JP4901058B2 - テーパ状化機能付きの多重領域コンボルバ - Google Patents
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Description
[発明の背景]
本発明は、性質上繰り返されるか、または少なくともある程度の事前実施に従う、システム、機械、またはプロセスの制御に関する。より具体的には、本発明は、振動システムへの入力として駆動信号を生成することに関する。
【0002】
供試体に適用される負荷および/または動きをシミュレートできる振動システムが、一般に既知である。振動システムが、製品の開発に非常に有効であるので、性能評価、耐久性テスト、およびその他のさまざまな目的のために、広く使用されている。たとえば、車両またはその下部構造を、道路やテストコースなどの動作条件をシミュレートする研究所環境におくことが、自動車、オートバイ又は類似のものの開発において、極めて一般的である。研究所の物理シミュレーションには、振動システムに印加して、動作環境を再現することのできる駆動信号を生成するための、データ取得および分析の周知の方法が含まれる。本方法は、車両に、動作環境の物理的入力に対して「遠隔にある」トランスデューサを取り付けることを含む。一般的な遠隔トランスデューサには、関心の動作環境を暗黙的に定義する、ひずみゲージ、加速度計、変位センサが含まれるが、これらに限定されるものではない。次いで、車両が、同じ動作環境内で運転される一方、遠隔トランスデューサの応答(内部負荷および/または動き)が、レコード(記録)として記録される。振動システムに取り付けられた車両でのシミュレーション中に、振動システムのアクチュエータが、研究所内の車両上に、記録された遠隔トランスデューサの応答(すなわち、記録)を再現するよう、駆動される。
【0003】
しかし、シミュレーション試験が起き得る前に、研究所内で、振動システムへの入力駆動信号と遠隔トランスデューサの応答との関係の特性が表れていなければならない。通常、この「システム識別(システムの同一性)」手順には、物理システム全体(たとえば、振動システム、供試体及び遠隔トランスデューサ)(以下、「物理システム」と呼ぶ)の各モデルまたは伝達関数を得ることと、その物理システムの逆モデルまたは伝達関数を計算することと、逆モデルまたは伝達関数を使用して、振動システムのための適切な駆動信号を繰返し得て、動作環境で見られるように、研究所の状況で供試体上の遠隔トランスデューサから同じ応答を実質的に得ることとが含まれる。(当業者なら理解されるであろうが、この適切な駆動信号を得るプロセスは、遠隔トランスデューサが試験システム入力から物理的に遠隔でない場合、たとえば、「遠隔」トランスデューサが、振動システム・コントローラの、力または動きなどのフィードバック変数である場合、変化しない。)
【0004】
次いで、逆モデルをシミュレーション中に使用して、振動システムの制御のための駆動信号を得る。しかし、所望のシミュレーションに依存して、単一の逆モデルよりも多重領域逆モデルを得て、使用する方が良いであろう。たとえば、時間歴制御の下で、異なる逆モデルを、所望の時間歴入力の異なる領域のために使用する。通常、これには、時間歴の異なる領域のための制御アルゴリズムで異なる逆モデルを使用することが含まれる。しかし、制御アルゴリズムで異なる逆モデルを連続して実施することにより、不安定性やその他の意図されたものでない影響が生じる場合があり、これが、振動システムまたは供試体に損傷を与える原因となりかねない。したがって、これらの問題に対処するための改良が必要である。
【0005】
[発明の概要]
物理システムのモデルの形式を使用して、物理システムを制御するための方法および装置には、第1のモデル下での動作から第2のモデル下での動作までの遷移期間中に物理システムの第1のモデルおよび第2のモデルに入力を印加することが含まれる。入力は、第1のモデルおよび第2のモデルに印加されるとき遷移期間中にテーパ状にされる。第1のモデルおよび第2のモデルからの出力が、遷移期間中に組み合わされて、物理システムを制御する。上記方法及び装置のためのコンピュータ読取り可能媒体もまた、提供できる。
【0006】
[実施形態の例の詳細な説明]
図1は、物理システム10を示す図である。物理システム10は、一般に、サーボ・コントローラ14とアクチュエータ15とを備えた振動システム13を含む。図1の概略図では、アクチュエータ15は、適切な機械的インターフェイス16を通じて供試体18に結合された1つまたは複数のアクチュエータを表す。サーボ・コントローラ14は、アクチュエータ指令信号19をアクチュエータ15に与え、次いで、アクチュエータ15が、供試体18を励起する。適切なフィードバックl5Aが、アクチュエータ15からサーボ・コントローラ14に与えられる。変位センサ、ひずみゲージ、加速度計及び類似のもののような、供試体18上の、1つまたは複数の遠隔トランスデューサ20が、測定されたまたは実際の応答21を与える。物理システム・コントローラ23が、実際の応答21をフィードバックとして受け取り、駆動17を物理システム10への入力として計算する。以下に記載する反復プロセスでは、物理システム・コントローラ23は、22で与えられる所望の応答と供試体18上の遠隔トランスデューサ20の実際の応答21との比較に基づいて、物理システム10のための駆動17を発生する。単一のチャネルの場合が、図1に例示してあるが、N個の応答成分を含む応答21とM個の駆動成分を含む駆動17とを有する、多重チャネルの実施形態は、典型的であり、そしてそれは、本発明の別の実施形態と考えられる。
【0007】
物理システムが振動システム13と遠隔ランスデューサ20とを備えた形が、本明細書に記述されているが、以下に記述する本発明の態様を、他の物理システムに適用できる。たとえば、製造プロセスにおいて、物理システムは製造機械(たとえば、プレス機、鋳型装置、成形機など)を含み、駆動17は指令信号を前記機械に与え、実際の応答21は限界寸法などの、製造物品の手動または自動被測定パラメータを備える。別の例には、物理システムが処理工場であり、そして実際の応答21が製品を出力することに関連する中間または最終パラメータを備える、石油精製所が含まれる。図2および関連記載箇所では、本発明を実施できる、適切な計算環境を簡単に概説する。必要とされるものではないが、物理システム・コントローラ23は、少なくとも一部、コンピュータ30によって実行される、プログラム・モジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的なコンテキストにおいて説明される。一般に、プログラム・モジュールには、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象データ・タイプを実行する、ルーチン・プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造などが含まれる。プログラム・モジュールが、ブロック図および流れ図を使用して、以下に例示されている。当業者なら、ブロック図および流れ図をコンピュータ実行可能命令に実現できよう。さらに、本発明が、マルチプロセッサ・システム、ネットワーク化されたパーソナル・コンピュータ、ミニ・コンピュータ、メイン・フレーム・コンピュータ及び類似のものを含む、他のコンピュータシステム構成とともに実施することができることを、当業者なら理解されるであろう。本発明はまた、タスクが、通信ネットワークを通じてリンクされている遠隔処理装置によって実行される、分散型計算環境内で実施することもできる。分散型コンピュータ環境では、プログラム・モジュールを、ローカルおよび遠隔記憶装置内の両方に配置しておくことができる。
【0008】
図2に例示されているコンピュータ30は、中央処理装置(CPU)32と、メモリ34と、メモリ34を含むさまざまなシステム構成要素をCPU32に結合するシステム・バス36とを有する従来のパーソナルまたはデスクトップ・コンピュータを備える。システム・バス36は、さまざまなバス・アーキテクチャのいずれかを使用する、メモリバスまたはメモリ・コントローラ、周辺バス及びローカル・バスを含む、いくつかのタイプのバス構造のいずれかであり得る。メモリ34は、読取専用メモリ(ROM)とランダム・アクセス・メモリ(RAM)とを含む。スタートアップ中などに、コンピュータ30内の構成要素間で情報を転送するのに役立つ基本ルーチンを含む基本入出力(BIOS)が、ROM内に格納されている。ハード・ディスク、フロッピィ・ディスク・ドライブ(登録商標)、光ディスク・ドライブなどの記憶装置38が、システム・バス36に結合されて、プログラムおよびデータを格納するために使用される。磁気カセット、フラッシュ・メモリ・カード、ディジタル・ビデオ・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ、読取専用メモリなどの、コンピュータからアクセス可能なその他のタイプのコンピュータ読取り可能媒体も記憶装置として使用できることは、当業者なら理解されるであろう。一般的に、プログラムが、添付データの有無にかかわらず、少なくとも1つの記憶装置38からメモリ34内にロードされる。
【0009】
キーボードやポインティング・デバイス(マウス)などの入力装置40により、ユーザがコマンドをコンピュータ30に与えることができる。モニタ42またはその他のタイプの出力装置が、適切なインターフェイスを介してシステム・バス36にさらに接続され、そしてユーザにフィードバックを与える。所望の応答22を、モデムなどの通信リンクを通じて、または記憶装置38の取り外し可能媒体を通じて、コンピュータ30への入力として与えることができる。駆動信号17は、コンピュータ30によって実行されるプログラム・モジュールに基づき、かつコンピュータ30を振動システム13に結合する適切なインターフェイス44を通じて、図1の物理システム10に与えられる。インターフェイス44はまた、実際の応答21も受け取る。
【0010】
本発明について記述する前に、物理システム10をモデル化し、それに印加する駆動17を得るための既知の方法についても、詳細に検討することが有益であろう。試験車両に関して以下に記述するが、この従来の技術による方法および以下に記載する本発明が、車両のみを試験することに限定されるのではなく、他のタイプの供試体およびその下部構造または構成要素でも使用できることを理解されたい。その上、スペクトル分析ベースのモデリング推定および実施を想定して説明が行われるが、そうであっても他のいくつかの数学的技術(たとえば、適応逆制御(AIC)タイプのモデル、自己回帰外生的(Auto Regressive Exogenous)(ARX)及び状態空間タイプのモデルのようなパラメトリック回帰技術、又はそれらの組合せ)によって操作(演算)は行うことができる。
【0011】
図3Aを参照すると、ステップ52で、試験車両に遠隔トランスデューサ20が取り付けられる。ステップ54で、車両は、関心の実際の動作環境におかれ、そして遠隔トランスデューサの応答が、測定されそして記録される。たとえば、車両を、道路またはテストコース上で運転できる。測定される遠隔トランスデューサの応答は、通常、アナログであるが、一般に既知のように、アナログ/ディジタル変換器を通じて、ディジタル・フォーマットでコンピュータ30内に格納される。
【0012】
次に、識別(同一性)フェーズでは、物理システム10の入力/出力モデルが決定される。この手順には、ステップ56で、物理システム10への入力として駆動17を与えることと、出力として遠隔トランスデューサの応答21を測定することとが含まれる。モデル推定のために使用される駆動17は、選択された帯域幅にわたる周波数成分を含むランダムな「白色雑音」であり得る。ステップ58では、物理システム10のモデルの推定値が、印加された入力駆動、およびステップ56で得られた遠隔トランスデューサの応答に基づいて計算される。一実施形態では、このことは、「周波数応答関数」(FRF)として、一般に知られている。数学的には、FRFは、それぞれのエレメントが周波数依存の複素変数(利得および位相対周波数)である、N×Mマトリクスである。マトリクスの列は入力に対応し、行は出力に対応する。当業者なら理解されるであろうが、FRFはまた、物理システム10または物理システム10に実質的に類似の他のシステムを使用して、従来の試験から直接に得ることもできる。
【0013】
ステップ60で、遠隔応答の関数として物理駆動17を決定するために、逆モデルH(f)-1が必要とされる。当業者なら理解されるであろうが、逆モデルを直接に計算することができる。また、本明細書で使用されるように、用語「逆」モデルは、非正方形のN×MシステムのためのM×N「擬似逆」モデルを含む。
【0014】
従来の技術では、この時点で、本方法は、図3Bおよび、一部、図4Aに例示されている反復フェーズに入り、所望の遠隔トランスデューサの応答22(以下、「所望の応答」と呼ぶ)を理想的に複製する実際の応答21を生成する駆動17を得る。逆物理システム・モデルH(f)-1は、72で表され、一方物理システム(振動システム、試験車両、遠隔トランスデューサ及び計測装置)は10で表される。図3Bを参照すると、ステップ78で、逆モデル72が、初期駆動17x1(t)を決定するために、目標応答修正77に適用される。目標応答修正77は、大部分の場合緩和ゲイン係数95によって減少するものの、初期駆動のための所望の応答22であり得る。次いで、ステップ80で、逆モデル72からの計算された駆動17x1(t)が、物理システム10に印加される。次いで、ステップ86で、印加された駆動17x1(t)への物理システム10の、実際の遠隔トランスデューサの応答21(以下、「実際の応答」と呼ぶ)y1(t)が得られる。物理システム10全体が線形である(1単位の緩和ゲイン95を可能にする)場合は、初期駆動17x1(t)を必要な駆動として使用できる。しかし、物理システムは通常非線形であるので、正しい駆動17は、反復プロセスによって到達しなければならない。(当業者なら理解されるであろうが、類似の物理システムのための前の試験で使用された駆動17を初期駆動として使用できる。)
【0015】
反復プロセスには、初期駆動x1(t)の結果として生じる第1の実際の応答y1(t)を記録することと、それを所望の応答22と比較することと、ステップ88でその差として応答誤差89Δy1を計算することとが含まれる。(第1の実際の応答信号y1(t)は、図4Aの87で与えられる。)応答誤差89Δy1は、ステップ90で、あらかじめ選択された閾値と比較され、そして応答誤差89が閾値を超える場合は、反復が実行される。具体的には、応答誤差89Δy1は、緩和ゲイン係数95によって減少されて、新しい目標応答修正77を与える。この実施形態では、逆伝達関数H(f)-1が、新しい目標応答修正77に適用されて、第1の駆動x1(t)l7Aに加えられる駆動修正Δx294(ステップ91)を生成して、ステップ92で第2の駆動x2(t)17を与える。応答誤差89が応答のすべてのチャネル上にあらかじめ選択された閾値未満になるまで、反復プロセス(ステップ80〜92)を繰り返す。次いで、所望の応答22の所定の閾値内にあった応答21を生成した最後の駆動17を使用して、供試体での試験を実行できる。
【0016】
記述したように、応答誤差89Δyは、一般に、緩和ゲイン係数(または反復ゲイン)95によって減少して、目標応答修正77を形成する。反復ゲイン95は、反復プロセスを安定化し、そして収斂速度と反復オーバシュートとの兼ね合いをとる。さらに、反復ゲイン95は、物理システム10内に存在する非線形性のために、試験車両が反復プロセス中に過負荷にされる可能性を最小限に押さえる。当業者なら理解されるであろうが、反復ゲインを、駆動修正94Δxおよび/または応答誤差89に適用できる。図4Aでは、記憶装置38を使用して、所望の応答22と、反復プロセス中の実際の応答21および前の駆動17Aを格納することができることに留意されたい。もちろん、メモリ34も使用可能である。また、破線93が示すように、逆モデル72は、物理システム10の逆の推定である。上記に記載したように、図4Aのブロック図は、ミネソタ州イーデンプレーリ(Eden Prairie,Minnesota)にあるMTS Systems Corporation製のRPCIII(登録商標)に含まれるものなどの市販されているソフトウェア・モジュールを使用して、当業者によって実施できる。
【0017】
この時点で、駆動を計算するための従来の技術による修正された方法についても、記載できる。修正された従来の技術による方法には、図3Aに例示した識別(同一性)フェーズのステップと、図3Bに例示した反復フェーズのステップの多くとが含まれる。便宜上、修正された方法の反復ステップが、図3Cに例示され、かつ、一部、図4Bのブロック図によって例示されている。図4Bに例示されているように、目標応答修正77の計算は、同じである。しかし、実際の応答21と所望の応答22の間の応答誤差89が、選択された閾値より大きい場合は、ステップ97で、目標応答修正77が、前の目標応答79Aに加えられて、現在の反復のための新しい目標応答79を得る。逆モデル72が、目標応答79に適用されて、新しい駆動17を得る。図4Bに例示されているように、反復ゲイン95を上記に記載した理由で使用できる。
【0018】
図5は、統計的に定常でない道路表面からの遠隔トランスデューサの応答データの時間歴記録の例を示す実体図130であり、第1のセクション132は連続したくぼみを示し、第2のセクション134は丸石を示し、第3のセクション133は平坦な舗装道路を示す。例示されているように、平坦な舗装道路は、くぼみと丸石の間にあるが、また丸石の後に、このような領域が連続している必要はない。たとえば、丸石の領域は、連続していない部分を有することもあり得る。一般的に、図4Aおよび図4Bに例示されているように、本発明の一態様が、領域間テーパ状化機能付きの多重領域コンボルバ140である。多重領域コンボルバ140により、複数のモデルまたは逆モデルを使用でき、そこにおいて、モデルまたは逆モデルが、時間歴の特定の領域とともに使用される(たとえば、領域132〜134について、2つまたはそれ以上のモデルまたは逆モデル)。領域間テーパ状化(inter−region tapering)により、モデル間または逆モデル間の滑らかな遷移が提供され、それにより、振動システムまたは供試体への損傷の可能性が最小限に押さえられる。
【0019】
図6は、領域間テーパ状化機能付きの多重領域コンボルバ140を例示する図である。一般に、多重領域の畳込みの使用が、当業界で既知である。図5の時間歴記録130に関して、記録130の一意の領域のそれぞれのために、逆モデルを作成できる。たとえば、第1の逆モデルH-1 1を領域132のために使用し、第2の逆モデルH-1 2を領域134のために使用し、逆モデルH-1 3を領域133のために使用する。それぞれの逆モデルには、テーパード・ゲート・モジュールG1(151)とG2(152)とG3(153)と(すなわち、対応するモデルHkまたは逆モデルH-1 kを有する、それぞれの対応する一意の領域Rkのための1つのテーパード・ゲート・モジュールGk(161〜163))が含まれる。
【0020】
一括して、G1、G2、G3、およびH-1 2、H-1 2、H-1 3が、領域間をテーパ状化する組立体(領域間テーパ状化組立体)を備える多重領域コンボルバ140を備える。図5に例示されているように、3つの領域が3つの対応するゲート・モジュールおよび3つの逆モデルとともに表されているが、本明細書に記述した技術を、ゲート・モジュールとモデルとの1対1の対応を与える必要のない、「N個の」領域にまで拡張することができることに留意されたい。
【0021】
図4Aでは、多重領域コンボルバ140への入力信号は、目標応答修正77を有し、かつ例示されているように、テーパード・ゲート・モジュールG1、G2、G3のそれぞれに印加される。それぞれのテーパード・ゲート・モジュール151〜153が、それぞれの領域Rkの外側の0.0の値から領域Rkの内側の1.0の値まで滑らかにテーパ状になるテーパ状化関数(tapering function)によって入力信号を乗算する。言い換えれば、それぞれのテーパード・ゲート・モジュール151〜153が、入力信号をフィルタリングして、それを、それぞれの各領域のために使用されている逆モデルH-1 1(161)、H-1 2(162)、H-1 3(163)のそれぞれに正しく印加するようにする。テーパ状化関数は、時間とともに、好ましくは、滑らかに、値を変更するどのような形式もとることができ、従って、線形、または、所望の場合は、非線形であり得る。特定のテーパ状化関数には、半正矢(ヘイバーサイン)、傾斜、多項式などを含むことができる。一実施形態では、テーパ状化関数は、
テーパリング・アップ(0.0−1.0)については、
【数1】
α−sin(2πα)/2π EQ.1
または、
テーパリング・ダウン(1.0−0.0)については、
【数2】
(1−α)−sin(2π(1−α))/2π EQ.2
によって定義されたサイクロイド関数の形式をとることができる。
【0022】
図7は、等式EQ.1によって定義されたテーパ状化関数の形を示した図である。EQ.2のためのテーパ状化関数は似ている(鏡像)。前記の等式では、数量αは、領域の中央にある時間変数、または区間終点tk、±、以下の等式に従って、パラメータである数δ、テーパ状化区間を表す。
【0023】
【数3】
【0024】
たとえば、図8は、時間、2.0〜3.0および6.0〜7.0秒から構成される領域のための、テーパード・ゲート関数155を例示した図である。図9は、これらの領域のためのテーパード・ゲート・モジュールへの仮定の入力信号157を例示した図であり、図10は、図9のプロフィールを有するテーパード・ゲート・モジュールを入力信号を通した結果159を例示した図である。
【0025】
一実施形態では、テーパリング・アップ関数がテーパリング・ダウン関数の相補形であるので、遷移期間中の任意の所与の瞬間に、テーパリング・アップ関数とテーパリング・ダウン関数の値の和が、1.0に等しくなるが、他の実施形態では、テーパリング・アップ関数とテーパリング・ダウン関数の値の和が、遷移期間中に変化することがあることに留意されたい。その上、和が、1.0を超える場合も未満の場合もあるが、1.0を超える値は、一般的には、好ましくない。なぜなら、このような状態により、1つのモデルから次のモデルへの遷移に関連する問題が悪化する恐れがあるためである。
【0026】
図4Aに例示されているように、それぞれのテーパード・ゲート・モジュール151〜153、Gkは、逆モデルH-1 kとともにテーパード・ゲート・モジュールの出力を畳込む対応の逆モジュール161〜163、H-1 kに接続される。すべての逆モデルH-1 1、H-1 2、H-1 3からの出力が加算されて、組み合わされた信号、本明細書では、駆動修正94を得る。
【0027】
入力信号を、意図した使用範囲外にゼロの値を持つテーパ状化関数を有するゲート・モジュール151〜153のそれぞれに同時に印加できるが、入力信号は、ゲート・モジュール151〜153に印加でき、したがって、逆モジュール161〜163にも印加でき、それにより、出力信号が、組み合わされたとき、上記に記載したように、あたかも入力信号が同時に印加されたかのような形になることにも留意すべきである。たとえば、入力信号、またはその関連部分のみを、そこに格納され、後に適切に組み合わされる出力とともに、別個にまたは順次に処理されて、あたかも入力信号が同時に印加されたかのように、同じ出力信号を実現することができる。
【0028】
図4Aは、周知の実装形態内での多重領域コンボルバ組立体140の使用を例示した図である。多重領域コンボルバ組立体140は、以下の実施形態のところで以下に記述するような、このシステムの変形形態とともに使用することもできるという点で、これは単に一実施形態の例に過ぎないことを理解されたい。一般的に、多重領域コンボルバ組立体140は、物理システムの順モデル(H)または物理システムの逆モデル(H-1)に適用できる。上記に記載したように、負数の順または逆モデルが、所望の記録の異なる領域に使用され、一方テーパ状化ゲート・モジュールにより、適切な順または逆モデルが記録内の任意の所与の瞬間に使用されていること(2つの順または逆モデルが、任意の遷移期間内で使用されていることがあるが)と、1つのモデルから次のモデルへの滑らかな遷移が得られることとが確実になる。以下に記述する実施形態の多くにおいて、順または逆モデル修正値が、反復中に得られ、格納され、使用されて、順または逆モデルを改良する。特に、多重領域コンボルバ組立体140は、以下に記述する静的構成要素98Aまたは172Aのそれぞれに取って代わることができる。あるいは、多重領域コンボルバ組立体99は、一括して、モデル172または逆モデル98のそれぞれに取って代わることができる。
【0029】
図4Aおよび4Bに例示されているように、さらなる実施形態では、本システムは、反復プロセスのそれぞれのステップ中に動作して物理システム逆モデル72を改良する調整器100を備える。図4Aに例示されているように、調整器100は、単に応答誤差89の単純な関数として(すなわち、図4Bの、前の目標情報79Aなしで)目標応答修正77を直接に受け取る逆モデル72を修正し、そしてそこでは、物理システム駆動17は、前の駆動17Aと組み合わさって駆動修正94を有する。逆に、図4Bに例示されているように、逆モデル72は、目標応答修正77と前の目標応答79Aの組合せとして目標応答79を受け取り、駆動17は、逆モデル72を適用することによって直接に得られる。図4Bの場合は、調整器100は、図4Aと概念上同一の方式で、逆モデル72を修正する。しかし、図4Aおよび図4Bの構成により、異なる信号が、それぞれが固有の状況上の利点を有する仮想同一性モデル化プロセスで使用可能となる。さらに、調整器100はまた、反復方式で動作することもできる。
【0030】
図4Aおよび図4Bの例では、調整器100が、逆モデル161〜163のそれぞれについて設けられる。別の実施形態では、同じ調整器が、逆モデル161〜163のそれぞれのために使用でき、その場合、図4Aおよび4Bでは、調整器が、逆モデル161〜163のそれぞれに適用されることが分かる。
【0031】
図11は、物理システム10を制御して、所望の応答22に理想的に一致する、実際の応答21を生成する方法を例示した図である。本方法は、物理システム10の別個の領域のための逆モデル98(たとえば、逆伝達関数H(f)-1)を生成することを含み、そこにおいては、逆モデル98が目標応答79に適用されて、記録のそれぞれの領域のための実際の応答21として、物理システム10から所望の応答22を生成するよう意図された駆動17を得る。図4Bと同様に、目標応答修正77は、逆モデル98が目標応答79に適用されて、完全な駆動17を実現するときに、前の目標応答79Aと組み合わされることができる。あるいは、逆モデル98は、目標応答修正77に直接に適用されて、駆動修正94を実現し、次いで、それは、続いて、図4Aと同様の方式で、前の駆動17A組み合わされて、物理システム10のための新しい駆動17を与えることができる。
【0032】
再び、図11を参照すると、調整器100は、物理システム10と組み合わせて、逆モデル98の同一性の品質をチェックする仮想同一性システム・モデラを備えることができる。逆モデル98と物理システム10の組合せは、仮想同一性システム96として示されている。同一性の品質は、仮想同一性システム・モデラ100によって測定されて、物理システム10の動作特性に対する物理システム10モデルの精度を評価する。この実施形態では、同一性の品質が、逆システム・モデル98との物理システム10の直列接続を介して測定される。逆システム・モデル98が物理システム10に全く一致する場合、同一性の品質の計算は、理想的な逆システム・モデル推定を示す同一性の結果を生成する。
【0033】
このアプローチの利点は、仮想同一性システムの品質を向上させる物理システム逆モデルに対する予想修正のモデルが、逆モデル自体より簡単な形式をとることができることである。その結果、逆システム・モデル全体の新しい推定より、モデル修正を得ることの方がはるかに容易になる。このアプローチにより、このような修正モデル推定(たとえば、目標応答と実際の応答間のFRF)の簡単明瞭なアルゴリズムの公式化ができる。このモデル化技術の簡単な形式により、より小さいセグメントのより雑音の多いより相関のあるデータが使用できるようになり、それにより、非パラメトリック(スペクトル分析など)またはパラメトリック(ARXなど)のモデル化方法のための適応環境において利点が提供される。
【0034】
図11の一実施形態では、位置「G」でスイッチ101Aおよび101Bを備え、仮想同一性システム・モデラ100は、目標応答79と実際の応答21とを比較する。別の実施形態では、位置「L」でスイッチ101Aおよび101Bを備え、仮想同一性システム・モデラ100は、目標応答修正77と、連続反復のために物理システム10に対して駆動17を適用することから得られた実際の応答修正103とを比較する(応答yiと応答yi-1との差)。いずれの実施形態においても、仮想同一性システム・モデラ100は、続いて、反復から反復までの同一性の品質の関数として逆モデル98を適応させる。言い換えれば、仮想同一性システム・モデラ100は、出力として、モデル(たとえば、FRF)修正値104を与えて、記録のそれぞれの領域のために逆モデル98内に存在する値の少なくともいくつかを調整する。これらの実施形態の両方において、修正値104が、仮想同一性システムによって促進された自然な単純化によって、チャネル毎に導出される。次いで、修正値104が適用されるときには、一般に、逆モデル98のすべての項が変化するものの、交差結合の効果は、修正値104の一部を形成しない。しかし、これらの実施形態は、交差結合する項のいくつかまたはすべてを修正値104に含めるオプションを排除するものではない。
【0035】
スイッチ101Aおよび101Bが、仮想同一性システム・モデラ100に与えられるデータのタイプの選択を表しており、通常は、物理的電気スイッチではないことを理解されたい。むしろ、スイッチ101Aおよび101Bは、選択されたデータを取得し、仮想同一性システム・モデラ100に与えるために使用されるソフトウェア・ルーチンまたはモジュールを表す。
【0036】
図11では、逆モデル98は、静的逆モデル構成要素98Aと調整可能構成要素98Bとを含む。静的構成要素98Aは、上記に記載したように、逆モデル72と類似している。たとえば、静的構成要素98Aは、ステップ58(図3A)で、順モデルH(f)の逆をとることによって計算された逆モデルH(f)-1であり得る。逆モデルの静的構成要素98Aは、通常、交差結合の効果を含むM×Nマトリクスを有し、ここで、Mは入力(駆動17)の数であり、Nは出力(実際の応答21)の数である。
【0037】
調整可能構成要素98Bは、記録のそれぞれの領域のための現在の動作条件に逆モデル98を反復して適応する目的で、逆モデル修正値104を仮想同一性システム・モデラ100から受け取る。一実施形態では、調整可能構成要素98Bは、対角にあるNチャネルのそれぞれのための修正値とゼロに等しい他のすべての値(対角からはずれた)とを含むN×Nマトリクスを有する。
【0038】
別の実施形態が、図12に例示されている。目標応答79(または目標応答修正77)が順方向反復制御ループ内に存在しない場合については、それは、図12で明らかにされているように、数学的等価性を用いて明確に計算できる。図12では、駆動17が、物理システム10と、物理システム10の順モデル172とに印加されるが、ここでは、仮想同一性システムが、破線175で示されている。仮想同一性システム175が、図11の仮想同一性システム96に対して数学的に等価であることが分かる。
【0039】
物理システム10からの実際の応答21および順モデル172からのモデル化された目標応答176が、仮想同一性システム・モデラ100に与えられる。一実施形態では、信号176がスイッチ177Aの位置により図11の信号79または信号77のいずれかに等しいので、仮想同一性システム・モデラ100は、実際の応答21とモデル化された目標応答176との間のスペクトル分析を実施して、仮想同一性システム175の同一性の品質をチェックする。仮想同一性システム・モデラ100は、続いて、記録のそれぞれの領域のための同一性の品質の関数として、しかるべく、モデル172を調整する。
【0040】
例示されている実施形態では、モデル172は、記録のそれぞれの領域のための、静的構成要素172Aと調整可能構成要素172Bとを含む。静的構成要素172Aは、図3Aのステップ58毎に得られることができる。静的構成要素172Aは、通常、交差結合する項を含むN×Mモデルを備える。
【0041】
仮想同一性システム・モデラ100は、修正値104をそれぞれの調整可能構成要素l72Bに与える。一実施形態では、調整可能構成要素172Bは、N×N対角モデルを備える。
【0042】
図11と同様の方式で、スイッチ177Aおよび177Bにより、仮想同一性システム・モデラ100への入力が、モデル化された目標応答および実際の応答、またはモデル化された目標応答修正および実際の応答修正のいずれかになることができる。スイッチ177Aおよび関連加算器と記憶装置もまた、例示されている駆動17上で動作するのではなく、静的モデル172Aと調整可能構成要素172Bとの間のデータ経路に適用できることが、当業者なら理解されるであろう。同様に、スイッチ177Aおよび関連加算器と記憶装置もまた、ある状況下では、モデル化された目標応答176に適用できる。
【0043】
本発明から利益を得ることのできる仮想同一性システム・モデラ100および他の実施形態についての完全な説明が、国際出願PCT/US99/01233(1999年1月21日出願)に記述されており、その全体を本明細書に組み込んである。
【0044】
本発明を、好ましい実施形態を参照しながら記述してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、形式上および詳細上の変更形態が可能であることは、当業者なら理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明を行うための環境の例を示すブロック図である。
【図2】 図2は、本発明を実施するためのコンピュータを示す図である。
【図3】 図3Aは、振動試験の、従来の技術による方法の識別フェーズに含まれるステップを示す流れ図である。
図3Bは、振動試験の、従来の技術による方法の反復フェーズに含まれるステップを示す流れ図である。
図3Cは、振動試験の、従来の技術による方法の別の反復フェーズに含まれるステップを示す流れ図である。
【図4】 図4Aは、本発明による多重領域コンボルバを備えた振動システムのための駆動信号を得るための反復プロセスを詳細に示すブロック図である。
図4Bは、本発明による多重領域コンボルバを備えた振動システムのための駆動信号を得るための別の反復プロセスを詳細に示すブロック図である。
【図5】 図5は、多重領域記録を示す実体図である。
【図6】 図6は、多重領域コンボルバを示す一般的ブロック図である。
【図7】 図7は、テーパ状化関数の例を示す実体図である。
【図8】 図8は、テーパード・ゲート関数の例を示す実体図である。
【図9】 図9は、入力信号の例を示す実体図である。
【図10】 図10は、テーパード・ゲート関数への入力信号の適用形態から得られる出力信号を示す実体図である。
【図11】 図11は、調整器を備えた多重領域コンボルバを示す一般的ブロック図である。
【図12】 図12は、調整器を備えた多重領域コンボルバを示す別の一般的ブロック図である。
Claims (20)
- 物理システムを制御するための方法であって、
第1の入力領域に対する前記物理システムのための第1のモデルと第2の入力領域に対する前記物理システムのための第2のモデルを用いて前記物理システムを制御するための多重入力領域を含む入力を受け取るステップであって、当該入力がフィルタリングされて、前記物理システムの当該第1のモデルに関連する当該第1の入力領域と、前記物理システムの当該第2のモデルに関連する当該第2の入力領域を獲得するものと、
前記物理システムのための前記第1のモデルに基づく動作から、前記物理システムのための前記第2のモデルに基づく動作までの遷移期間中に、テーパ状化関数を用いて、入力をテーパ状化して、時間に対応して、入力の大きさを増加又は減少させて、前記第1のモデルに基づく動作から前記第2のモデルに基づく動作への遷移を円滑化するステップと、
前記第1の入力領域に関連する前記テーパ状化された入力を、前記物理システムの第1のモデルに印加し、前記第2の入力領域に関連する前記テーパ状化された入力を、前記物理システムの第2のモデルに印加して、前記第1のモデルからの出力、及び、前記第2のモデルからの出力を提供するステップと、
第1のモデルからの出力を第2のモデルからの出力と組み合わせて、物理システムを制御するステップと、
を備える方法。 - テーパ状化関数を用いて入力をテーパ状にするステップが、
テーパ状化関数を印加して、遷移期間中に時間とともに、前記第1の入力領域に関連する入力の大きさを減少させ、
テーパ状化関数を印加して、遷移期間中に時間とともに、前記第2の入力領域に関連する入力の大きさを増大させる、
請求項1に記載の方法。 - テーパ状化関数を用いて入力をテーパ状にするステップが、テーパ状化関数を第1の入力領域に印加し、テーパ状化関数を第2の入力領域に印加し、
第1の入力領域に印加されたテーパ状化関数が、第2の入力領域に印加されたテーパ状化関数の相補形である、
請求項1に記載の方法。 - テーパ状化関数を用いて入力をテーパ状にするステップが、テーパ状化関数を第1の入力領域に印加し、テーパ状化関数を第2の入力領域に印加し、
第1の入力領域に印加されたテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に1.0から0.0まで変化し、
第2の入力領域に印加されたテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に0.0から1.0まで変化する、
請求項1に記載の方法。 - 遷移期間中の任意の瞬間に、第1の入力領域に印加されたテーパ状化関数のゲインと第2の入力領域に印加されたテーパ状化関数のゲインとの和が、1以下である、請求項4に記載の方法。
- 遷移期間中の任意の瞬間に、第1の入力領域に印加されたテーパ状化関数のゲインと第2の入力領域に印加されたテーパ状化関数のゲインとの和が、1に等しい、請求項4に記載の方法。
- 前記第1の及び第2の入力領域の各々に印加されたテーパ状化関数が、サイクロイド関数を有する、請求項4に記載の方法。
- 前記第1の及び第2のモデルが、前記物理システムの逆モデルを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の及び第2のモデルが、前記物理システムの順モデルを備える、請求項1に記載の方法。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載の方法を実行するための命令を有するコンピュータコンピュータ読取り可能媒体。
- 第1の及び第2の入力領域を含む入力を用いて物理システムを制御するためのシステム・コントローラであって、
前記第1の入力領域に関連する、前記物理システムの第1のモデルと、
前記第2の入力領域に関連する、前記物理システムの第2のモデルと、
前記第1のモデルに基づく動作から前記第2のモデルに基づく動作までの遷移期間中に、前記第1の及び第2のモデルへの入力をテーパ状化して、時間に対応して、前記第1の入力領域及び前記第2の入力領域に関連する入力の大きさを増加又は減少するように構成された、前記第1の及び第2の入力領域の各々に関連する、テーパ状化する関数と、
第1のモデルからの出力を第2のモデルからの出力と組み合わせて、前記物理システムを制御する手段と
を備えるシステム・コントローラ。 - 前記第1の入力領域に関連する、前記テーパ状化する関数が、遷移期間中に時間とともに、前記第1の入力領域に関連する入力の大きさを減少させ、
前記第2の入力領域に関連する、前記テーパ状化する関数が、遷移期間中に時間とともに、前記第2の入力領域に関連する入力の大きさを増加させる、
請求項11に記載のシステム・コントローラ。 - 第1の入力領域に関連するテーパ状化関数が、第2の入力領域に関連するテーパ状化関数の相補形である、請求項11に記載のシステム・コントローラ。
- 第1の入力領域に関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に1.0から0.0まで変化し、第2の入力領域に関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に0.0から1.0まで変化する、請求項12に記載のシステム・コントローラ。
- 遷移期間中の任意の瞬間に、第1の入力領域に関連するテーパ状化関数のゲインと第2の入力領域に関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、1以下である、請求項14に記載のシステム・コントローラ。
- 遷移期間中の任意の瞬間に、第1の入力領域に関連するテーパ状化関数のゲインと第2の入力領域に関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、1に等しい、請求項14に記載のシステム・コントローラ。
- 前記第1の及び第2の入力領域に関連するテーパ状化関数のそれぞれが、サイクロイド関数を有する、請求項14に記載のシステム・コントローラ。
- 前記第1の及び第2のモデルが、前記物理システムの逆モデルを備える、請求項11に記載のシステム・コントローラ。
- 前記第1の及び第2のモデルが、前記物理システムの順モデルを備える、請求項11に記載のシステム・コントローラ。
- 前記システム・コントローラが、前記物理システムの第1のモデルに関連する第1のゲート・モジュールと、前記物理システムの第2のモデルに関連する第2のゲート・モジュールと、
を含み、
第1の及び第2のゲート・モジュールが、前記第1の及び第2の入力領域を、前記第1の及び第2の入力領域に関連するテーパ状化関数によって乗算するように構成される、
請求項11に記載のシステム・コントローラ。
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