fast simulation by calculating a corrector from variables after integration operation and derivatives as to some of the variables among the variables of an ordinary differential equation system, and correcting respective variable values by using the corrector. CONSTITUTION:The corrector is calculated from the variables after the integration operation and the derivatives as to some of the variables, namely, particularly those variables that tend to be unstable, among a group of variables of the ordinary differential equation system, and the corrector is used to correct the values of the respective variables. Therefore, even if a large time step DELTAt is used, a stable calculation result is obtained without any numeric divergence and the calculation for the corrector is simple to eliminate a large increase in calculation time. Consequently, the numerically stable and fast simulation is enabled.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、計算機によって過渡現象を模擬するシミュレ
ーション方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a simulation method for simulating transient phenomena using a computer.

(従来の技術) 一般に、シミュレーション装置では、模擬する対象の動
特性を記述する微分方程式、例えば原子炉の動特性を記
述する微分方程式を数値積分することによって時々刻々
の変化を計算し、利用者にそれを表示する。
(Prior Art) Generally, a simulation device calculates moment-to-moment changes by numerically integrating a differential equation that describes the dynamic characteristics of an object to be simulated, such as a differential equation that describes the dynamic characteristics of a nuclear reactor. to display it.

第2図は、このようなシミュレーション装置における従
来のシミュレーション方法の一例を示すものである。
FIG. 2 shows an example of a conventional simulation method in such a simulation apparatus.

すなわち、従来のシミュレーション方法では、まず模擬
対象の初期状態Yio(t−to)を計算する(1)。
That is, in the conventional simulation method, first, the initial state Yio(t-to) of the simulation target is calculated (1).

これは通常、圧力、温度、位置、置皿等の種々の物理量
Yl  (+−1,2,3、・・・)の値であるが、こ
れらは、ファイルに保存され(2)、また表示装置によ
って表示される(3)。
This is usually the value of various physical quantities Yl (+-1, 2, 3,...) such as pressure, temperature, position, plate, etc., but these are saved in a file (2) and also displayed. Displayed by the device (3).

次に、これらの物理量Y1の時間変化を記述する常微分
方程式より各変量の微係数Yio−を求める(4)。
Next, the differential coefficient Yio- of each variable is determined from an ordinary differential equation that describes the time change of these physical quantities Y1 (4).

この後、上記微係数Yj o −を、例えば次に示すよ
うな式に基いて、オイラー法により一定のタイムステッ
プΔtで時間積分し、各変量Y11の値を求める(4)
After that, the above-mentioned differential coefficient Yj o - is time-integrated at a constant time step Δt by Euler's method based on the following formula, for example, to find the value of each variable Y11 (4)
.

Yl 、←Y]o+Y1o−・Δt ・・・・・・・・
・■そして、時刻を進めて t1←to+△t とし、時刻t1および諸変量の値Y1 、をファイルに
保存する。
Yl ,←Y]o+Y1o-・Δt・・・・・・・・・
・■Then, advance the time so that t1←to+Δt, and save the time t1 and the value Y1 of various variables in a file.

以上の手順を繰返し、時刻toからtl、t2・・・・
・・・・・t、と順次時間を進め、時々刻々の状態を計
算し、保存されているファイルから利用者に画面表示等
によって表示し、シミュレーションを行っている。
Repeat the above steps, from time to to tl, t2...
. . . t, the time progresses sequentially, the moment-by-moment state is calculated, and the simulation is performed by displaying the saved files to the user on a screen or the like.

(発明が解決しようとする課題) 上述した従来のシミュレーション方法では、−回の計算
に要する時間によってシミュレーションの速度が支配さ
れるが、計算機の性能が一定の場合、タイムステップΔ
tを大きくすることで時間の進行を速め、たとえば実時
間と同様の速さで現象を模擬することができる。
(Problem to be Solved by the Invention) In the conventional simulation method described above, the simulation speed is controlled by the time required for - calculations, but if the performance of the computer is constant, the time step Δ
By increasing t, time progresses faster and, for example, it is possible to simulate a phenomenon at the same speed as in real time.

しかしながら、上述した従来のシミュレーション方法で
は、タイムステップ△tを大きくしすぎると数値的に不
安定となり、計算結果が発散し、意味のないものになる
危険性がある。したがって、例えば−回の計算に時間を
要するものや、数値的に不安定となり易い変数を含むも
のは、例えば実時間と同様の速さで現象を模擬する等の
高速なシミュレーションを行うことができないという問
題があった。
However, in the conventional simulation method described above, if the time step Δt is made too large, it becomes numerically unstable, and there is a risk that the calculation results will diverge and become meaningless. Therefore, for example, it is not possible to perform high-speed simulations, such as simulating phenomena at the same speed as real time, for things that require time to calculate - times or that include variables that are likely to become numerically unstable. There was a problem.

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの、
数値的に安定で、かつ高速なシミュレーションを行うこ
とのできるシミュレーション方法を提供しようとするも
のである。
The present invention has been made in response to such conventional circumstances,
The objective is to provide a simulation method that is numerically stable and capable of performing high-speed simulations.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) すなわち本発明は、模擬対象の時間的な変化を表す複数
の変数群からなる連立常微分方程式系を、所定の時間間
隔で積分演算し、前記変数群の値を求めるとともに、こ
の変数群の値を用いて順次前記積分演算を繰り返し、前
記模擬対象の変化を模擬するシミュレーション方法にお
いて、前記常微分方程式系の前記変数群のうちの一部の
変数については、前記積分演算後の変数と、微係数とを
用いて修正子を算出し、この修正子を用いて各変数値を
修正することを特徴とする。
[Structure of the Invention (Means for Solving the Problem) That is, the present invention performs an integral operation at a predetermined time interval on a system of simultaneous ordinary differential equations consisting of a plurality of variable groups representing temporal changes in a simulated object, In the simulation method, in which the values of the variable group are determined and the integral operation is sequentially repeated using the values of the variable group to simulate changes in the simulated object, some of the variable groups of the ordinary differential equation system are Regarding the variables, a modifier is calculated using the variable after the integral operation and a differential coefficient, and each variable value is modified using this modifier.

(作 用) 上記構成の本発明のシミュレーション方法では、常微分
方程式系の変数群のうちの一部の変数、すなわち、特に
不安定化しやすい変数に対しては、積分演算後の変数と
、微係数とを用いて修正子を算出し、この修正子を用い
て各変数の値を修正することで数値的に安定化させる。
(Function) In the simulation method of the present invention having the above configuration, for some of the variables of the variable group of the ordinary differential equation system, that is, for variables that are particularly likely to become unstable, the variables after the integral operation and the differential A modifier is calculated using the coefficient, and the value of each variable is modified using this modifier to stabilize numerically.

したがって、大きなタイムステップ△tを用いた場合で
も、数値的に発散することはなく、安定な計算結果が得
られ、かつ、上記修正子を算出するための計算は極めて
簡単なものであり、計算時間の大幅な増加とはならない
ので、従来では実時間で模擬を行うことができない対象
に対しても安定にシミュレーションを行うことができる
Therefore, even when a large time step Δt is used, there is no numerical divergence, stable calculation results are obtained, and the calculation to calculate the above modifier is extremely simple. Since there is no significant increase in time, it is possible to stably simulate objects that cannot be simulated in real time conventionally.

(実施例) 以下、本発明のシミュレーション方法を図面を参照して
説明する。
(Example) Hereinafter, the simulation method of the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例のシミュレーション方法を
示すもので、この実施例方法では、第2図に示した従来
の方法と同様に、まず模擬対象の初期状態Y1g(t−
to)を計算しくA)、これらの値をファイルに保存(
B)、および表示を行う(C)。次にこれらの微係数Y
lo −求め(D)、これを、一定のタイムステップΔ
tで時間積分し、前述の0式に基づいて、オイラー法に
より各変量Yi lの値を求める(E)。
FIG. 1 shows a simulation method according to an embodiment of the present invention. In this embodiment method, like the conventional method shown in FIG. 2, first the initial state Y1g(t-
A) and save these values to a file (
B), and display (C). Next, these differential coefficients Y
lo −determined (D), which is determined at a constant time step Δ
Time integration is performed by t, and the value of each variable Yi l is determined by Euler's method based on the above-mentioned equation 0 (E).

そして、上記Y11のうち、安定な変数のグループj(
Yj)に対しては、そのまま従来と同様にその値を更新
する(E)。
Then, among the above Y11, group j of stable variables (
For Yj), its value is updated as before (E).

一方、一部の不安定な変数のグループk(Yk)に対し
ては新たに修正子Yk+  を計算しくF)、オイラー
積分される前の値Ykoとから、Yk 、←Yk o 
+Yk + *       ・・・・・・・・・■と
補正を行う(G)。
On the other hand, for some unstable variable group k (Yk), a new modifier Yk+ is calculated (F), and from the value Yko before Euler integration, Yk ,←Yk o
+Yk + * ・・・・・・・・・■ Perform correction (G).

この補正ff1Yk+  はたとえば有理ルンゲクッ夕
積分法の考え方(^、Wambecq  Ration
al Runge−Kutta  Methods  
for  Solving  5ystea+s  o
f’  0rdlnary  Dif’f’erent
ial  Equatlons   、Coalput
ing、20゜333−342.1978. )を利用
することによって求める。
This correction ff1Yk+ is based on, for example, the concept of the rational Rungekut integral method (^, Wambecq Ration
al Runge-Kutta Methods
for Solving 5ystea+so
f'0rdlnary Dif'f'erent
ial Equatrons, Coalput
ing, 20°333-342.1978. ).

すなわち、上記有理ルンゲクッタ積分法によれば、常微
分方程式系y−−f(y)に対して、g+−f (y)
          ・・・・・・・・・■g2−f 
(y十c・Δt−g1) ・・・・・・・・・■を求め
、これを使用し、 g 1  ll g 1 y←y+             ・Δt・・・・・
・・−・■b、  g+  +b2  g2 として、次の時刻の値を求めると、Δtの値によらずに
常に安定になるというものである。ここに、yは変数y
lのベクトルであり、0式の演算はベクトルに対してな
される。C1b1.b2は定数である。
That is, according to the rational Runge-Kutta integral method, for the ordinary differential equation system y−f(y), g+−f (y)
・・・・・・・・・■g2-f
(y0c・Δt−g1)・・・・・・・・・■ Find out and use this, g 1 ll g 1 y←y+ ・Δt・・・・・・
...-■ If the value at the next time is determined as b, g+ +b2 g2, it will always be stable regardless of the value of Δt. Here, y is the variable y
It is a vector of l, and the operation of the 0 expression is performed on the vector. C1b1. b2 is a constant.

さて、上記の方法を利用し、従来のオイラー法も併用で
きる変数の修正方法をつくることができる。すなわち、
■式におけるglは、Yl ″と同様のものであるから
、 g、−yi−・・・・・・■ また、■式において、特にC−1とすることにより、g
2はオイラー積分後の変数Ykを使い、この値に基く微
係数計算(D)を再び行うことにより、 g2−yk −・・・・・・■ として求めることができる。このようにして求まる■、
■のgl、g2によれば、修正RYk  は、g 1 
 ° gl Yk  ゝ−Δt   ・・・・・・■b、  g+ 
 +b2  g2 と簡単に求まり、■式により修正計算が行える。
Now, by using the above method, it is possible to create a variable correction method that can also be used in conjunction with the conventional Euler method. That is,
Since gl in the formula (■) is the same as Yl'', g, -yi-...■ Also, in the formula (■), by specifically setting C-1, g
2 can be obtained as g2-yk -...■ by using the variable Yk after Euler integration and performing the differential coefficient calculation (D) again based on this value. Determined in this way■,
According to gl and g2 in ■, the modified RYk is g 1
° gl Yk ゝ-Δt ・・・・・・■b, g+
+b2 g2 can be easily determined, and correction calculations can be performed using formula (2).

これらのベクトルの演算に要する時間は極めて短いもの
であり、計算時間の増大とならない。
The time required to calculate these vectors is extremely short, and the calculation time does not increase.

なお、■式は、全変数Yiのうちの一部のYkについて
のみ行うものであり、他の変数Yjについては、全〈従
来の計算と同じである。さらに、■式の修正量の計算は
、変数グループYkをさらにいくつかのサブグループに
分割し、それぞれの変数ベクトルに対して行うことがで
きる。このようになサブグループ化を行う場合、時定数
の類似する変数毎にグループ化すると、計算誤差を小さ
くすることができる。
Note that formula (2) is performed only for a part of Yk of all variables Yi, and for other variables Yj, all << is the same as the conventional calculation. Furthermore, the calculation of the correction amount in equation (2) can be performed for each variable vector by further dividing the variable group Yk into several subgroups. When performing subgrouping in this way, calculation errors can be reduced by grouping variables with similar time constants.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明のシミュレーション方法に
よれば、数値的に極めて安定なシミュレーションが可能
となり、実時間性を要求されるような高速なシミュレー
ションに対しても、精度の良い模擬が可能となる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the simulation method of the present invention, numerically extremely stable simulations can be performed, and even for high-speed simulations that require real-time performance, accuracy can be improved. A good simulation is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例のシミュレーション方法を説
明するための図、第2図は従来のシミュレーション方法
を説明するための図である。 出願人      日本原子力事業株式会社出願人  
    株式会社 東芝 代理人 弁理士  須 山 佐 − 第2図
FIG. 1 is a diagram for explaining a simulation method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional simulation method. Applicant Japan Atomic Energy Corporation Applicant
Toshiba Corporation Representative Patent Attorney Sasa Suyama - Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)模擬対象の時間的な変化を表す複数の変数群から
なる連立常微分方程式系を、所定の時間間隔で積分演算
し、前記変数群の値を求めるとともに、この変数群の値
を用いて順次前記積分演算を繰り返し、前記模擬対象の
変化を模擬するシミュレーション方法において、 前記常微分方程式系の前記変数群のうちの一部の変数に
ついては、前記積分演算後の変数と、微係数とを用いて
修正子を算出し、この修正子を用いて各変数値を修正す
ることを特徴とするシミュレーション方法。
(1) Integrate a system of simultaneous ordinary differential equations consisting of multiple variable groups representing temporal changes in the simulated object at predetermined time intervals, obtain the values of the variable groups, and use the values of this variable group. In the simulation method of simulating changes in the simulated object by sequentially repeating the integral operation, for some of the variables of the variable group of the ordinary differential equation system, the variables after the integral operation and the differential coefficient A simulation method characterized by calculating a modifier using , and modifying each variable value using this modifier.
JP4623289A 1989-02-27 1989-02-27 Simulation method Pending JPH02226186A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020004399A (en) * 2018-06-07 2020-01-09 コンペテンツェントラム−ダス ヴァーチュッレ ファールツグ フォルシュングゲゼルシャフト エムベーハー Method and device for previous stage co-simulation

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020004399A (en) * 2018-06-07 2020-01-09 コンペテンツェントラム−ダス ヴァーチュッレ ファールツグ フォルシュングゲゼルシャフト エムベーハー Method and device for previous stage co-simulation

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