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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Errichtung eines Steuersystems
zur Ansteuerung einer Funktionseinheit, die durch eine Mehrzahl
von Eingangsgrößen parametriert
ist. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein solches Steuersystem sowie
auf ein Verfahren zur Ansteuerung einer Funktionseinheit unter Verwendung
des genannten Steuersystems.
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Eigenschaften
eines komplexen technischen Systems (im Folgenden allgemein als "Funktionseinheit" bezeichnet) können häufig durch
eine Vielzahl von Eingangsgrößen, d.h.
in einem vieldimensionalen Parameterraum, festgelegt werden. Die
Auffindung einer geeigneten Wertekombination (im Folgenden auch
als "Regelzustand" oder "Wertetupel" bezeichnet) in einem
solchen Parameterraum gestaltet sich für den Benutzer oft schwierig
und langwierig, zumal die Anzahl möglicher Regelzustände mit
der Dimensionalität
des Parameterraums in Potenz zunimmt, und die Wechselwirkung der
einzelnen Eingangsgrößen in Hinblick
auf das resultierende Verhalten der Funktionseinheit für den Benutzer
insbesondere bei fehlender Erfahrung oft nicht vorhersehbar ist.
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Bei
der Funktionseinheit kann es sich hierbei sowohl um eine Hardware-Komponente
als auch um eine Software-Komponente handeln.
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Ein
Beispiel für
eine derartige Funktionseinheit ist insbesondere ein Softwaremodul
zur Berechnung der Beleuchtungsanmutung eines virtuellen Objekts
in einer dreidimensionalen Darstellung, insbesondere eine so genannte
Raytracing-Software. Eine derartige Beleuchtungsanmutung wird unter
anderem in der bildgebenden Medizintechnik verwendet, um eine z.B.
durch ein Tomographieverfahren gewonnene dreidimensionale Aufnahme
einer Körperstruktur
realistisch darzustellen. Eine derartige Beleuchtungsanmutung wird
beispielsweise durch Eingangsgrößen parametriert,
die die Stärke
des Umgebungslichts, der diffusen Reflexion, der spiegelnden Reflexion
bzw. des Glanzes des abzubildenden Objekts spezifizieren. Hierbei
führen
in der Regel die überwiegende
Mehrzahl der möglichen
Regelzustände
zu einem nicht wünschenswerten
Bildeindruck. Nur sehr wenige Regelzustände liefern dagegen ein befriedigendes
Ergebnis.
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Ein
weiteres Beispiel einer derartigen Funktionseinheit ist eine Software
zur Einfärbung
einer dreidimensionalen Volumendarstellung (VRT – volume rendering). Derartige
Verfahren werden wiederum häufig
in der bildgebenden Medizintechnik zur Darstellung dreidimensional
aufgenommener Körperstrukturen
eingesetzt. Eingangsgrößen spezifizieren
hierbei insbesondere Farbabteile von rot, grün und blau, die durch die Funktionseinheit
zu einer hohen Anzahl möglicher
Endfarben mischbar sind. Hierbei führen wiederum nur sehr wenige
Farbmischungen einem realistischen Farbeindruck einer dargestellten
Körperstruktur,
wie sie von einem Mediziner üblicherweise
gewünscht
wird. Diese "realistischen" Farben sind mitunter
zudem unregelmäßig in dem
zu Verfügung
stehenden Farbspektrum verteilt.
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Hardwarebasierte
Beispiele von Funktionseinheiten sind ein komplexes Tonmischpult
mit einer Vielzahl von zu einem Gesamtklang kombinierbaren Ton-
und/oder Frequenzkanälen
oder das Kontrollgerät
einer komplexen Lichtanlage.
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Bei
hardwarebasierten Funktionseinheiten erfolgt die Einstellung der
Eingangsgrößen häufig mittels
einer Anzahl von mechanischen Reglern (Schieberegler, Drehregler,
etc.), deren jeder einer Eingangsgröße zugeordnet ist. Insbesondere
bei softwarebasierten Funktionseinheiten sind zur Einstellung der
Eingangsgrößen zumeist
grafische Nachbildungen mechanischer Regler innerhalb der Benutzeroberfläche eines
Softwareprogramms oder alphanumerische Eingabefelder vorgesehen.
In beiden Fällen
muss der Benutzer für
jede Eingangsgröße einzeln
eine geeignete Einstellung suchen.
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Für eine vereinfachte
Parametrierung einer derartigen Funktionseinheit wird dem Benutzer
mitunter eine Liste von häufig
verwendeten Wertekombinationen (so genannte Presets) zur Verfügung gestellt.
Eine solche Preset-Liste beinhaltet im Falle eines Farbauswahlmoduls
beispielsweise Wertekombinationen für eine Anzahl von Standardfarben.
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Eine
derartige diskrete Werteliste führt
insbesondere dann zu einer signifikanten Vereinfachung des Parametrierungsprozesses,
wenn nur wenige Auswahlmöglichkeiten
vorgegeben sind. Hierdurch wird aber zwangsweise die Wahlfreiheit
eines Benutzers, ein individuelles Ergebnis einzustellen, eingeschränkt. Wird
andererseits eine große
Menge möglicher
Wertekombinationen vorgegeben, so verkompliziert dies wiederum zwangsweise
den Auswahlprozess.
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Der
Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Ansteuerung einer Funktionseinheit und ein zugehöriges Steuersystem
anzugeben, das einem Benutzer eine besonders intuitive, einfache
und schnelle Parametrierung der Funktionseinheit ermöglicht.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein zur Errichtung
eines derartigen Steuersystems besonders geeignetes Verfahren anzugeben.
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Bezüglich des
Verfahrens zur Errichtung des Steuersystems wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, innerhalb eines
Parameterraumes, der von den Eingangsgrößen der zu parametrierenden
Funktionseinheit aufgespannt wird, zunächst eine Mehrzahl von Wertetupeln
(die zweckmäßigerweise "sinnvollen" Regelzuständen entsprechen)
als Stützstellen
auszuwählen.
Anhand dieser Stützstellen
wird dann eine Interpolationsfunktion bestimmt, die von einer Anzahl
von Steuergrößen abhängt und die
derart ausgebildet ist, dass sie jeden Wertetupel der Steuergrößen eindeutig
auf einen Wertetupel der Eingangsgrößen abbildet. Die Interpolationsfunktion wird
weiterhin derart bestimmt, dass sie (als Wertebereich) einen kontinu ierlichen
Unterraum des durch die Eingangsgrößen aufgespannten Parameterraums
definiert, dessen Dimensionalität
der Anzahl der Steuergrößen entspricht
und der jede Stützstelle enthält.
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Als "Wertetupel der Eingangsgrößen" wird ein beliebiger
Regelzustand, d.h. eine beliebige Kombination von jeweils einem
Wert für
jede Eingangsgröße bezeichnet.
Als "Wertetupel
der Steuergrößen" wird entsprechend
eine beliebige Kombination von jeweils einem Wert für jede Steuergröße bezeichnet.
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Als "Parameterraum" wird die Menge aller möglichen
Wertetupel der Eingangsgrößen bezeichnet.
Die Dimensionalität
des Parameterraumes entspricht hierbei der Anzahl der Eingangsgrößen. Bei
N = 2, 3, ... Eingangsgrößen ist
der Parameterraum also N-dimensional.
Der Unterraum ist eine beliebige Untermenge des Parameterraums mit
einer der Anzahl der Steuergrößen entsprechenden
Dimensionalität
M = 1, 2, .... Der Begriff "Raum" beschreibt allgemeinen
einen ein- oder mehrdimensionalen Raum im mathematischen Sinne,
insbesondere eine Linie, eine Fläche,
ein 3D-Raum, etc. Ebenso ist der Begriff "Volumen" dimensionsübergreifend als Inhalt des
zugehörigen
Raumes zu verstehen, also als Länge
eine Linie, Flächeninhalt
einer Fläche,
3D-Volumen eines 3D-Raumes, etc.
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Der
Begriff "Anzahl" umfasst hierbei
in Bezug auf die Steuergrößen insbesondere
auch den erfindungsgemäß sogar
bevorzugten Grenzfall M = 1. In diesem Grenzfall ist lediglich eine
einzige Steuergröße vorgesehen.
Der Unterraum bildet in diesem Fall eine (gerade oder gekrümmte) Linie
innerhalb des Parameterraumes. Durch diese Variante wird ein besonders
einfach und intuitiv zu bedienendes Steuersystem geschaffen, zumal
der Benutzer durch Variation der einzigen Steuergröße alle
relevanten Wertetupel "abfahren" kann. Das stützstellenbasierte
Errichtungsverfahren ermöglicht
hierbei eine besonders effektive Optimierung des Steuersystems in
Hinblick auf die relevanten Regelzustände, die für eine beliebig komplexe Verteilung
dieser Regelzustände im
Parameterraum einfach durchführbar
ist.
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Alternativ
hierzu ist in bestimmten Situationen jedoch auch das Vorhandensein
mehrerer Steuergrößen vorteilhaft.
Bevorzugt wird hierbei eine die Dimensionalität des Parameterraumes unterschreitende
Anzahl von Steuergrößen bestimmt,
so dass wiederum ein vergleichsweise hochdimensionaler Parameterraum
auf einen vergleichsweise niederdimensionalen Unterraum reduziert
wird. Durch diese "Abdimensionierung" wird bei vergleichsweise
großer
Einstellungsfreiheit für
den Benutzer dennoch eine wesentliche Vereinfachung des Parametrierungsaufwands
erzielt. In Einzelfällen
ist aber auch die Vorgabe einer der Anzahl der Eingangsgrößen entsprechende
Anzahl von Steuergrößen, d.h.
M = N, vorteilhaft. Hierdurch ist insbesondere möglich, eine komplexe Wechselwirkung
mehrerer Eingangsgrößen durch
Einführung
intuitiv leicht erfassbarer Steuergrößen zu "entschärfen".
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Die
Interpolationsfunktion wird in einer besonders einfachen und flexibel
einsetzbaren Verfahrensvariante bestimmt, indem zunächst anhand
der gewählten
Stützstellen
der Unterraum innerhalb des Parameterraumes festgelegt wird. Insbesondere
bei einer hohen Dimensionität
des Parameterraumes geschieht dies bevorzugt durch ein mathematisches Verfahren.
Insbesondere bei einem zwei- oder dreidimensionalen Parameterraum
kann der Unterraum aber alternativ auch manuell festgelegt werden,
z.B. indem die Stützstellen
per Hand durch eine Linie oder Fläche verbunden werden. Ist der
Unterraum festgelegt, so wird für
jede Dimension des Unterraums eine der Steuergröße entsprechende Koordinate
festgelegt. Im Falle eines eindimensionalen Unterraums beschränkt sich
dieser Schritt auf die Wahl einer Koordinatenrichtung, da der Unterraum
den Verlauf der einzigen Koordinatenachse im Parameterraum trivial vorgibt.
Im Falle eines zwei- oder mehrdimensionalen Unterraums wird in diesem
ein entsprechendes Koordinatensystem, insbesondere Lage, Form und Richtung
der Koordinatenachsen festgelegt. Es kann hierbei ein beliebiges
Koordinatensystem, insbesondere karthesische Koordinaten, Polarkoordinaten, Zylinderkoordinaten,
Kugelkoordinaten, krummlinige Koordinaten, etc, herangezogen werden.
In einem weiteren Schritt werden diese Koordinaten bemaßt, d.h.
mit einer Werteskala der jeweils entsprechenden Steuergröße versehen.
Dies geschieht auf besonders einfache und flexible Weise durch Festlegung einer
Fortschrittsfunktion für
jede Koordinate, durch welche jedem Wert der zugehörigen Steuergröße ein Punkt
entlang der Koordinate zugewiesen ist. Dieses Verfahren erlaubt
vorteilhafterweise die Definition nicht-linearer Fortschrittsfunktionen,
bei welcher eine Variation der Steuergröße nichtproportional zu einer Positionsänderung
auf der Koordinatenachse ist. Durch eine nicht-lineare Fortschrittsfunktion
können die
Steuergrößen besonders
flexibel an die speziellen Bedürfnisse
bei der Ansteuerung einer Funktionseinheit angepasst werden. Beispielsweise
kann ein unergiebiger Bereich des Parameterraumes durch eine an
entsprechender Stelle in einer Fortschrittsfunktion vorgesehene
Stufe einfach "übersprungen" werden.
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Als
mathematisches Verfahren zur Bestimmung des Unterraumes innerhalb
des Parameterraumes wird insbesondere eine Spline-Interpolation herangezogen.
Als Spline wird ein stückweise
definiertes und stetiges, insbesondere auch stetig differenzierbares
Polynom bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich wird als mathematische
Methode zur Festlegung des Unterraums vorzugsweise ein Volumenminimierungs-Algorithmus
herangezogen, der das M-dimensionale Volumen des Unterraumes unter
der Nebenbedingung minimiert, dass alle Stützstellen im Unterraum enthalten
sein müssen.
Derartige Volumenminimierungsverfahren werden beispielsweise in der
Architektur zur Minimalflächenberechnung (Nachahmung
von Seifenfilmfiguren) eingesetzt. Umfasst der Unterraum mehr als
eine Dimension, so werden den zugehörigen Steuergrößen bevorzugt
orthogonale Koordinaten zugewiesen.
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Bezüglich des
Verfahrens zur Ansteuerung der Funktionseinheit wird die Aufgabe
erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 7. Danach wird zunächst für jede vorgegebene Steuergröße ein Wert
eingestellt. Anhand des solchermaßen erstellten Wertetupels
der Steuergrößen wird dann
nach Maßgabe
der vorstehend beschriebenen Interpolationsfunktion ein Wert für jede Eingangsgröße ermittelt
und der Funktionseinheit zugeleitet.
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Bezüglich des
zugehörigen
Steuersystems wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
B. Das Steuersystem umfasst eine Stelleinheit, mittels welcher ein
Wert für jede
Steuergröße angebbar
ist. Die Stelleinheit umfasst hierbei insbesondere eine der Anzahl
der Steuergrößen entsprechende
Anzahl von virtuellen oder mechanischen Reglern. Das Steuersystem
umfasst weiterhin eine Steuereinheit, in welcher die Interpolationsfunktion
implementiert ist.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
einem schematischen Blockschaltbild ein Steuersystem zum Ansteuern
einer durch eine Mehrzahl N = 2, 3, 4, ... von Eingangsgrößen parametrierte
Funktionseinheit, mit einer Stelleinheit, mittels welcher eine Anzahl
M (M = 1, 2, ..., N) von Steuergrößen einstellbar sind, sowie
mit einer Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, anhand einer
hinterlegten Interpolationsfunktion in Abhängigkeit der Steuergrößen die
Eingangsgrößen der
Funktionseinheit festzulegen,
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2 in
Darstellung gemäß 1 eine
erste Ausführung
des Steuersystems für
M = 1 und N = 2,
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3 in
schematischer Darstellung einen von den Eingangsgrößen aufgespannten
Parameterraum mit einem durch die Interpolationsfunktion definierten
eindimensionalen Unterraum,
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4 in
einem schematischen Diagramm einen Bestandteil der Interpolationsfunktion
gemäß 1 bildende
Fortschrittsfunktion, durch welche die Steuergröße auf die einzige Koordinate
des Unterraums gemäß 3 abgebildet
ist,
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5 in
Darstellung gemäß 1 eine
weitere Ausführungsform
des Steuersystems für
M = 2 und N = 2,
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6 in
Darstellung gemäß 3 den
Parameterraum mit einem durch die Interpolationsfunktion gemäß 5 definierten
zweidimensionalen Unterraum,
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7 in
Darstellung gemäß 4 eine
einer ersten Koordinate des Unterraums gemäß 6 zugeordnete
Fortschrittsfunktion, und
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8 in
Darstellung gemäß 4 eine
einer zweiten Koordinate des Unterraums gemäß 6 zugeordnete
Fortschrittsfunktion.
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Einander
entsprechende Teile und Größen sind
in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
ein Steuersystem 1 zur Ansteuerung einer Funktionseinheit 2.
Die Funktionseinheit 2 ist durch eine Mehrzahl N (N = 2,
3, 4, ...) von Eingangsgrößen Fi (i = 1, 2, ..., N) parametriert, d.h. für den Betrieb
der Funktionseinheit 2 ist die Vorgabe jeweils eines Wertes
für jede
Eingangsgröße Fi erforderlich.
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Bei
der Funktionseinheit 2 handelt es sich insbesondere um
ein Softwaremodul zur Berechnung einer Beleuchtungsanmutung eines
virtuellen dreidimensionalen Objekts in einer virtuellen dreidimensionalen
Umgebung. In diesem Fall ist die Funktionseinheit 2 durch
vier Anteilsfunktionen als Eingangsgrößen Fi parametriert,
die die Stärke
des Umgebungslichts, der diffusen Reflexion, der spiegelnden Reflexion
bzw. des Glanzes des Objekts in einem Wertbereich jeweils zwischen
0% und 100% spezifizieren.
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Alternativ
handelt es sich bei der Funktionseinheit 2 um ein Softwaremodul
zur Farbauswahl für ein
virtuelles dreidimensionales Objekt in einem Volumendarstellungsprogramm.
In diesem Fall ist die Funktionseinheit 2 durch drei Eingangsgrößen Fi parametriert, die Anteilsfaktoren der Farbanteile
rot, grün
und blau wiederum in einem Wertebereich von jeweils 0% bis 100%
angeben.
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Wiederum
alternativ handelt es sich bei der Funktionseinheit 2 um
ein Ton-Mischpult mit einer Vielzahl von Tonkanälen, deren jedem wiederum eine Eingangsgröße Fi zugeordnet ist, die einen Anteilsfaktor
spezifiziert, mit welchem der zugeordnete Tonkanal zu einem Gesamtklang
beiträgt.
Ein weiteres Beispiel für
eine derartige Funktionseinheit 2 ist eine komplexe Beleuchtungsanlage,
bei welcher verschiedene Lichtquellen differenziert nach Maßgabe einer
jeweils zugeordneten Eingangsgröße Fi ansteuerbar sind.
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Im
Rahmen des nachfolgend beschriebenen Steuersystems 1 werden
die Eingangsgrößen Fi nach Maßgabe einer Anzahl M (M = 1,
2, ..., N) von Steuergrößen Sj (j = 1, 2, ..., M) bestimmt.
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Das
Steuersystem 1 umfasst eine Stelleinheit 3 sowie
eine Steuereinheit 4. Die Stelleinheit 3 umfasst
eine Anzahl von Reglern 5, deren jeder einer Steuergröße Sj zugeordnet ist, und durch welchen für die zugeordnete
Steuergröße Sj ein Wert festgelegt ist. Die Stelleinheit 3 gibt
einen Wertetupel T{Sj} der Steuergrößen Sj an die Steuereinheit 4 ab.
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In
der Steuereinheit 4 ist eine stützstellenbasierte Interpolationsfunktion
I hinterlegt, die die Steuergrößen Sj mathematisch auf die Eingangsgrößen Fi abbildet. Mit anderen Worten wird durch
die Interpolationsfunktion I jedem Wertetupel T{Sj}
der Steuergrößen Sj ein entsprechender Wertetupel T{Fi} der Eingangsgrößen Fi zugewiesen.
Die Steuereinheit 4 gibt den ermittelten Wertetupel T{Fi} an die Funktionseinheit 2 aus.
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Eigenschaften
der Interpolationsfunktion I sowie ein Verfahren zur Erstellung
derselben werden im Folgenden anhand von zwei vereinfachten Beispielen
gemäß 2 bzw. 5 näher dargestellt. Hierbei
wird aus darstellungstechnischen Gründen von einer Funktionseinheit 2 ausgegangen,
die lediglich durch zwei Eingangsgrößen F1 und
F2 parametriert ist.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
des Steuersystems 1, bei welchem die Ansteuerung der Funktionseinheit 2 anhand
von einer einzigen Steuergröße S1 erfolgt. Entsprechend umfasst die Stelleinheit 3 lediglich
einen einzelnen Regler 5 und der Wertetupel T{S1} nur einen einzelnen, der Steuergröße S1 zugeordneten Wert.
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Zur
Erstellung der Interpolationsfunktion I werden gemäß 3 zunächst innerhalb
eines Parameterraumes 6, der durch die Eingangsgrößen F1 und F2 aufgespannt
wird und entsprechend die Menge aller möglichen Wertetupel T{F1, F2} umfasst, eine Anzahl
solcher Wertetupel T{F1, F2}
als Stützstellen xm (m = 1, 2, 3, ...) ausgewählt. Ausgewählt werden insbesondere
solche Wertetupel T{F1, F2},
die einem im Hinblick auf das Verhalten der Funktionseinheit 2 erfahrungsgemäß geeigneten
Regelzustand entsprechen. Im Falle einer medizintechnischen Beleuchtungsanmutung
geben die gewählten
Stützstellen
xm beispielsweise ein natürlich anmutendes
Reflexionsverhalten von organischem Material unter verschiedenen
Beleuchtungsverhältnissen
wieder. Im Falle eines Farbauswahlmoduls repräsentieren die Stützstellen
xm eine Auswahl natürlich anmutender Farben von
organischem Material, etc.
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Den
Stützstellen
xm wird dabei optional per Hand eine Reihenfolge
zugeordnet. Optional wird diese auch automatisch bestimmt. Die Reihenfolge der
in 3 dargestellten Stützstellen xm ist
durch beispielhaft durch den zugeordneten Zählindex m wiedergegeben.
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Nach
Festlegung der Stützstellen
xm wird innerhalb des Parameterraumes 6 ein
Unterraum 7 festgelegt, der alle Stützstellen xm in
der vorgegebenen Reihenfolge umfasst. Der Unterraum 7 hat
hierbei eine der Anzahl M der Steuergrößen Sj entsprechende
Dimensionalität.
Der Unterraum 7 ist im vorliegenden Fall also eindimensional
und bildet somit eine Linie inner halb des Parameterraumes 6 aus,
auf der alle Stützstellen
xm "aufgefädelt" sind. Die Form des
Unterraumes 7 kann hierbei wahlweise manuell oder durch
einen mathematischen Algorithmus bestimmt werden. Bevorzugt wird
der Unterraum 7 durch eine so genannten Spline-Interpolation,
insbesondere unter Verwendung von kubischen Splines, berechnet.
Alternativ wird ein Verfahren herangezogen, das die Form des Unterraumes 7 iterativ
oder analytisch unter Minimierung des M-dimensionalen Volumens,
d.h. im vorliegenden Fall der Länge
des Unterraumes 7 minimiert. Gegebenenfalls wird durch weitere
Nebenbedingungen, insbesondere die gleichzeitige Minimierung der
durchschnittlichen Krümmung,
die stetige Differenzierbarkeit des Unterraums 7 sichergestellt.
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Nach
Festlegung des Unterraums 7 wird ein diesen beschreibendes
Koordinatensystem definiert. Insbesondere werden hierbei eine der
Dimensionalität
des Unterraums 7 entsprechende Anzahl von Koordinaten Kj (j = 1, 2, ..., M) festgelegt. Im Falle
des eindimensionalen Unterraums 7 gemäß 3 ist die Form
der einzigen Koordinate K1 trivial durch
den Unterraum 7 selbst vorgegeben. Es muss lediglich eine Koordinatenrichtung
vorgegeben werden. Die Koordinatenrichtung wird hierbei insbesondere
durch die Reihenfolge der Stützstellen
xm bestimmt.
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Um
die Steuergröße S1 mit der Koordinate K1 zu
korrelieren, wird weiterhin eine zugehörige Fortschrittsfunktion Pj (j = 1, 2, ..., M) angegeben. Für die Koordinate
K1 und die zugehörige Steuergröße S1 ist die zugehörige Fortschrittsfunktion P1 in 4 beispielhaft
dargestellt. Die Fortschrittsfunktion P1 ist insbesondere
nicht-linear gewählt.
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Die 3 und 4 enthalten
zusammen die in der Interpolationsfunktion I hinterlegte Information.
Insbesondere ist zu jedem Wert der Steuergröße S1 anhand
der Fortschrittsfunktion P1 ein Wert der Koordinate
K1 ableitbar, mittels welchem aus 3 wiederum
ein Punkt des Unterraumes 7, und damit ein Wertetupel T{F1, F2} des Parameterraumes 6 bestimmbar
ist. Durch Verschiebung des Reglers 5 zwischen den Extrempositionen
kann ein Benutzer des Steuersystems 1 die Steuergröße S1 zwischen dem Wert 0 und dem Wert 1 verstellen
und somit entlang der Koordinate K1 alle
durch Stützstellen
xm vordefinierte Regelzustände der
Eingangsgrößen F1 und F2 kontinuierlich abfahren.
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Die
Interpolationsfunktion I ist in der Steuereinheit 4 wahlweise
in Form der Koordinaten Kj und der zugehörigen Fortschrittsfunktionen
Pj hinterlegt. Äquivalenterweise hierzu wird
nach Errichtung der Interpolationsfunktion I anhand der Fortschrittsfunktionen
Pj und der Koordinate Kj eine
Wertetabelle, Kennlinie oder Modellfunktion berechnet, die die in den 3 und 4 gezeigten
Abhängigkeiten
wiedergibt. In letzterem Fall wird nur diese Wertetabelle, Kennlinie
bzw. Modellfunktion in der Steuereinheit 4 hinterlegt.
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Das
in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel des Steuersystems 1 unterscheidet
sich von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass
durch die Stelleinheit 3 zwei Steuergrößen S1 und
S2 einstellbar sind.
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Zur
Errichtung der Interpolationsfunktion I, die in diesem Fall die
beiden Steuergrößen S1, S2 auf die beiden
Eingangsgrößen F1, F2 abbildet, werden gemäß 6 innerhalb
des Parameterraums 6 zunächst wiederum geeignete Stützstellen
xm ausgewählt und bezüglich dieser Stützstellen
xm ein geeigneter Unterraum 7 festgelegt.
Der Unterraum 7 ist in diesem Fall zweidimensional, bildet
somit eine Fläche
innerhalb des Parameterraumes 6 aus.
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In
diesem Unterraum 7 wird wiederum ein Koordinatensystem
definiert, das nunmehr eine der Steuergröße S1 zugeordnete
erste Koordinate K1 und eine der Steuergröße S2 zugeordnete zweite Koordinate K2 umfasst. Das Koordinatensystem K1, K2 wird bevorzugte
automatisch erstellt. Insbesondere bei einem unregelmäßig geformten
Unterraum 7, wie er in 6 beispielhaft
dargestellt ist, werden die Koordinaten K1 und
K2 bevorzugt als krummliniges orthogonales
Koordinatensystem ange legt, das der Geometrie des Unterraumes 7 angepasst
ist. Als orthogonal wird ein Koordinatensystem dann bezeichnet,
wenn die Koordinaten K1 und K2 an
jeder Stelle des Unterraumes 7 rechtwinklig aufeinander
stehen.
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Zu
jeder Koordinate K1, K2 wird
wiederum gemäß den 7 und 8 jeweils
eine Fortschrittfunktion P1 bzw. P2 vorgegeben. Die gemäß 7 die Koordinate
K1 mit der zugehörigen Steuergröße S1 verknüpfende
Fortschrittsfunktion P1 ist wiederum nichtlinear
gewählt,
während
die die Koordinate K2 mit der Steuergröße S2 korrelierende Fortschrittsfunktion P2 linear gewählt ist.
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Über die
dargestellten Beispiele hinaus ist das vorstehend beschriebene Errichtungsprinzip
auf eine beliebige Mehrzahl N von Eingangsgrößen Fi und
eine beliebige Anzahl M vorgegebener Steuergrößen Sj anwendbar.