JPH07191965A - Method and device for designing and estimating the objective system - Google Patents

Method and device for designing and estimating the objective system

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JPH07191965A
JPH07191965A JP5333350A JP33335093A JPH07191965A JP H07191965 A JPH07191965 A JP H07191965A JP 5333350 A JP5333350 A JP 5333350A JP 33335093 A JP33335093 A JP 33335093A JP H07191965 A JPH07191965 A JP H07191965A
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JP
Japan
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variable
equation
distribution
target system
series expansion
Prior art date
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Application number
JP5333350A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Yoda
潔 依田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH07191965A publication Critical patent/JPH07191965A/en
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Abstract

PURPOSE:To shorten the time required to obtain a parameter value giving the required distribution by calculating the function characteristic distribution of an object including the fluctuation parameter by the specified method and solving the equation giving the equivalence to the required distribution. CONSTITUTION:The fluctuation parameters r1-rn (n>=1) such as material values describing the coordinate value describing the form and the nature of material are inputted to a calculation means (code arithmetic type SOLVER) of the boundary element method or the limited element method. The arithmetic operation is performed on code by the machine language such as mathematica and the calculation value yk=fk (r1-rn) of the function characteristic distribution (field) is outputted. The k represents the number of the space coordinate point to calculate the function characteristic distribution and k>=1. With an unknown factor, the approximate formula by the series development formula is obtained and the variable is represented by the approximate formula. The calculated function characteristic distribution and the required function characteristic distribution are requalled to prepare the equation including the variables. By solving the equation, the parameter realizing the required function characteristic distribution is controlled or decided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば磁束分布や温
度分布などの物体の機能特性分布について所望の分布を
得るために、形状や材料物性値などの物体を規定するパ
ラメータの制御または決定を行い、また、物体について
得られた測定値にもとづいて材料物性値などの物体の内
部状態の推定を行う、対象システムを制御または決定・
推定する方法、およびその装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention controls or determines parameters defining an object such as shape and material physical property values in order to obtain a desired distribution of the functional characteristic distribution of the object such as magnetic flux distribution and temperature distribution. The target system is controlled or determined, and the internal state of the object such as physical properties of the material is estimated based on the measured values obtained for the object.
The present invention relates to an estimating method and an apparatus thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】図27は例えば電気学会論文誌A第10
9巻第9号(平成元年)P.393 に示された電磁石の形状
を最適化して所望の均一磁束分布を得る方法を示すフロ
ーチャートである。また、図28は対象となる電磁石の
2次元解析モデルを示したものである。
2. Description of the Related Art FIG.
9 is a flowchart showing a method for obtaining a desired uniform magnetic flux distribution by optimizing the shape of the electromagnet shown in P.393 of Volume 9, No. 9 (1989). Further, FIG. 28 shows a two-dimensional analysis model of a target electromagnet.

【0003】図28において、90は磁性体91の空隙
93に磁界を発生させるために電流が流されるコイル部
分、92は電磁石の極である。この場合には、極92の
形状によって空隙93における磁界分布が決定される。
そこで、空隙93中の点線で囲まれた評価領域94のy
方向の磁束密度をできるだけ均一にするような極92の
形状を求めることを考える。なお、この電磁石は空気領
域に置かれているとする。
In FIG. 28, reference numeral 90 is a coil portion through which an electric current is applied to generate a magnetic field in the gap 93 of the magnetic body 91, and 92 is a pole of an electromagnet. In this case, the shape of the pole 92 determines the magnetic field distribution in the air gap 93.
Therefore, y of the evaluation area 94 surrounded by the dotted line in the void 93 is y.
Consider finding the shape of the pole 92 that makes the magnetic flux density in the direction as uniform as possible. It is assumed that this electromagnet is placed in the air region.

【0004】次に動作について説明する。この場合に
は、物体を規定するパラメータは極92の形状であり、
所望の機能特性分布は均一磁界分布である。また、上記
文献において、解析方法として境界要素法が用いられて
いる。境界要素法とは、境界積分方程式を用いて、複雑
な解析対象の特性を境界上の要素分割によって解析する
方法である。
Next, the operation will be described. In this case, the parameter defining the object is the shape of pole 92,
The desired functional characteristic distribution is a uniform magnetic field distribution. Further, in the above literature, the boundary element method is used as an analysis method. The boundary element method is a method of analyzing a characteristic of a complicated analysis target by element division on the boundary using a boundary integral equation.

【0005】まず、初期状態を設定する(ステップST
51)。初期状態の設定とは、解析対象を有限個の境界
要素に分割したときの、各節点の座標の設定および各境
界要素における材料物性値の設定などである。この場合
には、極92の初期形状が図19(a)に示されるよう
に、平坦形状とされる。
First, an initial state is set (step ST
51). The setting of the initial state is the setting of the coordinates of each node and the setting of the material physical property value in each boundary element when the analysis target is divided into a finite number of boundary elements. In this case, the initial shape of the pole 92 is flat, as shown in FIG.

【0006】次に、評価領域94内の有限個の評価点i
(i=1,…,M)における目標値、この場合には所望
の均一磁界の値を設定する(ステップST52)。次い
で、M個の評価点における磁界のy成分を境界要素法に
よって算出する(ステップST53)。さらに、M個の
評価点における算出された値と目標値との誤差の2乗和
を算出し、その2乗和の誤差評価を行う(ステップST
54)。
Next, a finite number of evaluation points i in the evaluation area 94
A target value at (i = 1, ..., M), in this case, a desired uniform magnetic field value is set (step ST52). Next, the y component of the magnetic field at the M evaluation points is calculated by the boundary element method (step ST53). Furthermore, the sum of squares of the error between the calculated value and the target value at M evaluation points is calculated, and the error of the sum of squares is evaluated (step ST
54).

【0007】誤差が所定値以下であれば処理を終了し、
そうでなければ上記文献に記載されている評価関数の計
算を行う(ステップST56)。さらに、評価関数の計
算結果を用いて、極92の形状の修正量を決定する(ス
テップST55)。そして、修正された形状に対して境
界要素解析を再び実行し、評価点における磁界のy成分
を算出する(ステップST53)。
If the error is less than or equal to the predetermined value, the processing is terminated,
Otherwise, the evaluation function described in the above document is calculated (step ST56). Further, the correction amount of the shape of the pole 92 is determined using the calculation result of the evaluation function (step ST55). Then, the boundary element analysis is performed again on the corrected shape to calculate the y component of the magnetic field at the evaluation point (step ST53).

【0008】以上のように、ステップST53〜ST5
5の処理を何回か実行することにより、すなわち境界要
素解析を反復することにより、極92の形状は、所望の
均一磁界分布に適合したものに収束していく。図29
は、極92の形状の収束過程を示したものである。図
中、(a)〜(f)は、境界要素解析の各反復回数に対
応した極92の形状を示している。すなわち、反復回数
が増加するに従って、目標磁界に対する発生磁界の相対
誤差が減少する様子が示されている。
As described above, steps ST53 to ST5
By performing the processing of 5 several times, that is, by repeating the boundary element analysis, the shape of the pole 92 converges to a shape adapted to the desired uniform magnetic field distribution. FIG. 29
Shows the process of convergence of the shape of the pole 92. In the figure, (a) to (f) show the shapes of the poles 92 corresponding to the respective number of iterations of the boundary element analysis. That is, it is shown that the relative error of the generated magnetic field with respect to the target magnetic field decreases as the number of iterations increases.

【0009】図30は米国電気電子学会医用工学部門の
学会誌第32巻第3号(IEEETransaction on Biome
dical Engineering, vol. BME-32,No.3,1985)に記載さ
れた人体内部の導電率の分布を求めるための人体の胸部
断面モデルを示す断面図である。人体内部の導電率の分
布を求める方法は、物体についての測定値から物体の内
部状態を推定する方法の一例であり、この場合には、導
電率の分布が物体の内部状態である。
[0009] FIG. 30 shows the Journal of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Medical Engineering, Vol. 32, No. 3 (IEEE Transaction on Biome).
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a chest cross-section model of a human body for obtaining the distribution of conductivity inside the human body described in dical Engineering, vol. BME-32, No. 3, 1985). The method of obtaining the conductivity distribution inside the human body is an example of a method of estimating the internal state of the object from the measured value of the object. In this case, the conductivity distribution is the internal state of the object.

【0010】人体の胸部は肺(図30において点が付さ
れている部分)を含み、導電率は、空間的に大きく異な
る。そこで、図30に示すように、外部から電流を流し
たときに、人体表面に生ずる電位を多数の点において測
定することにより、人体内部の導電率の分布を推定す
る。これは、インピーダンスCT問題とも呼ばれる。
The chest of the human body includes the lungs (dotted portions in FIG. 30), and the electrical conductivity is greatly different spatially. Therefore, as shown in FIG. 30, when the current is applied from the outside, the electric potential distribution on the surface of the human body is measured at a number of points to estimate the conductivity distribution inside the human body. This is also called the impedance CT problem.

【0011】処理を行う際に、人体内部を、図30に示
すように三角形状の要素に分割し、各要素の導電率をσ
i (i=1,…,M)とする。処理手順は、図27のフ
ローチャートに示された手順と同様であり、まず、初期
状態を設定する。すなわち、各節点101〜120の座
標を設定し、電流を注入する節点を決める。例えば、節
点101,111間に電流を注入することとする。ま
た、各要素の導電率σiの初期値を設定する。
When processing, the inside of the human body is divided into triangular elements as shown in FIG. 30, and the conductivity of each element is σ.
i (i = 1, ..., M). The processing procedure is similar to the procedure shown in the flowchart of FIG. 27, and first, the initial state is set. That is, the coordinates of each of the nodes 101 to 120 are set, and the node into which the current is injected is determined. For example, current is injected between the nodes 101 and 111. Also, the initial value of the conductivity σ i of each element is set.

【0012】次に、有限要素法により、人体表面の電
位、すなわち節点102〜110,111〜120にお
ける電位を算出する。有限要素法とは、複雑な形状や物
性値分布を有する解析対象の内部を有限個の要素に分割
し、エネルギー最小の原理により各要素に割り当てられ
る物理状態を計算する近似解法である。有限要素法によ
る解析の結果、この場合には、各節点電位が算出され
る。
Next, the potential on the surface of the human body, that is, the potentials at the nodes 102 to 110 and 111 to 120 are calculated by the finite element method. The finite element method is an approximate solution method in which the inside of an analysis target having a complicated shape or physical property value distribution is divided into a finite number of elements, and the physical state assigned to each element is calculated according to the principle of minimum energy. As a result of the analysis by the finite element method, in this case, each node potential is calculated.

【0013】そこで、算出された各節点電位と現実に測
定された各節点電位との誤差を評価する。そして、誤差
が所定値を越えていれば、評価結果を用いて各要素の導
電率σi (i=1,…,M)を修正し、修正された各要
素の導電率σi を用いて、有限要素法による解析を再度
実行する。さらに、算出された各節点電位と測定された
節点電位との誤差が所定値以下となるまで、例えば、誤
差の2乗和が所定値以下になるまで以上の処理を繰り返
す。
Therefore, the error between each calculated nodal potential and each actually measured nodal potential is evaluated. If the error exceeds a predetermined value, the conductivity σ i (i = 1, ..., M) of each element is corrected using the evaluation result, and the corrected conductivity σ i of each element is used. , Re-run the finite element method analysis. Further, the above processing is repeated until the error between each calculated node potential and the measured node potential becomes a predetermined value or less, for example, the sum of squares of the error becomes a predetermined value or less.

【0014】図31は、有限要素法による解析の反復回
数が増すに従って、推定誤差の平均、すなわち算出され
た節点電位と測定された節点電位との誤差の平均が減少
していく様子を示したものである。
FIG. 31 shows how the average of the estimation errors, that is, the average of the errors between the calculated node potential and the measured node potential, decreases as the number of iterations of the finite element method analysis increases. It is a thing.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】従来の対象システムを
制御または決定・推定する方法、およびその装置は以上
のように構成されているので、初期状態(初期形状や初
期物性値分布など)が最終状態(最終形状や真の物性値
分布など)から大きく逸脱していると、境界要素法や有
限要素法の反復計算回数が増加し、1回の境界要素法や
有限要素法の実行に要する時間はかなり長いため、最終
状態を得るまでに要する時間が増大するという問題点が
あった。
Since the conventional method for controlling or determining / estimating the target system, and the apparatus therefor are configured as described above, the initial state (initial shape, initial physical property value distribution, etc.) is the final state. If there is a large deviation from the state (final shape, true physical property distribution, etc.), the number of iterations of the boundary element method or finite element method increases, and the time required to execute the boundary element method or finite element method once Since it is quite long, there is a problem that the time required to obtain the final state increases.

【0016】また、誤差評価において、局所的な最小値
が多数存在する場合に真の誤差の最小を与える状態に到
達する前に処理を打ち切ってしまう可能性があるという
問題点があった。例えば、図32に示すように、物体を
規定するパラメータの初期値としてC点におけるパラメ
ータ値を採用した場合には、誤差を最小とする真の値に
到達できるが、初期値としてA点またはB点におけるパ
ラメータ値を採用した場合には、誤ったパラメータを最
終状態におけるパラメータと決定してしまう。
Further, in the error evaluation, when there are many local minimum values, there is a problem that the processing may be aborted before reaching the state that gives the true minimum error. For example, as shown in FIG. 32, when the parameter value at the point C is adopted as the initial value of the parameter defining the object, the true value that minimizes the error can be reached, but the initial value is the point A or B. When the parameter value at the point is adopted, the incorrect parameter is determined as the parameter in the final state.

【0017】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、所望の機能特性分布を実現する
パラメータを得るまでの時間、または誤差を最小とする
物体の内部状態を得るまでの時間を短縮するとともに、
誤ったパラメータを最適パラメータとすること、または
真の内部状態の推定値としては誤った内部状態を得るこ
とを防止しうる対象システムを制御または決定・推定す
る方法、およびその装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and it takes time to obtain a parameter for realizing a desired functional characteristic distribution, or to obtain an internal state of an object with a minimum error. While shortening the time of
(EN) A method for controlling or determining / estimating a target system that can prevent an incorrect parameter from being an optimum parameter or an incorrect internal state as an estimated value of a true internal state, and an apparatus therefor. And

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る対象システムを最適設計する方法は、以下の各ステッ
プ、(1)対象システムを規定する各パラメータのうち
の少なくとも1つのパラメータを変数とする、(2)対
象システムの機能特性分布をそれらの変数の関数として
算出する、(3)算出された機能特性分布と所望の機能
特性分布とを等値してそれらの変数を含む方程式を作成
する、(4)その方程式を解いて所望の機能特性分布を
実現するパラメータを制御または決定する、を備えた方
法であって、(2)のステップにおいて、未知係数を用
いて級数展開式による近似式を求めて、前記変数をこの
近似式で表現していることを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for optimally designing a target system, wherein at least one of the following steps, (1) each parameter defining the target system is a variable. (2) Calculate the functional characteristic distribution of the target system as a function of those variables, (3) Equivalently calculate the calculated functional characteristic distribution and the desired functional characteristic distribution, and obtain an equation including those variables. A method comprising: (4) solving the equation to control or determining a parameter that realizes a desired functional characteristic distribution, in the step (2) using a series expansion equation using unknown coefficients. An approximate expression is obtained, and the variable is expressed by this approximate expression.

【0019】請求項2記載の発明に係る対象システムを
最適設計する方法は、以下の各ステップ、(1)対象シ
ステムを規定する各パラメータのうちの少なくとも1つ
のパラメータを変数とする、(2)対象システムの機能
特性分布をそれらの変数の関数として算出する、(3)
算出された機能特性分布と所望の機能特性分布との残差
の2乗和によってそれらの変数を含む残差方程式を作成
する、(4)その残差方程式を最小化して所望の機能特
性分布を実現するパラメータを制御または決定する、を
備えた方法であって、(2)のステップにおいて、未知
係数を用いて級数展開式による近似式をもとめて、前記
変数をこの近似式で表現していることを特徴とするもの
である。
A method for optimally designing a target system according to a second aspect of the present invention includes the following steps, (1) at least one of the parameters defining the target system is used as a variable (2) Calculate the functional characteristic distribution of the target system as a function of those variables, (3)
A residual equation including these variables is created by the sum of squares of residuals between the calculated functional characteristic distribution and the desired functional characteristic distribution. (4) The residual equation is minimized to obtain the desired functional characteristic distribution. A method comprising controlling or deciding a parameter to be realized, wherein in step (2), the variable is expressed by this approximation formula by obtaining an approximation formula by a series expansion formula using unknown coefficients. It is characterized by that.

【0020】請求項3記載の発明に係る対象システムを
推定する方法は、以下の各ステップ、(1)対象システ
ムの内部状態を変数とする、(2)その対象システムに
ついて測定しうる物理量分布をそれらの変数の関数とし
て算出する、(3)算出された物理量分布と現実に測定
された物理量分布とを等値としてそれらの変数を含む方
程式を作成する、(4)その方程式を解いて対象システ
ムの内部状態を推定する、を備えた方法であって、
(2)のステップにおいて、未知係数を用いて級数展開
式による近似式をもとめて、前記変数をこの近似式で表
現していることを特徴とするものである。
The method of estimating a target system according to the third aspect of the present invention comprises the following steps, (1) using the internal state of the target system as a variable, and (2) determining a physical quantity distribution that can be measured for the target system. Calculate as a function of those variables, (3) Create an equation including those variables with the calculated physical quantity distribution and the actually measured physical quantity distribution as equal values, (4) Solve the equation and target system Estimating the internal state of
In the step (2), the variable is expressed by this approximation formula by obtaining an approximation formula by a series expansion formula using unknown coefficients.

【0021】請求項4記載の発明に係る対象システムを
推定する方法は、以下の各ステップ、(1)対象システ
ムの内部状態を変数とする、(2)その対象システムに
ついて測定しうる物理量分布をそれらの変数の関数とし
て算出する、(3)算出された物理量分布と現実に測定
された物理量分布との残差の2乗和によってそれらの変
数を含む残差方程式を作成する。(4)その残差方程式
を最小化して物体の内部状態を推定する、を備えた方法
であって、(2)のステップにおいて、未知係数を用い
て級数展開式による近似式をもとめて、前記変数をこの
近似式で表現していることを特徴とするものである。
The method of estimating the target system according to the invention of claim 4 is as follows: (1) The variable of the internal state of the target system; (2) The physical quantity distribution measurable for the target system. (3) A residual equation including these variables is created by the sum of squares of residuals between the calculated physical quantity distribution and the actually measured physical quantity distribution, which is calculated as a function of those variables. (4) A method provided with minimizing the residual equation to estimate the internal state of the object, wherein in step (2), an approximate expression by a series expansion equation is obtained using unknown coefficients, The feature is that the variables are expressed by this approximate expression.

【0022】請求項5記載の発明に係る方法は請求項1
乃至4記載の発明の方法において、未知係数の数と、こ
の未知係数を求めるための連立方程式の式の数が一致す
るまで変数の次数の低い項から高い項まで採用すること
を特徴とするものである。
The method according to the invention of claim 5 is claim 1
In the method of the present invention described in any one of (1) to (4), the variable is used from a low-order term to a high-order term until the number of unknown coefficients agrees with the number of simultaneous equations for obtaining the unknown coefficient. Is.

【0023】請求項6記載の発明に係方法は請求項1乃
至5記載の発明の方法において行列方程式の変数に関す
る無理式の部分などに関して級数展開して多項式を得る
ようにするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method according to the first to fifth aspects of the present invention, a polynomial is obtained by performing series expansion on a portion of an irrational expression relating to variables of a matrix equation.

【0024】請求項7記載の発明に係方法は請求項1乃
至6記載の発明の方法において行列方程式の各要素の分
母関数の最小公倍数を両辺に乗じて多項式表現に変換す
ることを特徴とするものである。
The method according to the invention of claim 7 is characterized in that, in the method of the inventions of claims 1 to 6, both sides are multiplied by the least common multiple of the denominator function of each element of the matrix equation to convert into a polynomial expression. It is a thing.

【0025】請求項8記載の発明に係方法は請求項1乃
至7記載の発明の方法において前記級数展開式としてテ
イラー展開またはマクローリン展開を用いたことを特徴
とするものである。
The method according to the invention of claim 8 is characterized in that in the method of the invention of claims 1 to 7, Taylor expansion or McLaughlin expansion is used as the series expansion formula.

【0026】請求項9、10、11記載の発明に係方法
は請求項1乃至8の発明の方法において、システムを記
述する方程式の導出に、それぞれ、有限要素法、境界要
素法、モーメント法を用いている。
The method according to the inventions of claims 9, 10 and 11 is the method of the inventions of claims 1 to 8 wherein the finite element method, the boundary element method and the moment method are respectively used to derive the equations describing the system. I am using.

【0027】請求項12記載の発明に係る対象システム
を最適設計する装置は、以下の手段、(1)対象システ
ムを規定する各パラメータのうちの少なくとも1つのパ
ラメータを変数として、その対象システムの機能特性分
布をそれらの変数の関数として算出する手段、(2)算
出された機能特性分布と所望の機能特性分布とを等値し
て、それらの変数を含む方程式を作成する手段、(3)
その方程式を解いて所望の機能特性分布を実現するパラ
メータの制御もしくは決定を行う手段、を備えた装置で
あって、(2)の手段は、未知係数を用いて級数展開式
による近似式を求めて、前記変数をこの近似式で表現し
ていることを特徴とするものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for optimally designing a target system, wherein: (1) at least one of the parameters defining the target system is used as a variable, and the function of the target system is obtained. Means for calculating the characteristic distribution as a function of those variables, (2) means for equalizing the calculated functional characteristic distribution and the desired functional characteristic distribution, and creating an equation including those variables, (3)
An apparatus including means for controlling or determining parameters for realizing the desired functional characteristic distribution by solving the equation, wherein the means (2) obtains an approximate expression by a series expansion equation using unknown coefficients. Then, the variable is expressed by this approximate expression.

【0028】請求項13記載の発明に係る対象システム
を最適設計する装置は、以下の手段、(1)対象システ
ムを規定する各パラメータのうちの少なくとも1つのパ
ラメータを変数として、その対象システムの機能特性分
布をそれらの変数の関数として算出する手段、(2)算
出された機能特性分布と所望の機能特性分布との残差の
2乗和によってそれらの変数を含む残差方程式を作成す
る手段、(3)その残差方程式を最小化して所望の機能
特性分布を実現するパラメータの制御もしくは決定を行
う手段、を備えた装置であって、(2)の手段は、未知
係数を用いて級数展開式による近似式を求めて、前記変
数をこの近似式で表現していることを特徴とするもので
ある。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for optimally designing a target system, wherein: (1) at least one of the parameters defining the target system is used as a variable, and the function of the target system is obtained. Means for calculating the characteristic distribution as a function of those variables, (2) means for creating a residual equation including those variables by the sum of squares of residuals between the calculated functional characteristic distribution and the desired functional characteristic distribution, (3) An apparatus including means for controlling or determining a parameter that realizes a desired functional characteristic distribution by minimizing the residual equation, wherein the means (2) is a series expansion using unknown coefficients. It is characterized in that an approximate expression is obtained by an equation and the variable is expressed by this approximate expression.

【0029】請求項14記載の発明に係る対象システム
を推定する装置は、以下の手段、(1)対象システムの
内部状態を変数として、その対象システムについて測定
しうる物理量分布をそれらの変数の関数として算出する
手段、(2)算出された物理量分布と現実に測定された
物理量分布とを等値してそれらの変数を含む方程式を作
成する手段、(3)その方程式を解いて物体の内部状態
の推定を行う手段、を備えた装置であって、(2)の手
段は、未知係数を用いて級数展開式による近似式を求め
て、前記変数をこの近似式で表現していることを特徴と
するものである。
An apparatus for estimating a target system according to a fourteenth aspect of the present invention comprises the following means, (1) using an internal state of the target system as a variable, and measuring a physical quantity distribution that can be measured for the target system as a function of those variables. (2) means for equalizing the calculated physical quantity distribution and the actually measured physical quantity distribution to create an equation including those variables, (3) solving the equation and the internal state of the object The apparatus of (2) is characterized in that the means of (2) obtains an approximate expression by a series expansion equation using unknown coefficients, and expresses the variable by this approximate expression. It is what

【0030】請求項15記載の発明に係る対象システム
を推定する装置は、以下の手段、(1)対象システムの
内部状態を変数として、その対象システムについて測定
しうる物理量分布をそれらの変数の関数として算出する
手段、(2)算出された物理量分布と現実に測定された
物理量分布との残差の2乗和によってそれらの変数を含
む残差方程式を作成する手段、(3)その残差方程式を
最小化して物体の内部状態の推定を行う手段、を具備し
た装置であって、(2)の手段は、未知係数を用いて級
数展開式による近似式を求めて、前記変数をこの近似式
で表現していることを特徴とするものである。
An apparatus for estimating a target system according to a fifteenth aspect of the present invention comprises the following means: (1) Using an internal state of the target system as a variable, a physical quantity distribution measurable for the target system as a function of those variables. And (2) means for creating a residual equation including those variables by the sum of squares of residuals of the calculated physical quantity distribution and the actually measured physical quantity distribution, (3) the residual equation Is a device for estimating the internal state of an object by minimizing the above, wherein the means (2) obtains an approximate expression by a series expansion equation using unknown coefficients and sets the variable to this approximate expression. It is characterized by being expressed in.

【0031】[0031]

【作用】請求項1乃至11記載の発明における各変数の
関数を算出するステップは対象システムを規定するパラ
メータを未知変数のままとして、境界要素法や有限要素
法を実行することにより、対象システムの機能特性分布
(空間の少なくても1点で規定される。)または物理量
分布を未知変数の関数として出力する。また、対象シス
テムの機能特性分布または対象システムの物理量分布が
級数展開式を用いた近似式で表されるので計算の高速化
が行える。
In the step of calculating the function of each variable in the inventions according to claims 1 to 11, the boundary element method or the finite element method is executed by executing the boundary element method or the finite element method while leaving the parameters defining the target system as unknown variables. The functional characteristic distribution (defined by at least one point in space) or the physical quantity distribution is output as a function of the unknown variable. Further, since the functional characteristic distribution of the target system or the physical quantity distribution of the target system is expressed by an approximate expression using a series expansion expression, the calculation speed can be increased.

【0032】また、請求項2または請求項4記載の発明
における残差方程式を最小化して所望の機能特性分布を
実現するパラメータを決定する、または対象システムの
内部状態を推定するステップは未知変数を含む誤差関数
を取り扱うことにより、複数の誤差極小値の中に存在す
る真の最小値を決定することを可能にする。
In the step of estimating the internal state of the target system by minimizing the residual equation in the invention of claim 2 or claim 4 or determining the parameter that realizes the desired functional characteristic distribution, By handling the error function containing, it is possible to determine the true minimum that exists among multiple error minima.

【0033】さらに、請求項12乃至15記載の発明に
おける各変数の関数を算出する手段は、物体を規定する
パラメータを未知変数のままとして、境界要素法や有限
要素法を実行することにより、物体の機能特性分布また
は物理量分布を未知変数の関数として出力する。また、
対象システムの機能特性分布または対象システムの物理
量分布が級数展開式を用いた近似式で表されるので計算
の高速化が行える。
Further, the means for calculating the function of each variable in the twelfth to fifteenth aspects of the present invention executes the boundary element method or the finite element method while leaving the parameters defining the object as unknown variables. The functional characteristic distribution or physical quantity distribution of is output as a function of unknown variables. Also,
Since the functional characteristic distribution of the target system or the physical quantity distribution of the target system is represented by an approximate expression using a series expansion expression, the calculation speed can be increased.

【0034】また、請求項13または請求項15記載の
発明における残差方程式を最小化する手段は、未知変数
を含んだ誤差関数を取り扱うことにより、複数の誤差極
小値の中に存在する真の最小値を決定することを可能と
する。
Further, the means for minimizing the residual equation in the invention according to claim 13 or claim 15 handles an error function including an unknown variable, so that a true error exists in a plurality of error minimum values. It is possible to determine the minimum value.

【0035】[0035]

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する
が、まず、各実施例の基本となる概念について説明す
る。図1は、本発明の基本概念を示したもので、境界要
素法または有限要素法の計算手段(SOLVER)に、
1個以上の変数パラメータr1…,rn (n≧1)が入
力されると、機能特性分布(場)の計算値yk =f
k (r1 ,…,rn )(kは機能特性分布を計算するた
めの空間座標点の数で、k≧1)が出力される様子を示
するものである。
Embodiments of the present invention will be described below. First, the basic concept of each embodiment will be described. FIG. 1 shows the basic concept of the present invention. The boundary element method or the finite element method calculation means (SOLVER)
When one or more variable parameters r 1, ..., R n (n ≧ 1) are input, the calculated value y k = f of the functional characteristic distribution (field)
It is shown that k (r 1 , ..., R n ) (k is the number of spatial coordinate points for calculating the functional characteristic distribution, k ≧ 1) is output.

【0036】従来は、SOLVERは数値演算型であっ
たが、ここでは記号演算型のものである。また、記号演
算が可能な計算機言語として、マシマティカ(mathemati
ca)などが知られている。
In the past, SOLVER was a numerical operation type, but here it is a symbolic operation type. In addition, as a computer language that can perform symbolic operations, mathematica (mathemati
ca) etc. are known.

【0037】なお、変数パラメータとして考えられるも
のに、例えば、形状を規定する座標値や物体の性質を規
定する材料物性値がある。また、計算出力としての機能
特性分布の例として、電磁機器については、電界分布,
磁界分布,電磁界分布,電位分布および固有周波数など
がある。機械構造体については応力分布,歪みエネルギ
ー,変位分布および固有振動数なとが考えられる。ま
た、熱利用機器については、温度分布および熱流束分布
などが考えられ、流体応用機器については、流速分布,
流線分布及び圧力分布などが考えられる。
It should be noted that possible variable parameters include, for example, coordinate values that define the shape and material physical property values that specify the properties of the object. Also, as an example of the functional characteristic distribution as the calculation output, for electromagnetic equipment, the electric field distribution,
There are magnetic field distribution, electromagnetic field distribution, potential distribution and natural frequency. Mechanical structures are considered to be stress distribution, strain energy, displacement distribution, and natural frequency. Also, for heat utilization equipment, temperature distribution and heat flux distribution may be considered. For fluid application equipment, flow velocity distribution,
Streamline distribution and pressure distribution are possible.

【0038】図1に示すように、計算値yk は、変数パ
ラメータrk の関数となっている。従来は、SOLVE
Rの入力は具体的な数値であり、計算値も具体的な数値
であった。そして、計算値について誤差評価を行い、評
価結果に応じて修正された値を再度SOLVERに入力
していたことになる。
As shown in FIG. 1, the calculated value y k is a function of the variable parameter r k . Conventionally, SOLVE
The input of R was a specific numerical value, and the calculated value was also a specific numerical value. Then, error evaluation is performed on the calculated value, and the value corrected according to the evaluation result is input again to SOLVER.

【0039】しかし、この場合には、未知関数を含む機
能特性分布の計算値yk を得て、その計算値yk を用い
て、物体の形状や物性値などを最適化するパラメータ値
を決定することができる。すなわち、境界要素法や有限
要素法の反復実行を要せずに、対象となる物体の形状や
物性値などの最適化設計を行うことができる。
However, in this case, the calculated value y k of the functional characteristic distribution including the unknown function is obtained, and the calculated value y k is used to determine the parameter value for optimizing the shape or physical property value of the object. can do. In other words, it is possible to perform the optimized design of the shape and the physical property value of the target object without the need to repeatedly execute the boundary element method and the finite element method.

【0040】従って、計算機を用いた場合に、計算時間
が従来の方法に比べて短縮される。また、従来の方法に
よると、計算途中で生ずる桁落ちや丸め誤差のため計算
精度が低下するという欠点があった。特に、扱われる数
値が非常に小さい値から非常に大きい値にわたる場合に
は、非常に小さい値が0になってしまう可能性がある。
しかし、本発明によれば、途中の計算では記号が扱われ
るのでその可能性はなく、精度は最後に実行される数値
計算のみによって定まる。
Therefore, when the computer is used, the calculation time is shortened as compared with the conventional method. Further, according to the conventional method, there is a drawback that the precision of calculation is deteriorated due to a digit cancellation and a rounding error that occur during calculation. In particular, when the handled numerical value ranges from a very small value to a very large value, a very small value may become 0.
However, according to the present invention, there is no possibility that the symbol will be treated in the calculation in the middle, and the accuracy is determined only by the numerical calculation performed last.

【0041】以下、この発明による方法およびその装置
を、図2〜図5および図6〜図9についてさらに詳しく
説明する。上述したように、すなわち、図2のステップ
ST1およびST2において、図6に符号201を付し
て示した関数を算出する手段によって変数パラメータr
1 ,…,rn が選定され、境界要素法や有限要素法によ
って、機能分布の計算値yk が得られる。
The method and apparatus according to the present invention will be described below in more detail with reference to FIGS. 2 to 5 and 6 to 9. As described above, that is, in steps ST1 and ST2 of FIG. 2, the variable parameter r is calculated by the means for calculating the function indicated by reference numeral 201 in FIG.
1 , ..., R n are selected, and the calculated value y k of the functional distribution is obtained by the boundary element method or the finite element method.

【0042】そして、物体の最適化設計を行う設計者
が、n個の点における所望の分布y1a,…,yna(n≧
1)を与える。n個の変数パラメータが選定されていれ
ば、図2のステップST2において、図6に符号202
を付した方程式を作成する手段によって、次の(1)式
で表わされる連立方程式が得られる。
Then, the designer who carries out the optimization design of the object has a desired distribution y 1a , ..., Y na (n ≧ n points) at n points.
Give 1). If n variable parameters have been selected, in step ST2 of FIG.
The simultaneous equations represented by the following equation (1) are obtained by the means for creating the equations with.

【0043】[0043]

【数1】 [Equation 1]

【0044】この連立方程式は、n個の式からなり、未
知変数もn個であるから、解くことができる。すなわ
ち、図2のステップST4において、図6に符号203
を付した方程式を解く手段によってこの(1)式を解け
ば、変数パラメータr1 ,…,rn の最適値を得ること
ができる。
This simultaneous equation is composed of n equations, and since there are n unknown variables, it can be solved. That is, in step ST4 of FIG.
If the equation (1) is solved by a means for solving the equation given by, the optimum values of the variable parameters r 1 , ..., R n can be obtained.

【0045】以上に述べた方法は、計算値yk と所望の
機能特性分布を示す各値とを等価として変数パラメータ
の値を決定する方法であるが、図3に示すように、最小
2乗法によって、計算値yk と所望の機能特性分布との
残差の2乗和を最小とするような各値を、未知変数の値
と決定してもよい。
The method described above is a method of determining the value of the variable parameter by equating the calculated value y k with each value indicating the desired functional characteristic distribution. As shown in FIG. 3, the method of least squares is used. Accordingly, each value that minimizes the sum of squares of the residuals between the calculated value y k and the desired functional characteristic distribution may be determined as the value of the unknown variable.

【0046】すなわち、図3のステップST11および
ST12において、図7に符号211を付して示した関
数を算出する手段によって変数パラメータr1 ,…,r
n が選定され、計算値yk が得られた後、図3のステッ
プST13において、図7に符号212を付した残差方
程式を作成する手段によって、次の(2)式に示す残差
の2乗和を示す式を立てる。
That is, in steps ST11 and ST12 of FIG. 3, the variable parameters r 1 , ..., R are calculated by the means for calculating the function denoted by reference numeral 211 in FIG.
After n is selected and the calculated value y k is obtained, in step ST13 of FIG. 3, the means for creating the residual equation denoted by reference numeral 212 in FIG. Establish an equation showing the sum of squares.

【0047】[0047]

【数2】 [Equation 2]

【0048】そして、図3のステップST14におい
て、図7に符号213を付した残差方程式を最小化する
手段によって、(2)式のεを最小にするような未知変
数r1,…,rn の値を求める。このεを最小にする方
法としては次の2通りの方法が考えられる。1つの方法
は、公知の最急降下法などの最適化方法である。他の方
法は、εを未知変数r1 ,…,rn のそれぞれで偏微分
した各式を0とし、それを解く方法である。すなわち、
次に示す(3)式で示される連立方程式を解く方法であ
る。
Then, in step ST14 of FIG. 3, unknown variables r 1 , ..., R that minimize ε in the equation (2) are obtained by means of minimizing the residual equation denoted by reference numeral 213 in FIG. Find the value of n . The following two methods are conceivable as methods for minimizing ε. One method is an optimization method such as the known steepest descent method. Other methods, unknown variables r 1 to epsilon, ..., and 0 each expression obtained by partially differentiating the respective r n, is a way to solve it. That is,
This is a method of solving the simultaneous equations shown by the following equation (3).

【0049】[0049]

【数3】 [Equation 3]

【0050】この連立方程式も、未知変数r1 ,…,r
n がn個であり、n個の式からなっているので、解くこ
とができる。このような方法は、未知変数r1 ,…,r
n が変数の形で(2)式に残っているので可能となった
ものである。従来の場合には、2乗和は数値として得ら
れ、その数値に対して所定の誤差評価を行い、その評価
結果を次回の境界要素法や有限要素法の実行に反映させ
ていた。
This simultaneous equation also has unknown variables r 1 , ..., R
Since n is n and consists of n expressions, it can be solved. Such a method produces unknown variables r 1 , ..., R
This is possible because n remains in equation (2) in the form of a variable. In the conventional case, the sum of squares is obtained as a numerical value, a predetermined error evaluation is performed on the numerical value, and the evaluation result is reflected in the next execution of the boundary element method or the finite element method.

【0051】また、既に述べたように、従来の方法によ
れば、局所的な最小値が多数存在する場合に、真の最小
誤差を与える状態に到達する前に処理が打ち切られる可
能性がある。しかし、(3)式を用いる方法によれば、
全ての極大値および極小値を求めることができるので、
それらの中から真の最小値を得ることができる。
Further, as described above, according to the conventional method, when there are many local minimum values, there is a possibility that the processing will be terminated before the state that gives the true minimum error is reached. . However, according to the method using the equation (3),
Since we can find all maxima and minima,
From them, the true minimum can be obtained.

【0052】例えば、ある初期値を用いて近似解
(r11,r12,…r1n)を求めた後、(3)式中の各式
を、それらの近似解を与える項の積(r1 −r11)・
(r2 −r12)・(rn −r1n)で割って、次数を下げ
た各式を作る。そして、それらの式について新たな初期
値を用いて第2の近似解を求める。逐次この処理を繰り
返すと、全ての解(極大値および極小値)を求めること
ができる。
For example, after obtaining an approximate solution (r 11 , r 12 , ... R 1n ) using a certain initial value, each equation in the equation (3) is multiplied by a product (r 1- r 11 ) ・
Divided by (r 2 -r 12) · ( r n -r 1n), it makes each expression was lowered the order. Then, a second approximate solution is obtained by using new initial values for these expressions. By repeating this process successively, all solutions (maximum value and minimum value) can be obtained.

【0053】なお、この処理は、例えば情報処理ハンド
ブック(昭和55年オーム社)p.376 に記載されている
ように公知の処理であり、減次(deflation) 処理と呼ば
れている。このような減次処理が可能になったこともこ
の発明の特徴である。また、得られた全ての極大値およ
び極小値の中から真の最小値を探すことは容易である。
例えば、次の(4)式を満たすri の領域または点を乱
数を用いて探索する。なお、この(4)式におけるα
は、例えば、0.001程度の小さい数である。
This processing is a known processing as described in, for example, p.376 of Information Processing Handbook (Ohmsha, 1980), and is called a deflation processing. It is also a feature of the present invention that such reduction processing is possible. Further, it is easy to find the true minimum value from all the obtained maximum values and minimum values.
For example, an area or point of r i that satisfies the following expression (4) is searched using random numbers. In addition, α in the equation (4)
Is a small number, for example, about 0.001.

【0054】[0054]

【数4】 [Equation 4]

【0055】これらのri を初期値群として、最急降下
法などによって最小値を探索する。すると、すべての極
小値が求まるので、その中から真の最小値を見つけるこ
とができる。
The minimum value is searched for by the steepest descent method using these r i as an initial value group. Then, all the local minimum values are obtained, and the true minimum value can be found from them.

【0056】以上に述べた各方法および装置は、機器を
設計する場合などに用いられる方法、およびその装置す
なわち物体の所望の機能特性に適合するパラメータを決
定する、対象システムを制御または決定する方法、およ
びその装置であるが、物体の内部状態を推定する、対象
システムを推定する方法および装置も同様に構築でき
る。図4および図5はそれぞれその方法を示すフローチ
ャートであり、図8および図9はその装置の構成を示す
ブロック図である。
The methods and apparatuses described above are used for designing equipment and the like, and a method for controlling or determining a target system for determining parameters suitable for desired functional characteristics of the apparatus, that is, an object. , And its apparatus, the method and apparatus for estimating the target system for estimating the internal state of an object can be constructed in the same manner. 4 and 5 are flowcharts showing the method, respectively, and FIGS. 8 and 9 are block diagrams showing the configuration of the apparatus.

【0057】図4に示された方法によると、図8に符号
221を付して示した関数を算出する手段によって、ま
ず、物体の内部状態に対応した変数パラメータを選定
し、これらの未知変数r1 ,…,rn とする(ステップ
ST21)。次に、有限要素法によって、物体の測定可
能な物理量分布を変数パラメータr1 ,…,rn の関数
として算出する(ステップST22)。すなわち、計算
値yk =fk (r1 ,…,rn )が得られる。次いで、
図8の方程式を作成する手段222によって、計算値y
k と物体について実際に測定した値とを等値とし、
(1)式で示される連立方程式を得る(ステップST2
3)。そして、図8の方程式を解く手段223でその連
立方程式を解くと、内部状態に対応した変数パラメータ
の値が得られる(ステップST24)。
According to the method shown in FIG. 4, the variable parameters corresponding to the internal state of the object are first selected by the means for calculating the function denoted by reference numeral 221 in FIG. r 1 , ..., R n (step ST21). Next, the measurable physical quantity distribution of the object is calculated by the finite element method as a function of the variable parameters r 1 , ..., R n (step ST22). That is, the calculated value y k = f k (r 1 , ..., R n ) is obtained. Then
By the means 222 for creating the equation of FIG.
Equivalent to k and the value actually measured for the object,
The simultaneous equations shown by the equation (1) are obtained (step ST2
3). When the simultaneous equations are solved by the equation solving means 223 of FIG. 8, the value of the variable parameter corresponding to the internal state is obtained (step ST24).

【0058】また、図5に示された方法によると、図9
に符号231を付した関数を算出する手段によって、ま
ず、物体の内部状態に対応した変数パラメータを選定
し、これらを未知変数r1 ,…,rn とする(ステップ
ST31)。次に、有限要素法によって、物体の測定可
能な物理量分布を変数パラメータr1 ,…,rn の関数
として算出する(ステップST32)。次いで、図9の
残差方程式を作成する手段232によって、残差の2乗
和を示す(2)式を立てる(ステップST33)。そし
て、図9の残差方程式を最小化する手段233で、その
εを最小にするような変数パラメータの値を求める(ス
テップST34)。
Further, according to the method shown in FIG.
First, variable parameters corresponding to the internal state of the object are selected by the means for calculating the function denoted by reference numeral 231 and are set as unknown variables r 1 , ..., R n (step ST31). Next, the measurable physical quantity distribution of the object is calculated by the finite element method as a function of the variable parameters r 1 , ..., R n (step ST32). Then, the means 232 for creating the residual equation of FIG. 9 establishes the equation (2) indicating the sum of squares of the residuals (step ST33). Then, the means 233 for minimizing the residual equation in FIG. 9 obtains the value of the variable parameter that minimizes ε (step ST34).

【0059】この図6,図7に示した対象システムを制
御または決定する装置、および図8,図9に示した対象
システムを推定する装置を具体的に実現するための装置
構成を図10に示す。図において、300は所定の演算
制御処理を実行する中央演算ユニット(以下CPUとい
う)である。301a,301bはCPU300が用い
る計算機プログラムやデータ類が入力されるキーボード
やマウスなどの入力装置であり、302はCPU300
による処理の過程や処理結果などが表示されるCRTデ
ィスプレイなどの表示装置である。また、303は記号
計算、数値計算などのための計算機言語が格納されてい
るハードディスク装置であり、304〜306はCPU
が各種処理の過程でデータの格納などに用いる主メモリ
である。
FIG. 10 shows an apparatus configuration for specifically realizing the apparatus for controlling or determining the target system shown in FIGS. 6 and 7 and the apparatus for estimating the target system shown in FIGS. 8 and 9. Show. In the figure, reference numeral 300 is a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) that executes a predetermined calculation control process. Reference numerals 301a and 301b are input devices such as a keyboard and a mouse for inputting computer programs and data used by the CPU 300, and 302 is the CPU 300.
It is a display device such as a CRT display for displaying the process of the process by C. Further, 303 is a hard disk device in which a computer language for symbol calculation, numerical calculation, etc. is stored, and 304 to 306 are CPUs.
Is a main memory used for storing data in the process of various processes.

【0060】CPU300は入力装置301を用いて入
力された計算機プログラムに従って動作し、図6に示し
た対象システムを制御または決定する装置を実現する場
合であれば、関数を算出する手段201を主メモリ30
4において実行し、方程式を作成する手段202を主メ
モリ305において、さらには方程式を解く手段203
を主メモリ306においてそれぞれ実行する。これら各
手段の実行には、必要に応じてハードディスク装置30
3に格納されている計算機言語が用いられる。また、C
PU300は計算途中における演算データや、計算終了
後の結果データを随時表示装置302に送って表示す
る。
The CPU 300 operates in accordance with the computer program input using the input device 301, and in the case of realizing the device for controlling or determining the target system shown in FIG. Thirty
4 to execute the equation 202 in the main memory 305, and further to solve the equation 203
In the main memory 306. The hard disk device 30 is used as necessary to execute each of these means.
The computer language stored in 3 is used. Also, C
The PU 300 sends the operation data in the middle of calculation or the result data after the end of the calculation to the display device 302 for display as needed.

【0061】なお、図7に示した対象システムを制御ま
たは決定する装置、さらには図8,図9に示した対象シ
ステムを推定する装置についても前述の場合と同様であ
り、それらの各手段211〜213,221〜223,
231〜233が主メモリ304〜306によってそれ
ぞれ実行される。
The apparatus for controlling or determining the target system shown in FIG. 7 and the apparatus for estimating the target system shown in FIGS. 8 and 9 are the same as those in the above-mentioned case. ~ 213, 221-223
231-233 are executed by the main memories 304-306, respectively.

【0062】このようにして得られた値は各要素におけ
る物理量の推定値であり、それらの値にもとづいて物体
の内部状態を推定することができる。以下、この発明の
各実施例を図について説明する。
The value thus obtained is an estimated value of the physical quantity in each element, and the internal state of the object can be estimated based on these values. Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0063】実施例1.図10は、ケンブリッジ ユニ
バーシティ プレス刊 ファイナイト エレメンツ フ
ォー エレクトリカル エンジニアズ(Finite Element
s for Electrical Engineers, 2nd Edition, Cambridga
University Press,1990)のP.1 〜P.19に記載された1
次元伝送線路問題を示したものである。以下、これを例
にとって説明を行う。
Example 1. Fig. 10 shows Finite Elements for Electrical Engineers (Finite Element) published by Cambridge University Press.
s for Electrical Engineers, 2nd Edition, Cambridga
1 described in P.1 to P.19 of University Press, 1990)
It shows a dimensional transmission line problem. Hereinafter, this will be described as an example.

【0064】図11(a)は、長さ2mの伝送線路1
(例えば平行配置された2本の裸銅線)が電気的に損失
のある媒質(例えば地中、損失は0.5s/mとする)
に配置された状態を示している。そして、伝送線路1の
一端には1Vの電圧が印加され、他端は開放されてい
る。そして、伝送線路1上の節点電圧が所望の値になる
ような伝送線路1の材料特性を求めることを考える。こ
の場合には、図11(b)に示すように伝送線路1を長
さ方向に3分割し、要素数3の有限要素解析を行う。
FIG. 11A shows a transmission line 1 having a length of 2 m.
A medium in which (for example, two bare copper wires arranged in parallel) has an electrical loss (for example, in the ground, the loss is 0.5 s / m)
It is shown in the state of being placed in. A voltage of 1V is applied to one end of the transmission line 1 and the other end is open. Then, it is considered to obtain material characteristics of the transmission line 1 so that the node voltage on the transmission line 1 has a desired value. In this case, as shown in FIG. 11B, the transmission line 1 is divided into three parts in the length direction, and a finite element analysis with three elements is performed.

【0065】なお、上記文献には、伝送線路1の寸法や
抵抗率および媒質の導電率など伝送線路を規定するパラ
メータを数値で与え、有限要素法によって、3つの要素
の両端の節点電圧V1 ,V2 ,V3 を求める例が示され
ているが、本実施例では、節点電圧V1 ,V2 ,V3
所望の値になるような伝送線路1の材料特性を得ること
を考える。
In the above literature, parameters that define the transmission line such as the size and resistivity of the transmission line 1 and the conductivity of the medium are given as numerical values, and the node voltage V 1 across the three elements is calculated by the finite element method. , V 2 and V 3 are shown, this embodiment considers obtaining material characteristics of the transmission line 1 such that the node voltages V 1 , V 2 and V 3 have desired values. .

【0066】まず、各要素の抵抗率をr1 ,r2 ,r3
と記号で表す。他のパラメータ、例えば各要素の長さや
媒質の導電率などは数値で表現される。そして、有限要
素法によって節点電圧V1 ,V2 ,V3 を算出する。こ
こで、計算結果は、(5)式に示すように、各要素の抵
抗率r1 ,r2 ,r3 の関数として表される。
First, the resistivity of each element is set to r 1 , r 2 , r 3
And symbol. Other parameters, such as the length of each element and the conductivity of the medium, are expressed numerically. Then, the node voltages V 1 , V 2 , and V 3 are calculated by the finite element method. Here, the calculation result is expressed as a function of the resistivities r 1 , r 2 and r 3 of each element as shown in the equation (5).

【0067】 V1 =( 9r1 −0.333333r1 2−0.333333r1 3 +0.0123457 r1 23 )・( 3r3 −0.111111r2 3 ) /(−27r1 3 − 2r1 23 −14r1 2 3 −0.703704r1 22 3 − 8r1 3 2 −0.259259r1 23 2−1.14815 r1 2 3 2 −0.0356653 r1 22 3 2) V2 =( 9r1 +0.666667r1 2−0.333333r1 3 −0.0246914 r1 23 )・( 3r3 −0.111111r2 3 ) /(−27r1 3 − 2r1 23 −14r1 2 3 −0.703704r1 22 3 − 8r1 3 2 −0.259259r1 23 2−1.14815 r1 2 3 2 −0.0356653 r1 22 3 2) V3 =( 9r1 +0.666667r1 2−2.66667 r1 3 +0.0864198 r1 23 )・( 3r3 −0.111111r2 3 ) /(−27r1 3 − 2r1 23 −14r1 2 3 −0.703704r1 22 3 − 8r1 3 2 −0.259259r1 23 2−1.14815 r1 2 3 2 −0.0356653 r1 22 3 2) ・・・・・・(5)V 1 = (9r 1 −0.333333r 1 2 −0.333333r 1 r 3 +0.0123457 r 1 2 r 3 ) · (3r 3 −0.111111r 2 r 3 ) / (− 27r 1 r 3 −2r 1 2 r 3 -14 r 1 r 2 r 3 −0.703704r 1 2 r 2 r 3 −8 r 1 r 3 2 −0.259259r 1 2 r 3 2 −1.14815 r 1 r 2 r 3 2 −0.0356653 r 1 2 r 2 r 3 2 ) V 2 = (9r 1 + 0.666667r 1 2 −0.333333r 1 r 3 −0.0246914 r 1 2 r 3 ) · (3r 3 −0.111111r 2 r 3 ) / (− 27r 1 r 3 −2r 1 2 r 3 -14r 1 r 2 r 3 -0.703704r 1 2 r 2 r 3 - 8r 1 r 3 2 -0.259259r 1 2 r 3 2 -1.14815 r 1 r 2 r 3 2 -0.0356653 r 1 2 r 2 r 3 2) V 3 = (9r 1 + 0.666667r 1 2 -2.66667 r 1 r 3 +0.0864198 r 1 2 r 3) · (3r 3 -0.111111r 2 r 3) / (- 27r 1 r 3 - 2r 1 2 r 3 -14 r 1 r 2 r 3 -0.703704r 1 2 r 2 r 3 -8 r 1 r 3 2 -0.259259r 1 2 r 3 2 -1.14815 r 1 r 2 r 3 2 −0.0356653 r 1 2 r 2 r 3 2 ) ··· (5)

【0068】なお、(5)式を求める際に、具体的に
は、記号演算を実行しうるマシマティカ言語を用いてコ
ーディングし、計算機によって記号計算を行った。ま
た、フォートランなどには記号演算の機能がないので、
それを使用することはできない。
When obtaining the equation (5), specifically, coding was performed by using the Mamatica language capable of executing symbol operation, and symbol calculation was performed by a computer. Also, because there is no symbolic operation function such as Fortran,
You can't use it.

【0069】例えば、所望の値として、V1 =0.2
V,V2 =0.4V,V3 =0.9Vが選択された場合
には、(5)式にそれらの値を代入して得られる3元連
立方程式を解けばよい。よって、本実施例は、図2のフ
ローチャートによる処理の一例である。この場合、この
方程式は非線形であり、よく知られているニュートン法
などを用いて解くことができる。マシマティカ言語に用
意されているニュートン法を用いて解くと、2秒程度で
以下の解答が得られる(アップルコンピュータ社のマッ
キントッシュを用いた場合)。
For example, as a desired value, V 1 = 0.2
When V, V 2 = 0.4V and V 3 = 0.9V are selected, the ternary simultaneous equations obtained by substituting those values into the equation (5) may be solved. Therefore, the present embodiment is an example of the process according to the flowchart of FIG. In this case, this equation is non-linear and can be solved using the well-known Newton method or the like. Solving using the Newton's method provided in the Mathematica language gives the following solution in about 2 seconds (using Apple Computer's Macintosh).

【0070】r1 =6.75Ω/m r2 =0.317647Ω/m r3 =3.85714Ω/mR 1 = 6.75 Ω / m r 2 = 0.317647 Ω / m r 3 = 3.85714 Ω / m

【0071】このように、所望の電圧値を実現するパラ
メータが容易に決定される。つまり、設計目標値を与え
れば、直ちに材料特性分布が得られる。
In this way, the parameter that realizes the desired voltage value is easily determined. In other words, if the design target value is given, the material characteristic distribution can be obtained immediately.

【0072】なお、ここでは、説明を容易にするための
1次元のモデルを用いて要素数を3としたが、要素数を
増やして精度を上げることもできる。また、2次元や3
次元のモデルについても、本実施例による方法は適用可
能である(なお、以下の実施例についても同様なことが
言える)。すなわち、任意の対象について、任意の機能
分布特性を実現するための、複雑な材料特性分布を決定
するという物体の設計手段を、この発明は提供すること
ができる。
Although the number of elements is set to 3 by using a one-dimensional model for ease of explanation, the number of elements can be increased to improve accuracy. Also, two-dimensional and three
The method according to the present embodiment can be applied to the dimensional model (the same applies to the following embodiments). That is, the present invention can provide an object design means for determining a complicated material characteristic distribution for realizing an arbitrary function distribution characteristic for an arbitrary object.

【0073】実施例2.第1の実施例では、有限要素法
によって得られた(5)式における節点電圧V1
2 ,V3 を、所望の値と等値として抵抗率r1
2 ,r3 を決定したが、本実施例では、残差の2乗和
を最小とする抵抗率r1 ,r2 ,r3 の値を求める。よ
って、この実施例は、図3のフローチャートによる処理
の一例である。各節点電圧V1 ,V2 ,V3 と所望の値
との残差の2乗和は、次の(6)式で表される。
Example 2. In the first embodiment, the node voltage V 1 in the equation (5) obtained by the finite element method,
Let V 2 and V 3 be equivalent to the desired values, and the resistivity r 1 ,
Although r 2 and r 3 are determined, in this embodiment, the values of the resistivities r 1 , r 2 and r 3 that minimize the sum of squared residuals are obtained. Therefore, this embodiment is an example of the process according to the flowchart of FIG. The sum of squares of the residuals of the node voltages V 1 , V 2 , V 3 and the desired value is expressed by the following equation (6).

【0074】 ε=(V1 −0.2)2 +(V2 −0.4)2 +(V3 −0.9) ・・・・・・(6)Ε = (V 1 −0.2) 2 + (V 2 −0.4) 2 + (V 3 −0.9) 2 (6)

【0075】この(6)式に(5)式で表される節点電
圧V,V2 ,V3 を代入し、εを最小とする抵抗率
1 ,r2 ,r3 の値を求める。例えば、よく知られて
いる最急降下法(最小値となっている関数の谷底を探す
には、常に関数の勾配が最も急になっている方向に降下
すればよいという方法)でεの最小値を定めることがで
きる。最急降下法によって、抵抗率r1 ,r2 ,r3
値として、以下の値が得られた。
By substituting the node voltages V 1 , V 2 and V 3 represented by the equation (5) into the equation (6), the values of the resistivities r 1 , r 2 and r 3 which minimize ε are obtained. . For example, the well-known steepest descent method (to find the valley bottom of a function that has the minimum value, always descend in the direction in which the function has the steepest gradient) is the minimum value of ε. Can be determined. By the steepest descent method, the following values were obtained as the values of the resistivities r 1 , r 2 and r 3 .

【0076】r1 =6.78157Ω/m r2 =0.317731Ω/m r3 =3.85387Ω/mR 1 = 6.78157 Ω / m r 2 = 0.317731 Ω / m r 3 = 3.85387 Ω / m

【0077】また、既に述べたように、εの最小値を求
めるために、(6)式をr1 ,r2,r3 でそれぞれ偏
微分し、得られた値を0として方程式を立てる方法があ
る。この場合には、得られる式は以下の(7)式であ
る。
Further, as already described, in order to obtain the minimum value of ε, the method of partially differentiating the equation (6) by r 1 , r 2 and r 3 and setting the obtained value as 0 to formulate the equation There is. In this case, the obtained formula is the following formula (7).

【0078】[0078]

【数5】 [Equation 5]

【0079】すなわち、(6)式に(5)式で表わされ
る節点電圧V1 ,V2 ,V3 を代入し、その結果得られ
た式に(7)式を適用すると、3元連立方程式が得られ
る。その方程式は非線形であり、ニュートン法などで解
くことができる。V1 =0.255984V、V2
0.31742V、V3 =0.531Vを所望の値とし
て、マシマティカ言語に用意されているニュートン法を
用いて解くと、以下の解答が得られた。
That is, by substituting the node voltages V 1 , V 2 and V 3 represented by the equation (5) into the equation (6), and applying the equation (7) to the resulting equation, the three-dimensional simultaneous equations are expressed. Is obtained. The equation is non-linear and can be solved by Newton's method. V 1 = 0.255594V, V 2 =
When the Newton method prepared in the Mashimatika language was used to solve with 0.31742V and V 3 = 0.531V as desired values, the following solution was obtained.

【0080】r1 =2.0Ω/m r2 =2.00127Ω/m r3 =1.99811Ω/mR 1 = 2.0 Ω / m r 2 = 2.00127 Ω / m r 3 = 1.99811 Ω / m

【0081】実施例3.図12はラプラス方程式で現象
が表現される長方形領域における境界値問題の一例を示
したものである。つまり、点Pにおけるポテンシャルを
所望の値にするために、寸法cを決めることを考える。
また、他の一辺の長さを1mとする。境界条件として、
向かい合う2辺のポテンシャルがu=1,u=0として
与えられ、他の2辺について、境界線に対する法線方向
のポテンシャルの変化率0(ポテンシャルの等高線は境
界線に垂直である)が与えられる。なお、11〜14は
節点を示し、節点の近傍のかっこの数値は座標値であ
る。
Example 3. FIG. 12 shows an example of a boundary value problem in a rectangular area in which a phenomenon is expressed by the Laplace equation. That is, it is considered to determine the dimension c in order to set the potential at the point P to a desired value.
The length of the other side is 1 m. As a boundary condition,
The potentials of the two opposite sides are given as u = 1 and u = 0, and the rate of change of the potential in the direction normal to the boundary line is 0 (the potential contour line is perpendicular to the boundary line) for the other two sides. . It should be noted that 11 to 14 indicate nodes, and the numerical values in parentheses near the nodes are coordinate values.

【0082】図12に示す問題に対応した具体的な例と
して、図13に示す熱伝導問題がある。これは例えばマ
イコンによる境界要素解析(昭和61年培風館)p.6
3に記載されている。この熱伝導問題は、互いに異なる
温度を有する平行配置された2枚の壁2a,2bを考え
(例えば、左壁の外部表面温度500℃、右壁の外部表
面温度0℃)、間隙空間(領域(3))の温度ポテンシ
ャルを考える問題である。
As a specific example corresponding to the problem shown in FIG. 12, there is a heat conduction problem shown in FIG. This is, for example, boundary element analysis by microcomputer (Baifukan, 1986) p. 6
3 are described. This heat conduction problem considers two parallelly arranged walls 2a and 2b having different temperatures (for example, the outer surface temperature of the left wall is 500 ° C. and the outer surface temperature of the right wall is 0 ° C.), and the gap space (region This is a problem of considering the temperature potential of (3).

【0083】他の例として、図14に示すような、平行
平板電極4a,4b間に電圧を印加したときの内部電位
を求める問題がある。平行平板電極4a,4bの中心近
くでは等電位線は、平行平板電極4a,4bに平行にな
るので、仮想的な境界6を設ければ、この問題は図12
に示すようなモデルにモデル化される。
As another example, as shown in FIG. 14, there is a problem of obtaining the internal potential when a voltage is applied between the parallel plate electrodes 4a and 4b. Near the centers of the parallel plate electrodes 4a and 4b, the equipotential lines are parallel to the parallel plate electrodes 4a and 4b. Therefore, if a virtual boundary 6 is provided, this problem will occur.
The model is modeled as shown in.

【0084】図12における点Pのポテンシャルが所望
の値になるような寸法cを、図2のフローチャートによ
る処理によって決定することを考える。この場合には、
変数パラメータは寸法cである。そして、点Pのポテン
シャルを境界要素法を用いて求める。境界要素法による
解析によって、点Pのポテンシャルは、寸法cの関数と
して与えられる。
It is considered that the dimension c such that the potential of the point P in FIG. 12 becomes a desired value is determined by the processing according to the flowchart of FIG. In this case,
The variable parameter is the dimension c. Then, the potential at the point P is obtained using the boundary element method. By the analysis by the boundary element method, the potential of the point P is given as a function of the dimension c.

【0085】例えば、点Pのポテンシャルを0.5とす
る場合には、寸法cの関数と0.5とを等値して方程式
を立てる。そして、その方程式を解くと、c=0.99
8469が得られた。
For example, when the potential at the point P is set to 0.5, the function of the dimension c and 0.5 are set equal to each other to establish an equation. Then, when the equation is solved, c = 0.99
8469 was obtained.

【0086】また、点Pのポテンシャルが寸法cの関数
として与えられるので、図15に示すような点Pのポテ
ンシャル(u(0.5,0.5))対寸法cの特性図を
得るのも容易である。従来の数値演算による方法では、
寸法cを具体的な数値とした上で、境界要素法によって
点Pのポテンシャルを求めていた。そして、寸法cの数
値を変化させて再び境界要素法によって点Pのポテンシ
ャルを求める。その処理を繰り返して図15に示す特性
を得ていた。
Further, since the potential of the point P is given as a function of the dimension c, the characteristic diagram of the potential (u (0.5,0.5)) of the point P versus the dimension c as shown in FIG. 15 can be obtained. Is also easy. In the conventional numerical calculation method,
The potential at the point P was calculated by the boundary element method after the dimension c was set to a specific numerical value. Then, the numerical value of the dimension c is changed and the potential of the point P is obtained again by the boundary element method. By repeating the processing, the characteristics shown in FIG. 15 were obtained.

【0087】特に、この特性が複雑に変化するときに
は、寸法cの種々の数値を定める際に数値の刻み幅を適
切に選ぶことは難しい。しかし、本実施例によれば、点
Pのポテンシャルが寸法cの関数で表されるから、容易
にその特性を得ることができる。また、微分係数など
も、関数を解析的に微分して得ることができ、ポテンシ
ャルの変化の様子を正確に把握することができる。
In particular, when this characteristic changes in a complicated manner, it is difficult to properly select the step size of the numerical value when determining various numerical values of the dimension c. However, according to the present embodiment, the potential at the point P is represented by a function of the dimension c, so that the characteristic can be easily obtained. Also, the differential coefficient and the like can be obtained by analytically differentiating the function, and the state of the potential change can be accurately grasped.

【0088】実施例4.図16は、円板状導電体モデル
を示したものである。このモデルは、例えば現代電気系
有限要素法(オーム社)P.5 に記載されている。図16
(a)に示すように、2点のそれぞれに+100V、−
100Vの電圧が印加されている。なお、図16(a)
に示されたものは対称性を有しているので、解析に際し
て、第1象限の部分のみを対象とすることができる。そ
こで、図16(b)に示すように第1象限の部分を解析
対象とし、その部分を7つの要素に分割する。
Example 4. FIG. 16 shows a disk-shaped conductor model. This model is described in, for example, Hyundai Electric Finite Element Method (Ohm) P.5. FIG.
As shown in (a), + 100V,-
A voltage of 100V is applied. Note that FIG.
Since the one shown in (1) has symmetry, only the portion of the first quadrant can be targeted in the analysis. Therefore, as shown in FIG. 16B, the part in the first quadrant is set as an analysis target, and the part is divided into seven elements.

【0089】各節点21〜28の座標は、図16(c)
に示すようになっている。すなわち、ここでは、節点2
2のx座標を変数パラメータdとする。そして、節点2
3の電圧が所望の値となるようなdを、図2のフローチ
ャートによる方法を用いて決定することを考える(すな
わち、円板形状をどの程度歪ませるか定めることにな
る)。
The coordinates of the nodes 21 to 28 are shown in FIG.
As shown in. That is, here, node 2
Let the x coordinate of 2 be the variable parameter d. And node 2
Consider determining d such that the voltage of 3 becomes a desired value by using the method according to the flowchart of FIG. 2 (that is, how much the disc shape is distorted will be determined).

【0090】有限要素法によって、節点23の電圧は、
変数パラメータdの関数として表される。また、節点2
3の所望の電圧を40.767Vとする。そして、関数
と40.767Vとを等値として方程式を得、その方程
式を解くと、d=4.5cmを得た。また、節点23の電
圧が変数パラメータdの関数として表されているので、
容易に図17に示す特性図を得ることができる。
By the finite element method, the voltage at the node 23 is
It is represented as a function of the variable parameter d. Also, node 2
The desired voltage of 3 is 40.767V. Then, an equation was obtained with the function and 40.767 V as equal values, and when the equation was solved, d = 4.5 cm was obtained. Also, since the voltage at the node 23 is represented as a function of the variable parameter d,
The characteristic diagram shown in FIG. 17 can be easily obtained.

【0091】実施例5.図16(b)に示すモデルにお
いて、節点23の電圧と節点24の電圧とが所望の値と
なる変数パラメータdの値を、図3のフローチャートに
よる方法を用いて求めることを考える。有限要素法によ
って、節点23の電圧V3 と節点24の電圧V4 とは、
変数パラメータdの関数として与えられる。また、節点
23の所望の電圧を40.7V、節点24の所望の電圧
を27.3Vとする。すると、残差の2乗和は、次の
(8)式で与えられる。
Example 5. In the model shown in FIG. 16B, it is considered that the value of the variable parameter d at which the voltage at the node 23 and the voltage at the node 24 have desired values is obtained using the method according to the flowchart of FIG. According to the finite element method, the voltage V 3 at the node 23 and the voltage V 4 at the node 24 are
It is given as a function of the variable parameter d. The desired voltage at node 23 is 40.7V and the desired voltage at node 24 is 27.3V. Then, the sum of squares of the residuals is given by the following equation (8).

【0092】 ε=(V3 −40.7)2 +(V4 −27.3)2 ・・・・・(8)Ε = (V 3 −40.7) 2 + (V 4 −27.3) 2 (8)

【0093】このεを最小にするdを求めると、d=
4.49345を得る。また、(8)式をdで微分した
ものを0として得た方程式を解いても同一の結果が得ら
れた。なお、図18は、変数パラメータdに対する
3 ,V4 およびεの特性を示したものである。V3
4 およびεは、いずれもdの関数として表されている
ので、容易に各特性を得ることができる。
When d that minimizes ε is obtained, d =
Obtaining 4.49345. Further, the same result was obtained by solving the equation obtained by setting 0 as the value obtained by differentiating the equation (8) by d. Note that FIG. 18 shows the characteristics of V 3 , V 4 and ε with respect to the variable parameter d. V 3 ,
Since V 4 and ε are both expressed as a function of d, each characteristic can be easily obtained.

【0094】以上の各実施例は電気分野に関するもので
あるが、本発明は、流体工学の分野においても適用可能
である。図19はマーセル デッカー社刊 ホワット
エブリ エンジニア シュッド ノウ アバウト ファ
イナイト エレメント アナリシス(What Every Engin
eer Should Know About Finite Element Analysis ,Ma
rcel Dekker, 1988 )P.192 に記載された自動車周囲の
空気の流れの解析例を示したものである。
Although each of the above embodiments relates to the electrical field, the present invention is also applicable to the field of fluid engineering. Figure 19 What's published by Marcel Decker
Every Engineer Sud Know About Finenight Element Analysis (What Every Engin
eer Should Know About Finite Element Analysis, Ma
rcel Dekker, 1988) P.192 shows an example of analysis of air flow around a vehicle.

【0095】図において、31は自動車、32は周囲の
空気を示している。図19(b)の各網の内部は分割さ
れた各要素である。また、図19(c)は空気の流れを
示したものであり、図19(d)は速度ベクトル分布図
である。本発明によれば、図19(b)に示すように要
素分割を行い、かつ、自動車31の形状を変数パラメー
タとした上で、有限要素法を用いて方程式を立て、さら
に、その方程式について解析を行えば、空気の流れを最
も妨げないような自動車31の外形形状を設計すること
が可能である。
In the figure, 31 is an automobile and 32 is the ambient air. The inside of each network in FIG. 19B is each divided element. Further, FIG. 19 (c) shows the flow of air, and FIG. 19 (d) is a velocity vector distribution diagram. According to the present invention, element division is performed as shown in FIG. 19 (b), the shape of the automobile 31 is used as a variable parameter, an equation is established using the finite element method, and the equation is analyzed. By doing so, it is possible to design the outer shape of the automobile 31 that does not most hinder the flow of air.

【0096】また、この発明は、機械工学の分野におい
ても適用可能である。図20は、マグロウヒル社刊 ザ
ファイナイト エレメント メソッド( The Finite
Element Method. 4th edition, McGraw-Hill, 1989)P.
269 に記載された中空金属シャフトをねじ切ったときに
生ずる金属内部の応力分布の解析例を示したものであ
る。
The present invention is also applicable in the field of mechanical engineering. Figure 20 shows The Finite Element Method published by McGraw-Hill
Element Method. 4th edition, McGraw-Hill, 1989) P.
This is an analysis example of the stress distribution inside the metal that occurs when the hollow metal shaft described in 269 is threaded.

【0097】図において、41a,41bはそれぞれ互
いに異なる金属である。また、図20(a)は中空金属
シャフトを示す斜視図、図20(b)は中空金属シャフ
ト内部に設定された各要素を示したものである。なお、
上記文献には各節点における応力値も示されている。こ
の発明によれば、図20(b)に示すように要素分割を
行い、かつ、中空金属シャフトの形状や金属41a,4
1bの物性値などを変数パラメータとした上で、有限要
素法を用いて方程式を立て、さらに、その方程式につい
て解析を行えば、内部に応力の集中が生じないようなシ
ャフト形状や材料物性値の設計を行うことが可能であ
る。
In the figure, 41a and 41b are respectively different metals. Further, FIG. 20 (a) is a perspective view showing the hollow metal shaft, and FIG. 20 (b) shows each element set inside the hollow metal shaft. In addition,
The stress value at each node is also shown in the above literature. According to the present invention, the element is divided as shown in FIG. 20 (b), and the shape of the hollow metal shaft and the metal 41a, 4a are formed.
1b is used as a variable parameter, an equation is set up using the finite element method, and the equation is analyzed. It is possible to design.

【0098】実施例6.次に、物体について得られた測
定値から物体の内部状態を推定する方法の実施例を説明
する。ここでは、図21に示す正方形の導電体モデルを
用いて、インピーダンスCT問題について説明する。図
21に示すように、導電体内部が8つの要素に分割され
た場合を考える。図において、51〜59はそれぞれ節
点を示し、節点近傍のかっこ内の数値は座標値である。
Example 6. Next, an example of a method of estimating the internal state of the object from the measurement value obtained for the object will be described. Here, the impedance CT problem will be described using the square conductor model shown in FIG. Consider the case where the inside of the conductor is divided into eight elements as shown in FIG. In the figure, reference numerals 51 to 59 indicate nodes, and the numerical values in parentheses near the nodes are coordinate values.

【0099】この場合には、導電率分布が未知である正
方形の導電体に外部から電圧を印加し、導電体表面の電
圧分布を測定する。そして、図5のフローチャートによ
る方法を用いて、測定値から導電体分布を推定する。各
節点51〜59の電圧をV1,…V9 とし、各要素の導
電率をσ1 ,…σ8 とする。また、正方形の各辺の長さ
を2mとする。
In this case, a voltage is externally applied to a square conductor whose conductivity distribution is unknown, and the voltage distribution on the conductor surface is measured. Then, the conductor distribution is estimated from the measured values by using the method according to the flowchart of FIG. The voltages at the nodes 51 to 59 are V 1 , ... V 9, and the conductivity of each element is σ 1 , ... σ 8 . The length of each side of the square is 2 m.

【0100】導電体表面上の8つの節点51〜54,5
6〜59のうちの2点に電圧を印加すると、他の6節点
の電圧は測定可能である。そして、有限要素法を用い
て、それらの6節点を導電率σ1 〜σ8 の関数として表
わした式を得る。すなわち、導電率σ1 〜σ8 が変数パ
ラメータである。そして、それらの式と6節点の電圧の
実測値とを用いて、残差の2乗和を作成し、その2乗和
が最小となるような導電率σ1 〜σ8 の値を求めれば、
それらの値が導電率の推定値を与える。
Eight nodes 51 to 54,5 on the surface of the conductor
When a voltage is applied to two points of 6 to 59, the voltages of the other 6 nodes can be measured. Then, using the finite element method, an equation expressing those six nodes as a function of the conductivity σ 1 to σ 8 is obtained. That is, the conductivity σ 1 to σ 8 is a variable parameter. Then, using these equations and the measured values of the voltages at the six nodes, the residual sum of squares is created, and the values of the conductivity σ 1 to σ 8 are calculated so that the sum of squares is minimized. ,
Those values give an estimate of the conductivity.

【0101】例えば、節点52に1Vを与え、節点58
を0Vとした場合を考える。なお、計算を簡単にするた
めに、導電率σ1 〜σ8 のうちσ4 〜σ8 は既知の値で
あるとした。また、電圧の測定値を、シミュレーション
計算で作成した。つまり、あらかじめ、σ1 =0.1s
/m、σ2 〜σ8 を1.0s/mとしたときの各節点電
圧を通常の有限要素法(従来の方法)で求め、それらの
節点電圧を電圧測定値として用いることとした。
For example, 1 V is applied to the node 52, and the node 58
Consider the case where is set to 0V. In order to simplify the calculation, it is assumed that σ 4 to σ 8 of the conductivity σ 1 to σ 8 are known values. Moreover, the measured value of voltage was created by simulation calculation. That is, σ 1 = 0.1 s in advance
/ M and σ 2 to σ 8 are set to 1.0 s / m, the respective node voltages are determined by a normal finite element method (conventional method), and the node voltages are used as voltage measurement values.

【0102】そして、この場合には、3つの導電率σ1
〜σ3 を変数とする節点電圧を示す式が得られる。そし
て、それらの式によって示される各節点電圧と上述した
電圧測定値との残差の2乗和を求める。この2乗和は、
未知変数としてσ1 〜σ3 を含むので、その2乗和が最
小となるようなσ1 〜σ3 の値を求める。そのようにし
て、以下の値が求められた。
In this case, the three conductivity σ 1
An equation showing the node voltage with σ 3 as a variable is obtained. Then, the sum of squares of the residuals between the node voltages indicated by these equations and the above-mentioned voltage measurement values is obtained. This sum of squares is
Because it contains a σ 13 as unknown variables, determine the value of such σ 13 Part square sum is minimized. In that way the following values were determined:

【0103】σ1 =0.0927542S/m σ2 =1.03182S/m σ3 =0.971097S/mΣ 1 = 0.0927542 S / m σ 2 = 1.03182 S / m σ 3 = 0.971097 S / m

【0104】なお、この実施例6では、図5のフローチ
ャートによる方法を用いて、すなわち残差の2乗和を最
小とする方法を用いた場合について説明したが、図4の
フローチャートによる方法を用いることもできる。ただ
し、物体についての測定値(実測値)を用いているた
め、その測定値に測定誤差(雑音など)が含まれる可能
性がある。よって、測定誤差が含まれる可能性が無視で
きないときには、得られた関数と測定値とを等値とする
図4のフローチャートによる方法よりも図5のフローチ
ャートによる方法を用いた方がよい。このことは、一般
に、計測データを処理するときに、最小2乗法を用いて
特性を調べる方法がよく採用されることからも理解され
る。
In the sixth embodiment, the method according to the flowchart of FIG. 5 is used, that is, the method of minimizing the sum of squares of the residuals is used. However, the method according to the flowchart of FIG. 4 is used. You can also However, since the measured value (actual measured value) of the object is used, the measured value may include a measurement error (noise or the like). Therefore, when the possibility that a measurement error is included cannot be ignored, it is preferable to use the method according to the flowchart of FIG. 5 rather than the method according to the flowchart of FIG. 4 in which the obtained function and the measured value are made equal. This is also understood from the fact that the method of investigating the characteristics by using the least square method is generally adopted when processing the measurement data.

【0105】なお、以上の図21に関する説明は測定デ
ータを用いて内部状態を推定する場合であったが、より
一般的にはx線CT・電気インピーダンスCTなどで代
表される断層像などの内部の像の取得、構造診断にも使
える。さらに、原子炉冷却パイプや各種構造物の劣化診
断・非破壊検査などにも使える。また、図21の表面電
位をある制御目標に近づけるために、内部状態(すなわ
ち、この場合は導電率分布)を制御する場合にも同様に
使用できる。
The above description with reference to FIG. 21 has been made on the assumption that the internal state is estimated using the measurement data, but more generally, the internal state of a tomographic image represented by x-ray CT, electrical impedance CT, etc. It can also be used for obtaining images of the body and for structural diagnosis. It can also be used for deterioration diagnosis and non-destructive inspection of reactor cooling pipes and various structures. Further, it can be similarly used for controlling the internal state (that is, the conductivity distribution in this case) in order to bring the surface potential of FIG. 21 close to a certain control target.

【0106】以上まとめるとこの発明は対象システムを
制御または決定・推定する方法およびその装置に関する
ものである。対象システムの制御に関して補足説明する
と、例えば化学反応などを利用したプラントの制御など
が挙げられる。たとえば、この場合反応炉壁の温度・内
部圧力を測定して、内部の温度分布推定・制御が考えら
れる。図22はそのような適用例を示す概念図であり、
図において、61は反応炉、61はその内壁であり、6
3はこの内壁62に配置された温度センサ、64は反応
炉61内に配置された圧力センサである。具体的には、
すでに説明した有限要素法・境界要素法などを用いて反
応炉システムの計算を行なえばよい。
In summary, the present invention relates to a method and device for controlling or determining / estimating a target system. A supplementary explanation of the control of the target system is, for example, control of a plant using a chemical reaction or the like. For example, in this case, the temperature and internal pressure of the reactor wall may be measured to estimate and control the internal temperature distribution. FIG. 22 is a conceptual diagram showing such an application example.
In the figure, 61 is a reaction furnace, 61 is its inner wall, and 6
3 is a temperature sensor arranged on the inner wall 62, and 64 is a pressure sensor arranged in the reaction furnace 61. In particular,
The reactor system may be calculated using the finite element method, the boundary element method, etc., which have already been described.

【0107】次に、対象システムの決定に関して補足説
明すると、例えば電磁石システムを始めとする各種電磁
機器の最適設計が考えられる。この場合は、電磁石の発
生する磁界分布を与えて、磁石の形状を最適設計する。
また、最近問題になっている電磁雑音の遮蔽方法・遮蔽
体の設計にも応用できる。図23はそのような適用例を
示す概念図であり、図において、65は電磁雑音の発生
源であり、66は電磁雑音の発生源65の周囲をとり囲
むように配置された遮蔽体、67はこの遮蔽体66にあ
けられた冷却用の穴である。この場合には、例えば発生
している雑音の強度分布を測定して、電磁雑音の発生源
65の電流分布を推定し、これに基づいて遮蔽体の構造
を決定する。例えば図23のように、遮蔽体66の内部
を冷却するための穴67をどこにあければよいかなど、
遮蔽体66の構造を決定できる。
Next, a supplementary explanation will be given regarding the determination of the target system. For example, the optimum design of various electromagnetic devices such as an electromagnet system can be considered. In this case, the magnetic field distribution generated by the electromagnet is given to optimally design the shape of the magnet.
Further, it can be applied to a method of shielding electromagnetic noise and a design of a shield, which have recently become a problem. FIG. 23 is a conceptual diagram showing such an application example, in which 65 is an electromagnetic noise source, 66 is a shield arranged so as to surround the electromagnetic noise source 65, and 67. Is a cooling hole formed in the shield 66. In this case, for example, the intensity distribution of the generated noise is measured, the current distribution of the electromagnetic noise generation source 65 is estimated, and the structure of the shield is determined based on this. For example, as shown in FIG. 23, where should the hole 67 for cooling the inside of the shield 66 be located?
The structure of the shield 66 can be determined.

【0108】なお、図22および図23に示した適用例
は、一般的には図24に示すプロセス装置の制御または
決定と考えることができる。図において、71はそのプ
ロセス装置であり、72はこのプロセス装置71の所定
のポイントに配置されたセンサ、73はこのセンサ72
の出力データを処理するデータ処理部である。74はこ
のデータ処理部73の処理結果に基づいて、プロセス装
置71の内部状態量を推定する内部状態量推定部であ
り、75は推定された内部状態量によってプロセス量の
最適化をはかるプロセス量最適化部、76はこのプロセ
ス量最適化部75の出力に従って、プロセス装置71の
プロセス量を制御するプロセス量制御部である。
The application examples shown in FIGS. 22 and 23 can be generally regarded as control or determination of the process device shown in FIG. In the figure, 71 is the process device, 72 is a sensor arranged at a predetermined point of the process device 71, and 73 is the sensor 72.
Is a data processing unit that processes the output data of Reference numeral 74 is an internal state quantity estimation unit that estimates the internal state quantity of the process device 71 based on the processing result of the data processing unit 73, and 75 is a process quantity that optimizes the process quantity based on the estimated internal state quantity. The optimization unit 76 is a process amount control unit that controls the process amount of the process device 71 according to the output of the process amount optimization unit 75.

【0109】さらに、この発明の方法を実現するための
装置としては、例えば、複数のエンジニアリング・ワー
クステーション(EWS)を計算機ネットワーク接続
し、そのメモリにストアされたプログラムにて、図6〜
図9に示した各手段を実現することによって得られる。
また、図26に示すように、複数のEWS81を大型計
算機などと階層化構造にしてネットワーク化することな
どにより、計算機の効率よい利用を図ることができる。
Further, as an apparatus for implementing the method of the present invention, for example, a plurality of engineering workstations (EWSs) are connected to a computer network, and a program stored in the memory is used to store the programs shown in FIG.
It can be obtained by implementing the respective means shown in FIG.
Further, as shown in FIG. 26, by using a plurality of EWS 81 and a large-scale computer in a hierarchical structure to form a network, it is possible to efficiently use the computer.

【0110】以上の各実施例の優位性は、以下のように
説明できる。例えば、対象の全体寸法を変数xで表現
し、各要素の寸法もxを用いて表現する。図26(a)
には、それぞれの寸法をx/3とした3つの寸法要素を
含む例が示されている。従来の場合のように、寸法固定
部分を含む対象の全体寸法yを求めるような方法(図2
6(b)参照)では、y>1でなければならず、また、
yが1に近づくにつれて斜線が施された要素においてつ
ぶれが発生する。ところが、図26(a)で説明される
方法によれば、x>0とできより大きく寸法を変化させ
ることができる。すなわち、各要素を同率で伸縮させる
ことができる。つまり、設計に本発明を適用すると、設
計しうる寸法範囲を拡大することができる。
The superiority of each of the above embodiments can be explained as follows. For example, the overall size of the target is represented by a variable x, and the size of each element is also represented by x. FIG. 26 (a)
Shows an example including three dimension elements each of which has a dimension of x / 3. As in the conventional case, a method for obtaining the overall dimension y of the target including the dimensionally fixed portion (see FIG. 2).
6 (b)), y> 1 must be satisfied, and
As y approaches 1, collapse occurs in the shaded elements. However, according to the method described with reference to FIG. 26A, x> 0 and the size can be changed more greatly. That is, each element can be expanded and contracted at the same rate. That is, when the present invention is applied to the design, the dimensional range that can be designed can be expanded.

【0111】次に、行列方程式を解く場合における近似
計算による高速化について説明する。以上説明した実施
例については特願平3−329699号の出願において
すでに説明したことであり、記号演算を用いれば、記号
要素を含む行列方程式を解くことができるが、行列のサ
イズが大きくなると、計算時間が著しく増大してくる。
Next, speeding up by approximation calculation when solving a matrix equation will be described. The embodiment described above has already been described in the application of Japanese Patent Application No. 3-329699, and the matrix equation including the symbol elements can be solved by using the symbol operation, but when the size of the matrix becomes large, The calculation time will increase significantly.

【0112】以下に、行列方程式を解く場合に級数展開
を用いて近似解を求めることにより計算時間を大きく低
減することができるという本願発明の特徴的事項につい
て詳細に説明する。例えば、対象システムを記述する2
行2列の行列方程式(9)を考える。
The characteristic feature of the present invention that the calculation time can be greatly reduced by finding an approximate solution using series expansion when solving a matrix equation will be described in detail below. For example, describe the target system 2
Consider the row-by-two matrix equation (9).

【0113】[0113]

【数6】 [Equation 6]

【0114】なお、この行列方程式において、x,yは
機能特性分布を与える変量であり、aは、対象となる物
体の寸法等の対象システムを規定するパラメータ変数で
ある。このとき、まず、級数展開を用いずにこの行列方
程式を解く場合について説明する。記号演算が可能なマ
セマティカ(Mathematica )言語を用いれば、この方程
式は直接コマンドを入力することによって解くことがで
き、解くための計算時間と解は次のように与えられる。
In this matrix equation, x and y are variables giving the functional characteristic distribution, and a is a parameter variable that defines the target system such as the size of the target object. At this time, first, the case of solving this matrix equation without using series expansion will be described. Using the Mathmatica (Mathematica) language, which is capable of symbolic operations, this equation can be solved by directly inputting the command, and the calculation time and the solution to solve are given as follows.

【0115】[0115]

【数7】 [Equation 7]

【0116】この(10)式はマセマティカ言語の実行
結果出力を表示したものであり、「−>」は、数学の等
号「=」を意味し、解x,yがaの関数で表現されてい
る。この式(10)に表示されているように、行列方程
式の計算時間は、約1.47秒であった。なお、計算機
はアップル社のマッキントッシュIIciモデルに加速ボー
ドを追加したものを用いた。
This expression (10) displays the output of the execution result in the Masmatica language, where "->" means the equal sign "=" in mathematics, and the solutions x and y are expressed by a function of a. ing. As shown in this equation (10), the calculation time of the matrix equation was about 1.47 seconds. The computer used was an Apple Macintosh IIci model with an acceleration board added.

【0117】次に、本願発明の特徴である級数展開によ
る近似解法を式(9)に適用した場合について説明す
る。式(10)からもわかるように、解x,yは未知パ
ラメータaの関数表現になっている。そこで、解x,y
を記号パラメータaの級数展開で近似して与え、この展
開式を式(9)に代入する。すなわち、aが定数a0
近傍における式(9)の近似解を求める。以下の説明で
は、a0 =0、の場合を考える。a0 =0、ではない場
合にはa−a0 を新しい変数として近似解を求めること
によって同様に処理することができる。なお、近似式の
次数は要求されている精度に応じて設定する。以下の説
明では、例えば、x,yをaの一次多項式で近似する場
合について説明する。また、この近似が成立するために
は、aが零に近い値であることが必要になる。f11,f
12,f21,f22を定数係数として、以下のようにx,y
を表現する。 x=f11+f12・a , y=f21+f22・a ・・・・・・(11)
Next, a case will be described in which the approximate solution method by series expansion, which is a feature of the present invention, is applied to the equation (9). As can be seen from the equation (10), the solutions x and y are functional expressions of the unknown parameter a. So the solution x, y
Is approximated by a series expansion of the symbol parameter a, and this expansion equation is substituted into the equation (9). That is, an approximate solution of Expression (9) is obtained when a is near the constant a 0 . In the following description, the case of a 0 = 0 will be considered. When a 0 = 0 is not satisfied, similar processing can be performed by obtaining an approximate solution using aa 0 as a new variable. The order of the approximation formula is set according to the required accuracy. In the following description, for example, a case where x and y are approximated by a first-order polynomial of a will be described. Further, in order for this approximation to hold, it is necessary that a be a value close to zero. f 11 , f
With 12 , f 21 and f 22 as constant coefficients, x and y are as follows.
Express x = f 11 + f 12 · a, y = f 21 + f 22 · a (11)

【0118】次に、式(11)を行列方程式(9)に代
入すると次式(12)、(13)を得る。 (f12+f22)a2 +(f11+f21+f22)a+f21−1=0 ・・・・・・(12) (f12+3f22)a2 +(f11+2f12+3f21)a+f11=0 ・・・・・・(13)
Next, by substituting the equation (11) into the matrix equation (9), the following equations (12) and (13) are obtained. (F 12 + f 22) a 2 + (f 11 + f 21 + f 22) a + f 21 -1 = 0 ······ (12) (f 12 + 3f 22) a 2 + (f 11 + 2f 12 + 3f 21) a + f 11 = 0 ... (13)

【0119】次に、式(12)、(13)のaの最高次
の項を無視し(この場合は2次の項、)aの恒等多項式
(以下、恒等式と記す。)として、係数を零とする。こ
れは、aの値にかかわらず等式が成立する条件である。
この例では以下の4つの式を得る。 f11+f21+f22=0 ・・・・・・(14) f21−1=0 ・・・・・・(15) f11+2f12+3f21=0 ・・・・・・(16) f11=0 ・・・・・・(17)
Next, the highest-order term of a in equations (12) and (13) is ignored (in this case, the second-order term), and the coefficient is used as the identity polynomial of a (hereinafter referred to as the identity). Is zero. This is the condition that the equation holds regardless of the value of a.
In this example, the following four expressions are obtained. f 11 + f 21 + f 22 = 0 .................. (14) f 21 -1 = 0 ........ (15) f 11 + 2f 12 + 3f 21 = 0 ........ (16) f 11 = 0 ... (17)

【0120】この結果、未定係数は連立方程式(14)
から(17)を解くことにより求められる。この未定係
数を解く過程においては数値計算で良い。一般に数値計
算は記号を含む計算に比べ、計算が著しく高速であるこ
とが知られている。したがって、これらの未定係数を求
める計算は短時間で行うことができる。なお、aの最高
次の項を無視するのは、未定係数の数と方程式の数を一
致させるためである。上述した例では未知数はf11,f
12,f21,f22の4個であり、式は4つあれば良い。こ
こにも、近似が行われているが、aは零に近い値と考え
ているために、aの最高次の項を無視しても、近似誤差
は小さい。以上は、級数展開する点a=0、として考
えたが、そうでない場合にはa−a をbとおいて、
新しい変数について恒等式を考えれば同様の議論ができ
る。未定係数を求める計算結果を以下に示す。
As a result, the undetermined coefficient is the simultaneous equation (14).
(17) is solved. Numerical calculation may be performed in the process of solving the undetermined coefficient. It is generally known that numerical calculation is significantly faster than calculation including symbols. Therefore, the calculation for obtaining these undetermined coefficients can be performed in a short time. The reason for ignoring the highest-order term of a is to match the number of undetermined coefficients with the number of equations. In the above example, the unknowns are f 11 , f
There are four numbers of 12 , f 21 , and f 22 , and only four equations are required. Although the approximation is performed here as well, since a is considered to be a value close to zero, the approximation error is small even if the highest-order term of a is ignored. The above is considered as the point a 0 = 0 in the series expansion, but if not, set a−a 0 to b,
A similar argument can be made by considering the identity of the new variable. The calculation results for obtaining the undetermined coefficient are shown below.

【0121】[0121]

【数8】 [Equation 8]

【0122】式(18)は、マセマティカ言語による実
行結果出力を表示したものであり、「−>」は、数学の
等号「=」を意味する。また、この式に示されているよ
うに、f11,f12,f21,f22の値が計算される。ま
た、この計算にかかった時間も表示されている。したが
って、式(18)を式(11)に代入することによりx
=−1.5a,y=1−a、を近似解として得た。ま
た、計算時間は、約0.083秒であった。
The expression (18) represents the execution result output in the Mathematica language, and "->" means the mathematical equal sign "=". Further, as shown in this equation, the values of f 11 , f 12 , f 21 , and f 22 are calculated. The time taken for this calculation is also displayed. Therefore, by substituting equation (18) into equation (11), x
= -1.5a, y = 1-a was obtained as an approximate solution. The calculation time was about 0.083 seconds.

【0123】なお、厳密解式(10)をa=0のまわり
で級数展開して、aの一次項まで考慮すると、x=−
1.5a,y=1−a、を得た。よって、上述したよう
な近似解法の妥当性が確認できた。また、近似解法の計
算時間は、従来の約1/20に短縮できた。なお、上述
した例ではaの最高次の項を無視して、aの恒等式を導
き、各係数を零とおくと述べたが一般には未定係数の数
と方程式の数が一致するまで、aの次数の高い項から順
に低い次数まで無視する必要がある。換言すれば、未定
係数の数と方程式の数が一致するまでaの次数の低い項
から順に、それらの項の係数を零とする式を作る必要が
ある。例えば、aの最高次の項と(最高次数−1)次の
項を無視して、未定係数の数と方程式の数が一致すれ
ば、その状態でaの恒等式を導き、各係数を零とおくこ
とになる。なお、行列の各要素がn次項(n=1,2,
3...)を含む場合には、aの最高次の項から(最高
次数−n+1)次の項までを無視して、恒等式を得れ
ば、未定係数の数と方程式の数が一致する。
When the exact solution formula (10) is expanded into a series around a = 0 and the first-order term of a is considered, x = −
1.5a, y = 1-a was obtained. Therefore, the validity of the above-mentioned approximate solution method was confirmed. Further, the calculation time of the approximate solution method can be shortened to about 1/20 that of the conventional method. In the above example, the highest-order term of a is ignored, and the identity of a is derived and each coefficient is set to zero. However, in general, until the number of undetermined coefficients and the number of equations match, It is necessary to disregard the order from the highest order to the lowest order. In other words, until the number of undetermined coefficients and the number of equations match, it is necessary to create an equation in which the coefficients of those terms are zero in order from the terms of low order of a. For example, if the number of undetermined coefficients and the number of equations are the same, ignoring the highest-order term of a and the (highest-order-1) order term, the identity of a is derived in that state, and each coefficient is set to zero. I will leave it. Note that each element of the matrix is an n-th order term (n = 1, 2,
3. . . ) Is included, if the inequality is obtained by ignoring the terms from the highest order of a to the (highest order-n + 1) order, the number of undetermined coefficients and the number of equations match.

【0124】式(9)では行列の各要素が記号aの多項
式表現で与えられている場合を考えた。しかし、各要素
が有理分数関数(分母および分子のそれぞれが多項式表
現されたもの)で与えられるならば、その分数関数の分
母に相当する関数を行列方程式の両辺に乗ずれば良い。
行列の各要素の分数関数の分母が、互いに、異なる場合
には、これらの最小公倍数を行列方程式の両辺に乗ずれ
ば、行列の各要素が多項式表現になる。これらの処理は
有限要素法で一般に必要になる処理である。さらに、行
列の各要素が、多項式でなく無理式となる場合には、各
要素の関数をテーラー級数展開またはマクローリン級数
展開すれば良い。これは、境界要素法やモーメント法で
必要になる処理である。このように多項式に変換する処
理は、行列方程式の右辺のベクトルにおいても必要なこ
とがある。例えば、設計パラメータがベクトルの要素の
分母部分に含まれる場合である。この場合も、この分母
部分の多項式を両辺にかけてやれば全体が多項式表現に
なる。ベクトルの要素が有理分数関数以外のときは、級
数展開すれば良い。以上の理由で、上記の制約条件をつ
けても一般性を失わないことがわかる。
In the equation (9), the case where each element of the matrix is given by the polynomial expression of the symbol a is considered. However, if each element is given by a rational fractional function (each of the denominator and the numerator represented by a polynomial), the function corresponding to the denominator of the fractional function may be multiplied on both sides of the matrix equation.
If the denominators of the fractional functions of the elements of the matrix are different from each other, multiplying these least common multiples on both sides of the matrix equation gives each element of the matrix a polynomial expression. These processes are processes generally required by the finite element method. Furthermore, when each element of the matrix is an irrational expression instead of a polynomial, the function of each element may be expanded by Taylor series or Maclaurin series. This is the processing required by the boundary element method and the moment method. The process of converting into a polynomial in this way may be necessary for the vector on the right side of the matrix equation. For example, when the design parameter is included in the denominator part of the vector element. Also in this case, if the polynomial of the denominator part is applied to both sides, the whole expression becomes a polynomial expression. If the elements of the vector are not rational fractional functions, series expansion is sufficient. For the above reasons, it can be seen that generality is not lost even if the above constraint conditions are applied.

【0125】図33は、対象システムを記述した行列方
程式を級数展開式を用いて近似して解く方法の概略を示
したフローチャートである。このフローチャートに示す
ように、まず、ステップST3301において、機能特
性分布を与える変数を物体を規定するパラメータ変数に
関する級数展開式で表現する。この級数展開式の次数は
精度に応じて設定する。さらに、級数展開式の係数は求
められるべき未定係数として設定する。この未定係数の
級数展開式をステップST3302において、行列方程
式に代入する。次に、代入した式を、ステップST33
03において、パラメータ変数に関する恒等多項式を得
る。そして、ステップST3304において、級数展開
式の未定係数を恒等多項式から得た連立方程式を解いて
求める。このようにして、近似式により行列方程式を解
くことができる。
FIG. 33 is a flow chart showing an outline of a method for approximating and solving a matrix equation describing the target system using a series expansion formula. As shown in this flowchart, first, in step ST3301, a variable giving a functional characteristic distribution is expressed by a series expansion formula regarding a parameter variable defining an object. The order of this series expansion formula is set according to the precision. Furthermore, the coefficient of the series expansion formula is set as an undetermined coefficient to be obtained. This series expansion formula of undetermined coefficients is substituted into the matrix equation in step ST3302. Next, the substituted expression is calculated in step ST33.
At 03, the identity polynomial for the parameter variable is obtained. Then, in step ST3304, the undetermined coefficient of the series expansion formula is obtained by solving a simultaneous equation obtained from the identity polynomial. In this way, the matrix equation can be solved by the approximate expression.

【0126】次に、上述した近似式による行列式の解法
を有限要素モデルに適用した場合について説明する。前
述した行列方程式の近似解法を記号演算型有限要素逆解
析に適用した結果、級数展開を用いない場合に比べ、行
列方程式の計算時間を約1/80に低減できた。解を設
計パラメータに関して級数展開した式で近似して、その
数値係数を求める問題に置き換えたことがポイントであ
る。
Next, description will be made on the case where the determinant solution method based on the above-mentioned approximate expression is applied to a finite element model. As a result of applying the above-mentioned approximate solution method of the matrix equation to the symbolic operation type finite element inverse analysis, the calculation time of the matrix equation can be reduced to about 1/80 as compared with the case where the series expansion is not used. The point is that the solution is approximated by a series expansion formula with respect to the design parameter, and the numerical coefficient is replaced.

【0127】図34は楕円形状を有する薄膜抵抗体の2
次元モデルである。抵抗体は一様な導電率をもち、長軸
半径の長さは未知のパラメータaで与えられている。短
軸半径は2とする。また、長軸の両端部が直流電流源に
接続されている。
FIG. 34 shows a thin film resistor 2 having an elliptical shape.
It is a dimensional model. The resistor has a uniform conductivity, and the length of the major axis radius is given by an unknown parameter a. The minor axis radius is 2. Further, both ends of the long axis are connected to a direct current source.

【0128】図35は図34に示す薄膜低抗体の4分の
1領域の有限要素モデルであり、要素分割数は説明を簡
単にするために11にしてある。なお、直流電流源は無
限小の大きさを有する電極に接続される有限要素モデル
になっているが、接続部分の抵抗値が無限大になること
を避けるため、デルタ関数を用いて定式化している。長
軸半径aを変化させると、これに対応して楕円周上の節
点も移動する。記号演算が可能なマセマティカ言語を用
いて、変分法による有限要素計算プログラムを記述し
た。この結果、各節点電圧は入力変数aを含む非線形関
数として与えられる。したがって、所望の電圧分布など
の種々の設計目標値を与える形状パラメータaは、直接
ニュートン法等により求めることができる。例えば、図
34における印加電流を1[A]として座標(a,0)
の電位を求めることにより、この低抗体の抵抗値が求め
られる。
FIG. 35 is a finite element model of the quarter region of the thin film low antibody shown in FIG. 34, and the number of element divisions is 11 for simplicity of explanation. The DC current source is a finite element model connected to an electrode with an infinitely small size, but in order to avoid the resistance value of the connection part becoming infinite, it was formulated using a delta function. There is. When the major axis radius a is changed, the nodes on the elliptic circumference move correspondingly. We have written a finite element calculation program by the variational method, using the Mathematica language capable of symbolic operations. As a result, each node voltage is given as a non-linear function including the input variable a. Therefore, the shape parameter a that gives various design target values such as a desired voltage distribution can be obtained directly by the Newton method or the like. For example, assuming that the applied current in FIG. 34 is 1 [A], coordinates (a, 0)
The resistance value of this low antibody can be determined by determining the potential of.

【0129】まず、級数展開をしない場合の計算方法に
よる結果をマセマティカ言語による計算コードを提示し
ながら説明する。最終の連立方程式をガウスの消去法で
解く場合のマセマティカ言語のコマンドSolve を用いた
表現は式(19)で表される。ここで、matrix.va==con
stant が解くべき行列方程式であり、通常の書き方で
は、matrix.va = constant となるが、マセマティカ言
語では、このような場合、==を=の意味で用いる。ま
た、matrixが対象システムに依存する行列、vaは図34
の各節点における電位を表すベクトルで、成分表示すれ
ば、次のようになる。 va={v[1],v[2],v[3],v[4],v[5],v[6],v[7],v[8]} また、constantは対象システムの境界条件などに依存す
るベクトルである。 Solve[matrix.va==constant, {v[1],v[2],v[3],v[4],v[5],v[6],v[7],v[8]}]; ・・・・・(19) この計算には、約30秒を要した。座標(a,0)の電
位v[1]は式の簡単化を行うと次の式(20)で表現され
る。式(20)において、電位v[1]は設計パラメータa
の分数関数で表示されている。すなわち、分母および分
子が、それぞれ、aの多項式で表現されている。
First, the result of the calculation method in the case where the series expansion is not performed will be described by presenting a calculation code in the Mathematica language. Expression (19) is used to represent the final simultaneous equations using the Gaussian elimination method and the command Solve in the Mathematica language. Where matrix.va == con
stant is a matrix equation to be solved, and in the usual writing, matrix.va = constant, but in the Mathematica language, == is used in the sense of = in such a case. Also, matrix is a matrix depending on the target system, and va is shown in FIG.
A vector representing the potential at each node of is expressed in terms of components as follows. va = {v [1], v [2], v [3], v [4], v [5], v [6], v [7], v [8]} In addition, constant is the target system It is a vector that depends on boundary conditions. Solve [matrix.va == constant, {v [1], v [2], v [3], v [4], v [5], v [6], v [7], v [8]} ]; (19) This calculation took about 30 seconds. The potential v [1] at the coordinates (a, 0) is expressed by the following expression (20) by simplifying the expression. In Expression (20), the potential v [1] is the design parameter a
It is displayed by the fractional function of. That is, the denominator and the numerator are each expressed by the polynomial of a.

【0130】なお、式(20)では、数式の簡単化の最
終ステップで約18秒要したことも表示されている。な
お、ここに示さなかった中間ステップで約35秒かかっ
ているので全体では、約80秒を要したことになる。 {18.05 Second, (19.2 a (9.7695 1022 + 1.44044 1023 a2 + 6.5415 1022 a4 + 1.16432 1022 a6 + 7.89177 1020 a8 + 1.41635 1019 a10 + 1. a12))/ (9.77857 1023 + 1.94639 1024 a2 + 1.14856 1024 a4 + 2.41449 1023 a6 + 1.84653 1022 a8 + 3.72923 1020 a10 - 12.8 a12 + 1. a14)} ・・・・・・(20) 式(20)で表現されたv[1]を計算したときに流入電流
を1[A]としたので、v[1]はこのモデルの抵抗値となり、
設計パラメータaの有理分数関数表現となっている。図
36は、設計パラメータaに対する薄膜低抗体の抵抗値
をプロットしたグラフである。なお、プロットのための
計算には約1秒を要した。
It should be noted that the expression (20) also shows that it took about 18 seconds in the final step of simplifying the expression. In addition, since it takes about 35 seconds in the intermediate step not shown here, it takes about 80 seconds in total. (18.05 Second, (19.2 a (9.7695 10 22 + 1.44044 10 23 a 2 + 6.5415 10 22 a 4 + 1.16432 10 22 a 6 + 7.89177 10 20 a 8 + 1.41635 10 19 a 10 + 1. a 12 )) / ( 9.77857 10 23 + 1.94639 10 24 a 2 + 1.14856 10 24 a 4 + 2.41449 10 23 a 6 + 1.84653 10 22 a 8 + 3.72923 10 20 a 10 - 12.8 a 12 + 1. a 14)} ······ (20) Since the inflow current was set to 1 [A] when v [1] expressed by equation (20) was calculated, v [1] is the resistance value of this model,
It is a rational fractional function expression of the design parameter a. FIG. 36 is a graph in which the resistance value of the thin film low antibody is plotted against the design parameter a. The calculation for plotting took about 1 second.

【0131】次に、所望の設計パラメータaをニュート
ン法あるいはセカント法など(以下、ニュートン法など
と略記)で求める。マセマティカ言語では、FindRootコ
マンドを用いて、式(21)を実行すると、解が式(2
2)のごとく求められる。ここで、Timingコマンドは計
算時間を表示する目的のものである。また、数値2.8
および2.98は計算に必要な初期値である。 Timing[FindRoot[Resistance==2.8,{a,{2.9,2.98}}]] ・・・(21) {0.2 Second, {a -> 2.94911}} ・・・・・・(22)
Next, the desired design parameter a is obtained by the Newton method or the secant method (hereinafter abbreviated as the Newton method). In the Mathmatica language, if you use the FindRoot command to execute equation (21), the solution will be
It is required as in 2). Here, the Timing command is intended to display the calculation time. Also, the value is 2.8.
And 2.98 are initial values required for calculation. Timing [FindRoot [Resistance == 2.8, {a, {2.9,2.98}}]] (21) {0.2 Second, {a-> 2.94911}} ・ ・ ・ ・ ・ ・ (22)

【0132】例えば、2.8オームに設計したいときの
パラメータaは、式(22)から約2.9メートルとす
れば良いことがわかる。また、計算には0.2秒を要し
たことがわかる。続いて、2.85オームに設計したい
ときのパラメータaは、式(23)、(24)から約
3.0メートルにすれば良いことがわかる。このよう
に、設計目標が複数あった場合でも、容易に対応でき
る。 Timing[FindRoot[Resistance==2.85,{a,{3.,3.05}}]] ・・・・(23) {0.133333 Second, {a -> 3.0231}} ・・・・・・・(24)
For example, it can be seen from the equation (22) that the parameter a for designing to 2.8 ohms should be about 2.9 meters. Also, it can be seen that the calculation took 0.2 seconds. Subsequently, it is understood from the equations (23) and (24) that the parameter a for designing to 2.85 ohms should be about 3.0 meters. In this way, even if there are a plurality of design goals, it is possible to easily cope with them. Timing [FindRoot [Resistance == 2.85, {a, {3., 3.05}}]] ... (23) {0.133333 Second, {a-> 3.0231}} ......... (24)

【0133】次に、級数展開を用いた場合を次に説明す
る。この例では、近似解はa=3の近傍で求めるので、
新しい変数d=a−3を導入し、d=0のまわりで近似
解を求めることにする。すなわち、解v[1],...,v[8]
は、aの複雑な関数で与えられるが、a=3近傍(つま
り、d=0近傍)に近似的に、次式(25)のような2
次式で与えられるとして、その係数を求める問題に置き
換える。多項式の次数を上げれば近似の程度が改善され
る。 v[1]=f11 + f12・d + f13・d2 v[2]=f21 + f22・d + f23・d2 v[3]=f31 + f32・d + f33・d2 ・ ・ ・ v[8]=f81 + f82・d + f83・d2 (25) 式(25)のv[1],...,v[8] を、上述した行列方程式ma
trix.va==constant に代入して、dに関する8つの多項
式を得る。例えば、多項式の一つは次式で表される。 1.99751 f11 + 0.226134 d f11 + 0.0376889 d2 f11 + 1.99751 d f12 + 0.226134 d2 f12 + 1.99751 d2 f13 - 0.678401 f21 - 0.452267 d f21 - 0.0753778 d2 f21 - 0.678401 d f22 - 0.452267 d2 f22 - 0.678401 d2 f23 - 1.31911 f31 + 0.226134 d f31 + 0.0376889 d2 f31 - 1.31911 d f32 + 0.226134 d2 f32 - 1.31911 d2 f33 =3 + d (26)
Next, the case of using series expansion will be described. In this example, the approximate solution is found near a = 3, so
We introduce a new variable d = a-3 and decide to find an approximate solution around d = 0. That is, the solution v [1], ..., v [8]
Is given by a complex function of a, and is approximated to a = 3 neighborhood (that is, d = 0 neighborhood) by the following equation (25):
Given the following equation, replace it with the problem of finding the coefficient. Increasing the degree of the polynomial improves the degree of approximation. v [1] = f 11 + f 12・ d + f 13・ d 2 v [2] = f 21 + f 22・ d + f 23・ d 2 v [3] = f 31 + f 32・ d + f 33・ d 2・ ・ ・ v [8] = f 81 + f 82・ d + f 83・ d 2 (25) v [1], ..., v [8] of the equation (25) is described above. Matrix equation ma
Substituting in trix.va == constant, we get 8 polynomials on d. For example, one of the polynomials is represented by the following equation. 1.99751 f 11 + 0.226134 df 11 + 0.0376889 d 2 f 11 + 1.99751 df 12 + 0.226134 d 2 f 12 + 1.99751 d 2 f 13 - 0.678401 f 21 - 0.452267 df 21 - 0.0753778 d 2 f 21 - 0.678401 df 22 - 0.452267 d 2 f 22 - 0.678401 d 2 f 23 - 1.31911 f 31 + 0.226134 df 31 + 0.0376889 d 2 f 31 - 1.31911 df 32 + 0.226134 d 2 f 32 - 1.31911 d 2 f 33 = 3 + d (26)

【0134】次に、上記8つの多項式について、これら
をdに関する恒等式として考え、未定係数 f11,
f12,...,f83を求める。マセマティカ言語のSolve コマ
ンドを用いて次に示すように解く。ここに、c[1,1],c
[1,2],...,c[8,3]などは、式(26)のような恒等式か
ら導いた各式の左辺を与える。例えば、c[1,1]として
は、式(26)の左辺のdの零次の項(dを含まない
項)だけを集めたものであり、具体的には、1.99751 f
11 - 0.678401 f21 - 1.31911 f31 になる。式(2
6)の右辺における零次の項(d を含まない項)は3で
あり、これらが等しいとおかれる。これが次式(27)
の c[1,1]==3. に相当する。同様なことを、c[1,2]以降
実行すれば良い。すなわちc[1,2]は、式(26)の左辺
のdの1次の項の係数だけを集めたものであり、具体的
には、0.226134 f11 + 1.99751 f12 + 0.452267 f21-
0.678401 f22 + 0.226134 f31 - 1.31911 f32 となる。
式(26)の右辺におけるdの1次の項の係数は1であ
り、これらが等しいとおかれる。これが式(27)のc
[1,3]==1.に相当する。以下同様である。
Next, regarding the above eight polynomials, these are considered as identities with respect to d, and the undetermined coefficients f 11 ,
Find f 12 ,, ..., f 83 . Solve using the Solve command in the Mathematica language as shown below. Where c [1,1], c
[1,2], ..., c [8,3], etc. give the left side of each equation derived from the identities such as equation (26). For example, c [1,1] is a collection of only zero-order terms (terms not including d) of d on the left side of Expression (26), and specifically, 1.97551 f
11 - becomes 1.31911 f 31 - 0.678401 f 21. Formula (2
The zero-order term (the term that does not include d) on the right side of 6) is 3, which is considered to be equal. This is the following formula (27)
Corresponds to c [1,1] == 3. The same thing should be executed after c [1,2]. That c [1, 2] is a collection of only the coefficient of the primary term of the left side of d of formula (26), specifically, 0.226134 f 11 + 1.99751 f 12 + 0.452267 f 21 -
A 1.31911 f 32 - 0.678401 f 22 + 0.226134 f 31.
The coefficient of the first-order term of d on the right-hand side of the equation (26) is 1, and these are said to be equal. This is c in equation (27)
Corresponds to [1,3] == 1. The same applies hereinafter.

【0135】 Solve[{c[1,1]==3.,c[1,2]==1.,c[1,3]==0., c[2,1]==0.,c[2,2]==0.,c[2,3]==0., c[3,1]==0.,c[3,2]==0.,c[3,3]==0., c[4,1]==0.,c[4,2]==0.,c[4,3]==0., c[5,1]==0.,c[5,2]==0.,c[5,3]==0., c[6,1]==0.,c[6,2]==0.,c[6,3]==0., c[7,1]==0.,c[7,2]==0.,c[7,3]==0., c[8,1]==0.,c[8,2]==0.,c[8,3]==0.}, {f11,f12,f13,f21,f22,f23,f31,f32,f33,f41,f42,f43,f51,f52,f53, f61,f62,f63,f71,f72,f73,f81,f82,f83}] ・・・・・・(27)Solve [{c [1,1] == 3., c [1,2] == 1., c [1,3] == 0., C [2,1] == 0., c [2,2] == 0., c [2,3] == 0., c [3,1] == 0., c [3,2] == 0., c [3,3] == 0., C [4,1] == 0., c [4,2] == 0., c [4,3] == 0., C [5,1] == 0., c [5,2] == 0., c [5,3] == 0., C [6,1] == 0., c [6,2] == 0., c [6,3] = = 0., C [7,1] == 0., c [7,2] == 0., c [7,3] == 0., C [8,1] == 0., c [ 8,2] == 0., c [8,3] == 0.}, {F 11 , f 12 , f 13 , f 21 , f 22 , f 23 , f 31 , f 32 , f 33 , f 41 , f 42 , f 43 , f 51 , f 52 , f 53 , f 61 , f 62 , f 63 , f 71 , f 72 , f 73 , f 81 , f 82 , f 83 }] ・ ・ ・ ・ ・・ (27)

【0136】解は、次式で与えられた。 {{f11 -> 2.83439, f12 -> 0.675867, f13 -> 0.00303785, f21 -> 1.28006, f22 -> 0.5525539, f23 -> 0.003331, f31 -> 1.3595, f32 -> 0.26128, f33 -> 0.0207778, f41 -> 1.06114, f42 -> 0.401662, f43 -> -0.00789728, f51 -> 0.951082, f52 -> 0.418465, f53 -> -0.00645431, f61 -> 0.424813, f62 -> 0.201634, f63 -> -0.00645838, f71 -> 0.517817, f72 -> 0.178864, f73 -> -0.00472476, f81 -> 0.598782, f82 -> 0.127763, f83 -> 0.0153675}} ・・・・・・(28) 式(28)の計算時間は約1秒であり、級数展開しない
場合と比べて約80倍程度高速化できたことになる。
The solution was given by: {{f 11 -> 2.83439, f 12 -> 0.675867, f 13 -> 0.00303785, f 21 -> 1.28006, f 22 -> 0.5525539, f 23 -> 0.003331, f 31 -> 1.3595, f 32 -> 0.26128, f 33 -> 0.0207778, f 41 -> 1.06114, f 42 -> 0.401662, f 43 -> -0.00789728, f 51 -> 0.951082, f 52 -> 0.418465, f 53 -> -0.00645431, f 61 -> 0.424813, f 62 -> 0.201634, f 63 -> -0.00645838, f 71 -> 0.517817, f 72 -> 0.178864, f 73 -> -0.00472476, f 81 -> 0.598782, f 82 -> 0.127763, f 83 -> 0.0153675} } (28) The calculation time of equation (28) is about 1 second, which is about 80 times faster than the case without series expansion.

【0137】次に、上述したような近似多項式を用いる
ことの正当性について検証をする。 v[1]=f11 + f12 d + f13 d2 であり、上記数値を代入すると、 v[1]=2.83439 + 0.675867d + 0.00303785d2 を得る。記号演算により正確に方程式を解いた結果をd
=0の近傍で展開するとまったく一致することがわかっ
た。前述したように、v[1]は抵抗値に対応しており、設
計パラメータaに対するグラフは図37のごとく与えら
れる。級数展開しない場合と比較した結果を図38に示
す。同図に示されているように、求めた抵抗値の計算誤
差は、a=3を中心に10%変化させても、高々6×1
-6程度であることがわかった。設計パラメータの最適
化においては、通常、初期値の近傍、例えば、10ない
し30%程度の範囲で、最適値を探索することが多いの
で、この結果は大変有効である。すなわち、近似多項式
を用いることによって大幅に計算時間を短縮することが
できるからである。
Next, the validity of using the above approximate polynomial will be verified. v [1] = f 11 + f 12 d + f 13 d 2 , and by substituting the above numerical values, we obtain v [1] = 2.83439 + 0.675867d + 0.00303785d 2 . The result of solving the equation accurately by symbolic operation is d
It was found that when they were expanded in the vicinity of = 0, they were completely in agreement. As described above, v [1] corresponds to the resistance value, and the graph for the design parameter a is given as shown in FIG. FIG. 38 shows the result of comparison with the case without series expansion. As shown in the figure, the calculated error of the resistance value is 6 × 1 at most even if the value is changed by 10% around a = 3.
It was found to be about 0 -6 . In the optimization of design parameters, usually, the optimum value is often searched in the vicinity of the initial value, for example, in the range of 10 to 30%, so this result is very effective. That is, the calculation time can be significantly shortened by using the approximate polynomial.

【0138】また、以下のごとく所望の抵抗値を与える
設計パラメータa=d+3をニュートン法で求めた。式
(21)ないし(24)の級数展開しない場合より、1
0倍程度高速化していることがわかる。 Timing[FindRoot[Resistance==2.8,{a,{2.9,3.}}]] ・・・・・・(29) {0.0166667 Second, {a -> 2.94911}} ・・・・・・・・(30) Timing[FindRoot[Resistance==2.85,{a,{3.0,3.05}}]] ・・・・・(31) {0.0166667 Second, {a -> 3.0231}} ・・・・・・・・(32) Timing[FindRoot[Resistance==2.9,{a,{3.0,3.1}}]] ・・・・・・(33) {0.0166667 Second, {a -> 3.09704}} ・・・・・・・・(34)
Further, the design parameter a = d + 3 that gives a desired resistance value was obtained by the Newton method as follows. 1 when compared with the case where the series expansion of equations (21) to (24) is not performed.
It can be seen that the speed is about 0 times faster. Timing [FindRoot [Resistance == 2.8, {a, {2.9,3.}}]] (29) {0.0166667 Second, {a-> 2.94911}} ・ ・ ・ ( 30) Timing [FindRoot [Resistance == 2.85, {a, {3.0,3.05}}]] (31) {0.0166667 Second, {a-> 3.0231}} ・ ・ ・ ( 32) Timing [FindRoot [Resistance == 2.9, {a, {3.0,3.1}}]] ・ ・ ・ ・ ・ ・ (33) {0.0166667 Second, {a-> 3.09704}} ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・(34)

【0139】例えば、式(30)式から抵抗値(Resist
ance)を2.8オームに設計するための設計パラメータ
は2.9491メートルであることがわかった。
For example, from the equation (30), the resistance value (Resist
The design parameter for designing the ance) to be 2.8 ohms was found to be 2.9491 meters.

【0140】次に、境界要素法に適用した場合の実施例
について説明する。計算モデルは図12で示したが、再
度簡単に説明する。電位 u=0[V] と1[V]の2辺を有する
直方体を考え、内点における電位を解析する問題であ
る。逆問題として、内点Pの電位を0.5[V]として与えた
ときの直方体の一辺の長さcを求めてみる。
Next, an embodiment when applied to the boundary element method will be described. The calculation model is shown in FIG. 12, which will be briefly described again. Considering a rectangular parallelepiped with two sides of potential u = 0 [V] and 1 [V], the problem is to analyze the potential at the inner point. As an inverse problem, the length c of one side of a rectangular parallelepiped when the potential of the inner point P is given as 0.5 [V] will be obtained.

【0141】級数展開しない場合の計算では、内点Pの
電位u(0.5,0.5)を設計パラメータcに対してプロットし
た結果は図15ですでに示した。このグラフをプロット
するために要した計算時間は約420秒であった。これ
は、u(0.5,0.5)が、非常に長大で複雑なcの関数になっ
ているからである。また、内点Pの電位u(0.5,0.5)を0.
5[V]になるためのcをニュートン法で求めた結果を式
(35)、(36)に示す。解を得るために約420秒
を要した。 Timing[FindRoot[u(0.5,0.5)==0.5,{c,1.,1.1}]] ・・・・・・(35) {415.367 second, {c -> 0.998469}} ・・・・・・(36)
In the calculation without series expansion, the result of plotting the electric potential u (0.5,0.5) of the interior point P against the design parameter c has already been shown in FIG. The calculation time required to plot this graph was about 420 seconds. This is because u (0.5,0.5) is a very long and complicated function of c. In addition, the potential u (0.5,0.5) of the inner point P is set to 0.
Equations (35) and (36) show the results obtained by Newton's method for c to reach 5 [V]. It took about 420 seconds to get the solution. Timing [FindRoot [u (0.5,0.5) == 0.5, {c, 1., 1.1}]] ・ ・ ・ ・ ・ ・ (35) {415.367 second, {c-> 0.998469}} ・ ・ ・ ・ ・ ・(36)

【0142】このように、級数展開を用いない方法で
は、行列のサイズが4行4列という小さいサイズの問題
でも内点電位を表す関数が長大な式となるため、グラフ
描画やニュートン法の計算時間がかかりすぎる。また、
行列のサイズが10行10列程度の行列計算でメモリが
32MB以上必要になり、適用が難しい。
As described above, in the method that does not use the series expansion, even if the matrix size is as small as 4 rows and 4 columns, the function that represents the interior point potential is a long expression, so that the graph drawing and the Newton method calculation are performed. It takes too long. Also,
This is difficult to apply because a memory of 32 MB or more is required for matrix calculation with a matrix size of about 10 rows and 10 columns.

【0143】級数展開を用いた場合について、手順はす
でに説明したので結果のみを示す。ただし、境界要素法
における対象システムを記述する行列方程式の行列の各
要素は設計パラメータに関する無理式となる。したがっ
て、その部分をテイラー級数展開する必要がある。こう
しないと最終的に多項式表現にならないからである。図
39は点Pの電位を設計パラメータcに対してプロット
したグラフである。点Pの電位は次式の設計パラメータ
cの関数で表現された。 0.49931 - 0.450138(c-1) + 0.530316(c-1)2 計算時間は0.7秒であり、600倍くらい高速化され
た。級数展開しない場合の比較の結果を図40に示す。
同図に示されているように、求めた電位の計算誤差は、
c=1を中心に20%変化させても、高々、6×10-3
程度であることがわかった。
Since the procedure has already been described for the case of using the series expansion, only the result is shown. However, each element of the matrix of the matrix equation that describes the target system in the boundary element method is an irrational expression regarding the design parameters. Therefore, it is necessary to expand that part by Taylor series. This is because unless this is done, the polynomial expression will not be obtained eventually. FIG. 39 is a graph in which the potential at the point P is plotted against the design parameter c. The potential at the point P was expressed by the function of the design parameter c in the following equation. 0.49931-0.450138 (c-1) + 0.530316 (c-1) 2 The calculation time was 0.7 seconds, which was about 600 times faster. FIG. 40 shows the result of the comparison when the series expansion is not performed.
As shown in the figure, the calculated error of the obtained potential is
Even if it is changed by 20% around c = 1, at most 6 × 10 -3
It turned out to be about.

【0144】次に、内点Pの電位u(0.5,0.5)が0.5[V]お
よび0.4[V]になるためのcをニュートン法で求めた結果
を式(37)ないし(40)に示す。解を得るために、
それぞれ、約0.1秒を要した。また、計算時間は約1
/4000になった。 Timing[FindRoot[u(0.5,0.5)==0.5,{c,0.9,1.}]] ・・・・・・(37) {0.116667 Second,{c -> 0.998469}} ・・・・・・・・(38) Timing[FindRoot[u(0.5,0.5)==0.4,{c,0.9,1.}]] ・・・・・・(39) {0.133333 Second,{c -> 1.12921}} ・・・・・・・・(40)
Next, equations (37) to (40) show the results obtained by the Newton method for c for the potential u (0.5,0.5) of the interior point P to become 0.5 [V] and 0.4 [V]. . To get the solution
Each took about 0.1 seconds. Also, the calculation time is about 1
/ 4000. Timing [FindRoot [u (0.5,0.5) == 0.5, {c, 0.9,1.}]] ・ ・ ・ ・ ・ ・ (37) {0.116667 Second, {c-> 0.998469}} ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ (38) Timing [FindRoot [u (0.5,0.5) == 0.4, {c, 0.9,1.}]] ・ ・ ・ ・ ・ ・ (39) {0.133333 Second, {c-> 1.12921}} ・・ ・ ・ ・ (40)

【0145】なお、この近似解法では級数展開したとき
の次数をどこまでとればいいかが問題になる。これにつ
いては、n次とn+1次の2回の計算をして、収束状況
を調べたり、異なる値のまわりで級数展開して結果を比
較するなどの方法が考えられる。より大きな行列計算や
設計パラメータを複数にすることにも対応できる。例え
ば、2次近似と3次近似による計算結果を比較して、大
きく異なる結果を得た場合は、さらに4次近似の計算を
行い、計算が収束したかを調べれば良い。これは、級数
近似で何かを計算する場合に、通常行われる公知の手法
である。
It should be noted that in this approximate solution method, the problem is how much the order should be taken when the series expansion is performed. For this, it is possible to perform the calculation twice for the n-th order and the n + 1-th order to check the convergence state, to expand the series around different values and compare the results. Larger matrix calculations and multiple design parameters can be accommodated. For example, when the calculation results obtained by the second-order approximation and the third-order approximation are compared and a greatly different result is obtained, the calculation of the fourth-order approximation may be further performed to check whether the calculation has converged. This is a well-known method that is usually performed when calculating something by series approximation.

【0146】次に、モーメント法逆解析に適用した場合
の実施例について説明する。図41は半径aの円断面を
有するダイポールアンテナの1次元モデルであり、長さ
をLとした。入力インピーダンスをZinとおいた。入力
インピーダンスの実数部分すなわち入力抵抗を所定の値
にするための設計パラメータLを決めることを考える。
なお、説明を簡単にするためにaは定数とする。まず、
級数展開によらず、行列方程式を解く場合について述べ
る。これは、フジモト(M.Fujimoto), アナルーイ(M.
Analoui )およびカガワ(Y.Kagawa)により、シンボリ
ックアプローチ トゥー インバース プロブレム イ
ン メソッド オブ モーメンツ バイ マセマティカ
(「Symbolic approach to inverse problem in metho
d of moments by mathematica -- one dimensional cas
e 」)として日本シミュレーション学会、第14回計算
電気・電子工学シンポジウム論文集、261ページ(1
993年)に記載されているモーメント法による計算方
法を用いて、定数などを一部変更したものである。モー
メント法とは境界要素法と類似した手法で境界積分方程
式を用いてアンテナなどの特性を境界上の要素分割によ
って解析するものである。図42は図41に示すアンテ
ナの入力抵抗(入力インピーダンスの実数部分)Rin
L/λ依存性を示すグラフである。λは使用する電磁波
の波長である。計算時間は約40秒であった。
Next, a description will be given of an embodiment applied to the moment method inverse analysis. FIG. 41 is a one-dimensional model of a dipole antenna having a circular cross section with a radius a, and the length is L. The input impedance is Z in . Consider deciding the design parameter L for setting the real part of the input impedance, that is, the input resistance to a predetermined value.
In addition, in order to simplify the description, a is a constant. First,
The case of solving a matrix equation without depending on the series expansion is described. This is Fujimoto, M. Fuji.
Analoui) and Y.Kagawa, "Symbolic approach to inverse problem in metho
d of moments by mathematica --one dimensional cas
e "), The 14th Symposium on Computational Electrical and Electronic Engineering, Japan Society for Simulation, 261 pages (1
The constants are partially changed using the calculation method by the method of moments described in (993). The method of moments is a method similar to the boundary element method, in which the characteristics of an antenna or the like are analyzed by dividing elements on the boundary using a boundary integral equation. FIG. 42 is a graph showing the L / λ dependence of the input resistance (real part of input impedance) R in of the antenna shown in FIG. λ is the wavelength of the electromagnetic wave used. The calculation time was about 40 seconds.

【0147】次に、入力抵抗Rinを所定の値にするため
のL/λをニュートン法で求めた結果を式(41)ない
し(46)に示す。ここで、L/λをbとおいた。解を
得るために、約23秒を要した。 FindRoot[Rin==2.5,{b,0.1,0.11}]//Timing ・・・・・(41) {23.08 Second, {b -> 0.099190}} ・・・・・・・(42) FindRoot[Rin==2.54399,{b,0.1,0.11}]//Timing ・・・・・(43) {22.40 Second, {b -> 0.099999}} ・・・・・・・(44) FindRoot[Rin==4.0,{b,0.14,0.15}]//Timing ・・・・・(45) {23.35 Second, {b -> 0.1234}} ・・・・・・・(46)
Next, equations (41) to (46) show the results obtained by the Newton method for L / λ for making the input resistance R in a predetermined value. Here, L / λ is set to b. It took about 23 seconds to get the solution. FindRoot [R in == 2.5, {b, 0.1,0.11}] // Timing ・ ・ ・ ・ ・ (41) {23.08 Second, {b-> 0.099190}} ・ ・ ・ ・ ・ ・ (42) FindRoot [ R in == 2.54399, {b, 0.1,0.11}] // Timing ・ ・ ・ (43) {22.40 Second, {b-> 0.099999}} ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (44) FindRoot [R in == 4.0, {b, 0.14,0.15}] // Timing ・ ・ ・ ・ ・ (45) {23.35 Second, {b-> 0.1234}} ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (46)

【0148】次に、行列方程式をガウスの消去法などで
はなく、級数展開による近似解を求める方法で解いた場
合を説明する。手法はすでに説明してので結果のみを示
す。ただし、境界要素法と同様に対象システムを記述す
る行列方程式の行列の各要素は設計パラメータに関する
無理式となるため、その部分をテイラー展開する必要が
ある。入力インピーダンスは以下の式で与えられること
がわかった。 [1./{0.0000182479 + 0.00114837 I +(-0.000462939 -
0.000937144 I)b + (0.00348229 + 0.0577471 I)b2}] ここに、b はL/λを表し、I は虚数単位である。入力
抵抗はこの式の実数部分で与えられる。
Next, the case where the matrix equation is solved not by the Gaussian elimination method but by the method of obtaining an approximate solution by series expansion will be described. Since the method has already been explained, only the results are shown. However, as with the boundary element method, each element of the matrix of the matrix equation that describes the target system is an irrational expression related to the design parameters, so that part must be expanded by Taylor. It was found that the input impedance is given by the following equation. [1./{0.0000182479 + 0.00114837 I + (-0.000462939-
0.000937144 I) b + (0.00348229 + 0.0577471 I) b 2 }] Here, b represents L / λ, and I is an imaginary unit. The input resistance is given by the real part of this equation.

【0149】図43は、0.05<L/λ<0.15に
対する入力抵抗Rinをプロットしたグラフである。計算
時間は約1.3秒であった。上記計算電気・電子工学シ
ンポジウム論文集に記載されている手法より30倍程度
高速化できた。図44は、級数展開しない場合と級数展
開した場合とを重ねて表示したものである。太い線が級
数展開しない場合で、細い線が級数展開した場合であ
る。0.08<L/λ<0.12において、誤差は十分
小さくなっている。より、広い範囲で誤差をさらに、低
減するには、各行列要素に対する級数展開の次数および
式(11)におけるx,yに相当する変量の展開次数の
両者または少なくてもいずれか一方を増加させれば良
い。
FIG. 43 is a graph plotting the input resistance R in with respect to 0.05 <L / λ <0.15. The calculation time was about 1.3 seconds. The speed was about 30 times faster than the method described in the above-mentioned paper collection of electrical and electronic engineering symposium. FIG. 44 shows the case where the series expansion is not performed and the case where the series expansion is performed in an overlapping manner. The thick line is the case where the series expansion is not performed, and the thin line is the case where the series expansion is performed. When 0.08 <L / λ <0.12, the error is sufficiently small. In order to further reduce the error over a wider range, increase both or at least one of the order of the series expansion for each matrix element and the expansion order of the variables corresponding to x and y in equation (11). Just go.

【0150】最後に、ニュートン法で所定の入力抵抗R
inを与えるアンテナ長b=L/λを求めてみる。式(4
7)ないし(52)で示されるように、級数展開をしな
い場合より、約1/100の時間で計算できることがわ
かった。 FindRoot[Rin==3.,{b,0.1,0.11}]//Timing ・・・・・・(47) {0.18 Second, {b -> 0.1080}} ・・・・・・・・(48) FindRoot[Rin==4.,{b,0.1,0.11}]//Timing ・・・・・・(49) {0.22 Second, {b -> 0.1258}} ・・・・・・・・(50) FindRoot[Rin==1.8,{b,0.1,0.11}]//Timing ・・・・・・(51) {0.25 Second, {b -> 0.0839}} ・・・・・・・・(52)
Finally, by the Newton method, a predetermined input resistance R
Find the antenna length b = L / λ that gives in . Expression (4
As shown in 7) to (52), it was found that the calculation can be performed in about 1/100 time as compared with the case without series expansion. FindRoot [R in == 3., {B, 0.1,0.11}] // Timing ・ ・ ・ ・ (47) {0.18 Second, {b-> 0.1080}} ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (48 ) FindRoot [R in == 4., {B, 0.1,0.11}] // Timing ・ ・ ・ ・ ・ ・ (49) {0.22 Second, {b-> 0.1258}} ・ ・ ・ ・ ・ ・ ( 50) FindRoot [R in == 1.8, {b, 0.1,0.11}] // Timing ・ ・ ・ ・ (51) {0.25 Second, {b-> 0.0839}} ・ ・ ・ ( 52)

【0151】繰り返しになるが、この近似解法では級数
展開したときの次数をどこまでとればいいかが問題にな
る。これについてはn次とn+1次の2回の計算をし
て、収束状態を調べたり、異なる値のまわりで級数展開
して結果を比較するなどの方法が考えられる。
To reiterate, in this approximate solution method, the problem is how much the order should be taken when the series expansion is performed. For this, it is possible to perform two calculations of the nth order and the n + 1th order, check the convergence state, expand the series around different values, and compare the results.

【0152】以上の実施例ではいずれも設計パラメータ
が1つであったが、2つ以上でも同様である。この場合
は多変数の級数展開を用いれば良い。また、有限差分法
をはじめとする他の解析方法についても適用できる。換
言すれば、対象システムの物理的な挙動または動作が行
列方程式で記述される限り、本手法は適用できる。
In each of the above embodiments, there is one design parameter, but the same applies to two or more design parameters. In this case, multivariable series expansion may be used. Further, it is also applicable to other analysis methods including the finite difference method. In other words, as long as the physical behavior or behavior of the target system is described by the matrix equation, this method can be applied.

【0153】[0153]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、対象システムを制御または決定する方法を、変数
パラメータを含む物体の機能特性分布を算出し、その機
能特性分布と所望の分布とを等値して方程式を作成し、
その方程式を解いて所望の分布を与えるパラメータ値を
決定するように構成したので、境界要素法や有限要素法
を繰り返し実行する必要がなくなって、パラメータ値を
得るまでの時間が短縮でき、かつ、途中の計算が記号を
用いて行れるため、処理途中の計算精度の低下が防止さ
れ、精度のよい結果を得ることができるという効果があ
る。また、変数パラメータを含む物体の機能特性分布が
得られることから、そのパラメータに対する分布の特性
を容易に把握できる効果もある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the method for controlling or determining the target system is calculated by calculating the functional characteristic distribution of the object including variable parameters, and calculating the functional characteristic distribution and the desired characteristic distribution. Create an equation by equalizing the distributions and
Since it is configured to solve the equation to determine the parameter value that gives the desired distribution, it is not necessary to repeatedly execute the boundary element method or the finite element method, and the time to obtain the parameter value can be shortened, and Since the calculation in the middle can be performed by using the symbol, there is an effect that the deterioration of the calculation accuracy during the processing can be prevented and an accurate result can be obtained. Further, since the functional characteristic distribution of the object including the variable parameter can be obtained, there is an effect that the characteristic of the distribution with respect to the parameter can be easily grasped.

【0154】また、評価すべき機能特性分布が形状の物
性値などの未知パラメータで直接関数表現できるため、
複数の所望機能特性分布を与える形状や物性値などを同
時に一挙に計算できるという効果もある。従来の方法に
よれば、1つの機能特性分布について設計作業などが完
了したら、他の分布について再び最初から計算を行う必
要があった。このように、複数の設計目標があっても、
計算時間は、従来法によるよりも、大きく低減される。
さらに、機能特性分布の変量が級数展開式を用いた近似
式で表すことが可能になり、計算の高速化が可能となる
効果がある。
Further, since the functional characteristic distribution to be evaluated can be expressed directly by an unknown parameter such as the physical property value of the shape,
There is also an effect that it is possible to simultaneously calculate shapes and physical property values that give a plurality of desired functional characteristic distributions. According to the conventional method, when the design work or the like for one functional characteristic distribution is completed, it is necessary to calculate again for the other distributions from the beginning. In this way, even if there are multiple design goals,
The calculation time is greatly reduced as compared with the conventional method.
Further, the variate of the functional characteristic distribution can be expressed by an approximate expression using a series expansion expression, which has the effect of speeding up the calculation.

【0155】請求項2記載の発明によれば、対象システ
ムを制御または決定する方法を、変数パラメータを含む
物体の機能特性分布を算出し、その機能特性分布と所望
の分布との残差の2乗和を最小化する値をパラメータ値
として決定するように構成したので、境界要素法や有限
要素法を繰り返し実行する必要がなくなって、パラメー
タ値を得るまでの時間が短縮でき、かつ、途中の計算が
記号を用いて行れるため、処理途中の計算精度の低下が
防止され、精度のよい結果を得ることができる効果があ
る。また、変数パラメータを含む物体の機能特性分布が
得られることから、そのパラメータに対する分布の特性
を容易に把握できるという効果もある。さらに、残差の
2乗和を最小化するにあたって最小値でない値を最小値
と誤認することを防止でき、正しく最適のパラメータ値
を決定できる効果もある。
According to the second aspect of the present invention, the method for controlling or determining the target system is calculated by calculating the functional characteristic distribution of the object including variable parameters, and calculating the residual difference between the functional characteristic distribution and the desired distribution by 2 Since it is configured to determine the value that minimizes the sum of multiplications as the parameter value, it is not necessary to repeatedly execute the boundary element method and the finite element method, the time to obtain the parameter value can be shortened, and Since the calculation can be performed by using the symbol, there is an effect that the calculation accuracy is prevented from being lowered during the processing and an accurate result can be obtained. Further, since the functional characteristic distribution of the object including the variable parameter is obtained, there is an effect that the characteristic of the distribution with respect to the parameter can be easily grasped. Furthermore, when minimizing the sum of squares of the residuals, it is possible to prevent a value that is not the minimum value from being mistaken as the minimum value, and there is an effect that the optimum parameter value can be correctly determined.

【0156】また、例えば、ある座標値に対して重みを
つけて残差を計算することにより、空間のある場所の設
計値と計算値とのずれを特に小さくすることができる
が、そのような場合に、複数の残差の2乗和の評価(重
みが均一な場合の評価などの種々の評価)も同時に行う
ことができる。従来の方法によれば、評価の種類が異な
れば、それぞれを順次に行う必要があった。また、機能
特性分布の変量が級数展開式を用いた近似式で表すこと
が可能になり、計算の高速化が可能となる効果もある。
Further, for example, by weighting a certain coordinate value and calculating the residual, the deviation between the design value and the calculated value at a certain place in space can be made particularly small. In this case, evaluation of the sum of squares of a plurality of residuals (various evaluations such as evaluation when weights are uniform) can be performed at the same time. According to the conventional method, if the types of evaluation are different, it is necessary to perform each of them sequentially. Further, the variate of the functional characteristic distribution can be expressed by an approximate expression using a series expansion expression, which has the effect of speeding up the calculation.

【0157】請求項3記載の発明によれば、対象システ
ムを推定する方法を、変数パラメータを含む物体の物理
量分布を算出し、その物理量分布と実際に測定された分
布とを等値して方程式を作成し、その方程式を解いて物
体の内部状態の推定値を得るように構成したので、境界
要素法や有限要素法を繰り返し実行する必要がなくなっ
て、推定値を得るまでの時間が短縮でき、かつ、途中の
計算が記号を用いて行れるため、処理途中の計算精度の
低下が防止され、精度のよい結果を得ることができる効
果がある。また、物理量分布の変量が級数展開式を用い
た近似式で表すことが可能になり、計算の高速化が可能
となる効果もある。
According to the third aspect of the present invention, the method of estimating the target system is calculated by calculating the physical quantity distribution of the object including variable parameters and equating the physical quantity distribution with the actually measured distribution. Since it is configured to solve the equation and obtain the estimated value of the internal state of the object, it is not necessary to repeatedly execute the boundary element method and the finite element method, and the time to obtain the estimated value can be shortened. In addition, since the calculation in the middle can be performed using the symbol, there is an effect that the calculation accuracy is prevented from being lowered during the processing, and the accurate result can be obtained. In addition, the variable of the physical quantity distribution can be expressed by an approximate expression using a series expansion expression, which has the effect of speeding up the calculation.

【0158】請求項4記載の発明によれば、対象システ
ムを推定する方法を、変数パラメータを含む物体の物理
量分布を算出し、その物理量分布と実際に測定された分
布との残差の2乗和を最小化する値を推定値として得る
ように構成したので、境界要素法や有限要素法を繰り返
し実行する必要がなくなって、推定値を得るまでの時間
が短縮でき、かつ、途中の計算が記号を用いて行れるた
め、処理途中の計算精度の低下が防止され、精度のよい
結果を得ることができる効果がある。さらに、残差2乗
和を最小化するにあたって最小値でない極小値を最小値
と誤認することを防止でき、正しく最適の推定値を決定
できる効果がある。また、物理量分布の変量が級数展開
式を用いた近似式で表すことが可能になり、計算の高速
化が可能となる効果もある。
According to the fourth aspect of the present invention, the method of estimating the target system is such that the physical quantity distribution of an object including variable parameters is calculated, and the square of the residual between the physical quantity distribution and the actually measured distribution is squared. Since it is configured to obtain the value that minimizes the sum as the estimated value, it is not necessary to repeatedly execute the boundary element method and the finite element method, the time to obtain the estimated value can be shortened, and the calculation in the middle can be reduced. Since it is possible to use symbols, it is possible to prevent a decrease in calculation accuracy during processing and obtain an accurate result. Furthermore, in minimizing the residual sum of squares, it is possible to prevent a local minimum value that is not the minimum value from being mistaken as the minimum value, and it is possible to correctly determine the optimum estimated value. In addition, the variable of the physical quantity distribution can be expressed by an approximate expression using a series expansion expression, which has the effect of speeding up the calculation.

【0159】請求項5乃至11記載の発明によれば、記
号計算を数値計算に置き換える処理を行うように構成し
たので、計算時間が大幅に低減できる効果がある。
According to the fifth to eleventh aspects of the present invention, the symbol calculation is replaced with the numerical calculation, so that the calculation time can be significantly reduced.

【0160】請求項12記載の発明によれば、対象シス
テムを最適設計する装置を、対象システムの機能特性分
布を変数の関数として算出する手段と、その機能特性分
布と所望の機能特定分布とを等値して方程式を作成する
手段と、その方程式を解いて所望の機能特性分布を実現
する手段とによって構成したので、パラメータ値を得る
までの時間を短縮することが可能となり、精度のよい結
果を得ることができ、パラメータに対する分布の特性の
把握も容易となるばかりか、複数の所望機能特性分布を
与える形状や物性値などを同時に一挙に計算できるなど
の効果がある。また、機能特性分布の変量が級数展開を
用いた近似式で表されるので計算が高速になる効果もあ
る。
According to the twelfth aspect of the present invention, the apparatus for optimally designing the target system includes means for calculating the function characteristic distribution of the target system as a function of variables, and the function characteristic distribution and the desired function specific distribution. Since it is composed of means for creating equations by equalization and means for solving the equations to realize the desired functional characteristic distribution, it is possible to shorten the time until the parameter values are obtained, resulting in accurate results. And the characteristics of the distribution with respect to the parameters can be easily grasped, and the shape and the physical property value that give a plurality of desired functional characteristic distributions can be calculated all at once. In addition, since the variate of the functional characteristic distribution is represented by an approximate expression using series expansion, there is also an effect that the calculation becomes faster.

【0161】請求項13記載の発明によれば、対象シス
テムを最適設計する装置を、対象システムの機能特性分
布を変数の関数として算出する手段と、その機能特性分
布と所望の機能特性分布の残差の2乗和より残差方程式
を作成する手段と、その残差方程式を最小化して所望の
機能特性分布を実現する手段とによって構成したので、
パラメータ値を得るまでの時間を短縮することが可能と
なり、精度のよい結果を得ることができ、パラメータに
対する分布の特性の把握も容易となり、最適なパラメー
タ値を正しく決定できるばかりか、残差の2乗和の評価
を複数同時に行えるなどの効果がある。また、機能特性
分布の変量が級数展開を用いた近似式で表されるので計
算が高速になる効果もある。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the apparatus for optimally designing the target system calculates the functional characteristic distribution of the target system as a function of the variable, and the remaining of the functional characteristic distribution and the desired functional characteristic distribution. Since it is configured by means for creating a residual equation from the sum of squared differences and means for minimizing the residual equation to realize a desired functional characteristic distribution,
It is possible to shorten the time to obtain the parameter values, obtain accurate results, and easily understand the characteristics of the distribution with respect to the parameters. There is an effect that multiple sums of squares can be evaluated simultaneously. In addition, since the variate of the functional characteristic distribution is represented by an approximate expression using series expansion, there is also an effect that the calculation becomes faster.

【0162】請求項14記載の発明によれば、対象シス
テムを推定する装置を、変数パラメータを含む対象シス
テムの物理量分布を変数の関数として算出する手段と、
その物理量分布と実測された物理量分布とを等値して方
程式を作成する手段と、その方程式を解いて物体の内部
状態を推定する手段とによって構成したので、推定値を
得るまでの時間を短縮することが可能となり、精度のよ
い結果を得ることができる効果がある。また、物理量分
布の変量が級数展開を用いた近似式で表されるので計算
が高速になる効果もある。
According to the fourteenth aspect of the present invention, the apparatus for estimating the target system comprises means for calculating the physical quantity distribution of the target system including variable parameters as a function of variables.
Since the physical quantity distribution and the measured physical quantity distribution are equalized to create an equation and the equation is solved to estimate the internal state of the object, the time to obtain the estimated value is shortened. Therefore, there is an effect that an accurate result can be obtained. In addition, since the variate of the physical quantity distribution is expressed by an approximate expression using series expansion, there is also an effect of speeding up the calculation.

【0163】請求項15記載の発明によれば、対象シス
テムを推定する装置を、変数パラメータを含む対象シス
テムの物理量分布を変数の関数として算出する手段と、
その物理量分布と実測された物理量分布との残差の2乗
和より残差方程式を作成する手段と、その残差方程式を
最小化して物体の内部状態を推定する手段とによって構
成したので、推定値を得るまでの時間を短縮することが
可能となり、精度のよい結果を得ることもでき、さら
に、最適な推定値を正しく決定できるなどの効果があ
る。また、物理量分布の変量が級数展開を用いた近似式
で表されるので計算が高速になる効果もある。
According to the fifteenth aspect of the present invention, the apparatus for estimating the target system comprises means for calculating the physical quantity distribution of the target system including variable parameters as a function of variables.
The estimation is made by means of means for creating a residual equation from the sum of squares of residuals between the physical quantity distribution and the measured physical quantity distribution, and means for estimating the internal state of the object by minimizing the residual equation. It is possible to shorten the time until the value is obtained, obtain an accurate result, and further, it is possible to correctly determine the optimum estimated value. In addition, since the variate of the physical quantity distribution is expressed by an approximate expression using series expansion, there is also an effect of speeding up the calculation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の基本となる概念を説明するための説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a basic concept of the present invention.

【図2】請求項1記載の発明の一実施例による対象シス
テムを制御または決定する方法を示すフローチャートで
ある。
FIG. 2 is a flowchart showing a method for controlling or determining a target system according to an embodiment of the present invention.

【図3】請求項2記載の発明の一実施例による対象シス
テムを制御または決定する方法を示すフローチャートで
ある。
FIG. 3 is a flowchart showing a method for controlling or determining a target system according to an embodiment of the invention as set forth in claim 2;

【図4】請求項3記載の発明の一実施例による対象シス
テムを推定する方法を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a method for estimating a target system according to an embodiment of the invention as set forth in claim 3;

【図5】請求項4記載の発明の一実施例による対象シス
テムを推定する方法を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a method for estimating a target system according to an embodiment of the present invention.

【図6】請求項5記載の発明の一実施例による対象シス
テムを制御または決定する装置を示すブロック図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram showing an apparatus for controlling or determining a target system according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図7】請求項6記載の発明の一実施例による対象シス
テムを制御または決定する装置を示すブロック図であ
る。
FIG. 7 is a block diagram showing an apparatus for controlling or determining a target system according to an embodiment of the present invention.

【図8】請求項7記載の発明の一実施例による対象シス
テムを推定する装置を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an apparatus for estimating a target system according to an embodiment of the present invention.

【図9】請求項8記載の発明の一実施例による対象シス
テムを推定する装置を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing an apparatus for estimating a target system according to an embodiment of the present invention.

【図10】上記図6〜図9に示す装置の具体的な構成例
を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a specific configuration example of the device shown in FIGS. 6 to 9;

【図11】1次元伝送線路問題を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a one-dimensional transmission line problem.

【図12】ラプラス方程式で現象が表現される長方形領
域における境界値問題を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a boundary value problem in a rectangular area in which a phenomenon is expressed by the Laplace equation.

【図13】熱伝導問題のモデルを示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a model of a heat conduction problem.

【図14】平行平板電極間の内部電位を求める問題のモ
デルを示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a model of a problem of obtaining an internal potential between parallel plate electrodes.

【図15】ポテンシャルの寸法に対する特性を示す特性
図である。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing characteristics with respect to a potential size.

【図16】円板状導電体モデルを示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing a disc-shaped conductor model.

【図17】節点の電圧の寸法に対する特性を示す特性図
である。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing characteristics of node voltages with respect to dimensions.

【図18】節点の電圧および残差2乗和の寸法に対する
特性を示す特性図である。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing characteristics with respect to a voltage of a node and a dimension of a residual sum of squares.

【図19】自動車周囲の空気の流れの解析例を示す説明
図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of analysis of the flow of air around a vehicle.

【図20】中空金属シャフト内部の応力分布の解析例を
示す説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of analysis of stress distribution inside a hollow metal shaft.

【図21】正方形導電体モデルの内部導電率の推定方法
を説明するための説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining a method of estimating the internal conductivity of a square conductor model.

【図22】この発明による対象システムを制御または決
定・推定する方法およびその装置を、反応炉内部の温度
分布推定・制御に適用した適用例を示す概念図である。
FIG. 22 is a conceptual diagram showing an application example in which the method for controlling or determining / estimating a target system and the apparatus thereof according to the present invention is applied to temperature distribution estimation / control in a reactor.

【図23】この発明による対象システムを制御または決
定・推定する方法およびその装置を、電磁雑音の遮蔽体
の設計に適用した適用例を示す概念図である。
FIG. 23 is a conceptual diagram showing an application example in which the method for controlling or determining / estimating the target system and the apparatus according to the present invention are applied to the design of a shield for electromagnetic noise.

【図24】上記各適用例を一般化したプロセス装置の構
成を示すブロック図である。
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of a process device that generalizes each of the application examples.

【図25】この発明による対象システムを制御または決
定・推定する装置を実現する計算機システムを示すブロ
ック図である。
FIG. 25 is a block diagram showing a computer system that realizes an apparatus for controlling or determining / estimating a target system according to the present invention.

【図26】この発明の優位性を説明するための説明図で
ある。
FIG. 26 is an explanatory diagram for explaining the superiority of the present invention.

【図27】従来の物体のパラメータ決定方法の処理を示
すフローチャートである。
FIG. 27 is a flowchart showing a process of a conventional object parameter determining method.

【図28】電磁石の2次元解析モデルを示す説明図であ
る。
FIG. 28 is an explanatory diagram showing a two-dimensional analytical model of an electromagnet.

【図29】電磁石の形状の収束の様子を示す説明図であ
る。
FIG. 29 is an explanatory diagram showing how the shape of the electromagnet converges.

【図30】人体の胸部断面モデルを示す説明図である。FIG. 30 is an explanatory diagram showing a chest cross-section model of a human body.

【図31】推定誤差平均と有限要素法による解析の反復
回数との関係を示す説明図である。
FIG. 31 is an explanatory diagram showing a relationship between an estimated error average and the number of iterations of analysis by the finite element method.

【図32】局所的な最小値が存在する様子を示す説明図
である。
FIG. 32 is an explanatory diagram showing a state in which a local minimum value exists.

【図33】対象システムを記述した行列方程式を級数展
開式を用いて近似して解く方法の概略を示したフローチ
ャートである。
FIG. 33 is a flowchart showing an outline of a method for approximating and solving a matrix equation describing a target system using a series expansion formula.

【図34】楕円形状を有する薄膜抵抗体の2次元モデル
を示す図である。
FIG. 34 is a diagram showing a two-dimensional model of a thin film resistor having an elliptical shape.

【図35】図34に示す薄膜抵抗体の4分の1領域の有
限要素モデルを示す図である。
35 is a diagram showing a finite element model of a quarter region of the thin film resistor shown in FIG. 34.

【図36】級数展開しない場合における設計パラメータ
aに対する薄膜抵抗体の抵抗値をプロットしたグラフ図
ある。
FIG. 36 is a graph chart in which the resistance value of the thin film resistor is plotted against the design parameter a in the case where the series expansion is not performed.

【図37】級数展開した場合における設計パラメータa
に対する薄膜抵抗体の抵抗値をプロットしたグラフ図で
ある。
FIG. 37: Design parameter a in case of series expansion
It is the graph figure which plotted the resistance value of the thin film resistor with respect to.

【図38】級数展開した場合の誤差を示すグラフ図であ
る。
FIG. 38 is a graph showing an error when a series expansion is performed.

【図39】図12における点Pの電位を設計パラメータ
cに対してプロットしたグラフ図である。
39 is a graph diagram in which the potential at the point P in FIG. 12 is plotted against the design parameter c.

【図40】図12における点Pの電位を級数展開して求
めた場合の誤差を示すグラフ図である。
FIG. 40 is a graph showing an error when the potential of the point P in FIG. 12 is obtained by series expansion.

【図41】半径aの円断面を有するダイポールアンテナ
の1次元モデルを示す図である。
FIG. 41 is a diagram showing a one-dimensional model of a dipole antenna having a circular cross section with a radius a.

【図42】図41に示すアンテナの入力抵抗RinのL/
λ依存性を示すグラフ図である。
42 is an L / of the input resistance R in of the antenna shown in FIG. 41;
It is a graph which shows lambda dependence.

【図43】図41に示すアンテナの0.05<L/λ<
0.15に対する入力抵抗Rinをプロットしたグラフ図
である。
43] 0.05 <L / λ <of the antenna shown in FIG. 41
Is a graph plotting the input resistance R in for 0.15.

【図44】図41に示すアンテナの入力インピーダンス
を求める場合に、級数展開した場合と級数展開しなかっ
た場合とを重ねて示したグラフ図である。
FIG. 44 is a graph diagram in which, when obtaining the input impedance of the antenna shown in FIG. 41, a case where series expansion is performed and a case where series expansion is not performed are overlapped and shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

201 関数を算出する手段 202 方程式を作成する手段 203 方程式を解く手段 211 関数を算出する手段 212 残差方程式を作成する手段 213 残差方程式を最小化する手段 221 関数を算出する手段 222 方程式を作成する手段 223 方程式を解く手段 231 関数を算出する手段 232 残差方程式を作成する手段 233 残差方程式を最小化する手段 201 means for calculating a function 202 means for creating an equation 203 means for solving an equation 211 means for calculating a function 212 means for creating a residual equation 213 means for minimizing a residual equation 221 means for calculating a function 222 creating an equation Means 223 means to solve equations 231 means to calculate functions 232 means to create residual equations 233 means to minimize residual equations

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象システムを規定する各パラメータの
うちの少なくとも1つのパラメータを変数とするステッ
プと、前記システムの機能特性分布を前記変数の関数と
して算出するステップと、算出された前記機能特性分布
と所望の機能特性分布とを等値して前記変数を含む方程
式を作成するステップと、前記方程式を解いて前記所望
の機能特性分布を実現するパラメータの制御または決定
を行うステップとを具備する対象システムを最適設計す
る方法において、前記システムの機能特性分布を前記変
数の関数として算出するステップは、前記機能特性分布
を与える変量を前記変数に関する未定係数の級数展開式
で表現する第1のステップと、前記システムを記述する
行列方程式に前記未定係数の前記級数展開式で表現した
前記機能特性分布を与える変量を代入する第2のステッ
プと、前記第2のステップにおける代入によって得られ
た式から前記変数に関する恒等多項式を得る第3のステ
ップと、前記級数展開式における前記未定係数の値を前
記恒等多項式から得た連立方程式を用いて求める第4の
ステップとを有することを特徴とした対象システムを最
適設計する方法。
1. A step of using at least one parameter among parameters defining a target system as a variable, a step of calculating a functional characteristic distribution of the system as a function of the variable, and the calculated functional characteristic distribution. And a desired functional characteristic distribution are equalized to create an equation including the variable, and a step of solving the equation to control or determine a parameter for realizing the desired functional characteristic distribution In the method for optimally designing a system, the step of calculating the functional characteristic distribution of the system as a function of the variable includes a first step of expressing a variable giving the functional characteristic distribution by a series expansion formula of undetermined coefficients relating to the variable. , The functional characteristic distribution expressed by the series expansion equation of the undetermined coefficient in the matrix equation describing the system The second step of substituting a given variable, the third step of obtaining an identity polynomial for the variable from the equation obtained by the substitution in the second step, and the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation And a fourth step of obtaining it by using simultaneous equations obtained from the identity polynomial.
【請求項2】 対象システムを規定する各パラメータの
うちの少なくとも1つのパラメータを変数とするステッ
プと、前記システムの機能特性分布を前記変数の関数と
して算出するステップと、算出された前記機能特性分布
と所望の機能特性分布との残差の2乗和によって前記変
数を含む残差方程式を作成するステップと、前記残差方
程式を最小化して前記所望の機能特性分布を実現するス
テップとを有する、対象システムを最適設計する方法に
おいて、前記システムの機能特性分布を前記変数の関数
として算出するステップは、前記機能特性分布を与える
変量を前記変数に関する未定係数の級数展開式で表現す
る第1のステップと、前記システムを記述する行列方程
式に前記未定係数の前記級数展開式で表現した前記機能
特性分布を与える変量を代入する第2のステップと、前
記第2のステップにおける代入によって得られた式から
前記変数に関する恒等多項式を得る第3のステップと、
前記級数展開式における前記未定係数の値を前記恒等多
項式から得た連立方程式を用いて求める第4のステップ
とを有することを特徴とした対象システムを最適設計す
る方法。
2. A step of using at least one parameter among parameters defining a target system as a variable, a step of calculating a functional characteristic distribution of the system as a function of the variable, and the calculated functional characteristic distribution. And a step of creating a residual equation including the variable by the sum of squares of residuals of the desired functional characteristic distribution, and a step of minimizing the residual equation to realize the desired functional characteristic distribution. In the method of optimally designing a target system, the step of calculating the functional characteristic distribution of the system as a function of the variable is a first step of expressing a variable giving the functional characteristic distribution by a series expansion equation of an undetermined coefficient related to the variable. And a transformation giving the functional characteristic distribution expressed by the series expansion equation of the undetermined coefficient to the matrix equation describing the system. A second step of substituting a quantity, and a third step of obtaining an identity polynomial for the variable from the expression obtained by the substitution in the second step,
A fourth step of obtaining the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation by using a simultaneous equation obtained from the identity polynomial, the method for optimally designing a target system.
【請求項3】 対象システムの内部状態を変数とするス
テップと、前記システムについて測定しうる物理量分布
を前記変数の関数として算出するステップと、算出され
た前記物理量分布と現実に測定された物理量分布とを等
値して前記変数を含む方程式を作成するステップと、前
記方程式を解いて前記システムの内部状態の推定を行う
対象システムを推定する方法において、前記システムに
ついて測定しうる物理量分布を前記変数の関数として算
出するステップは、前記物理量分布を与える変量を前記
変数に関する未定係数の級数展開式で表現する第1のス
テップと、前記システムを記述する行列方程式に前記未
定係数の前記級数展開式で表現した前記物理量分布を与
える変量を代入する第2のステップと、前記第2のステ
ップにおける代入によって得られた式から前記変数に関
する恒等多項式を得る第3のステップと、前記級数展開
式における前記未定係数の値を前記恒等多項式から得た
連立方程式を用いて求める第4のステップとを有するこ
とを特徴とした対象システムを推定する方法。
3. A step of using an internal state of a target system as a variable, a step of calculating a physical quantity distribution measurable with respect to the system as a function of the variable, the calculated physical quantity distribution and an actually measured physical quantity distribution. And a method of estimating an object system for estimating the internal state of the system by solving the equation, the physical quantity distribution measurable for the system being the variable. The step of calculating as a function of is the first step of expressing the variable giving the physical quantity distribution by a series expansion formula of the undetermined coefficient relating to the variable, and the matrix expansion describing the system by the series expansion formula of the undetermined coefficient. The second step of substituting the expressed variable for giving the physical quantity distribution and the substituting in the second step Therefore, the third step of obtaining the identity polynomial for the variable from the equation obtained, and the fourth step of obtaining the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation using the simultaneous equation obtained from the identity polynomial equation. A method for estimating a target system characterized by having.
【請求項4】 対象システムの内部状態を変数とするス
テップと、前記対象システムについて測定しうる物理量
分布を前記変数の関数として算出するステップと、算出
された前記物理量分布と現実に測定された物理量分布と
の残差の2乗和によって前記変数を含む残差方程式を作
成するステップと、前記残差方程式を最小化して前記対
象システムの内部状態の推定を行う、対象システムを推
定する方法において、前記システムについて測定しうる
物理量分布を前記変数の関数として算出するステップ
は、前記物理量分布を与える変量を前記変数に関する未
定係数の級数展開式で表現する第1のステップと、前記
システムを記述する行列方程式に前記未定係数の前記級
数展開式で表現した前記物理量分布を与える変量を代入
する第2のステップと、前記第2のステップにおける代
入によって得られた式から前記変数に関する恒等多項式
を得る第3のステップと、前記級数展開式における前記
未定係数の値を前記恒等多項式から得た連立方程式を用
いて求める第4のステップとを有することを特徴とした
対象システムを推定する方法。
4. A step of using an internal state of a target system as a variable, a step of calculating a physical quantity distribution measurable for the target system as a function of the variable, the calculated physical quantity distribution and an actually measured physical quantity. A step of creating a residual equation including the variable by a sum of squares of residuals with a distribution; and a method of estimating a target system, which estimates the internal state of the target system by minimizing the residual equation, The step of calculating a physical quantity distribution measurable for the system as a function of the variable comprises a first step of expressing a variable giving the physical quantity distribution by a series expansion equation of an undetermined coefficient relating to the variable, and a matrix describing the system. A second step of substituting into the equation a variable giving the physical quantity distribution expressed by the series expansion of the undetermined coefficient; , A third step of obtaining an identity polynomial for the variable from the equation obtained by the substitution in the second step, and a simultaneous equation obtained by obtaining the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation from the identity polynomial. And a fourth step of obtaining the target system.
【請求項5】 前記第3のステップは前記未定係数の数
と前記連立方程式の式の数が一致するまで前記変数の次
数の低い項から高い項まで採用するステップを含む請求
項1乃至4記載の方法。
5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the third step includes a step of adopting a low-order term to a high-order term of the variable until the number of undetermined coefficients and the number of equations of the simultaneous equations match. the method of.
【請求項6】 前記第3のステップにおいて、前記行列
方程式に関する多項式を得るために前記変数に関して級
数展開したことを特徴とする請求項1乃至5記載の方
法。
6. The method according to claim 1, wherein in the third step, series expansion is performed on the variables to obtain a polynomial for the matrix equation.
【請求項7】 前記行列方程式において各要素の分母関
数の最小公倍数を両辺に乗じて多項式表現に変換するこ
とを特徴とする請求項1乃至5記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the least common multiple of the denominator function of each element in the matrix equation is multiplied to convert both sides into a polynomial expression.
【請求項8】 前記級数展開式としてテイラー展開式ま
たはマクローリン展開式を用いたことを特徴とする請求
項1乃至7記載の方法。
8. The method according to claim 1, wherein a Taylor expansion formula or a Maclaurin expansion formula is used as the series expansion formula.
【請求項9】 前記システムを記述する方程式の導出に
おいて有限要素法を用いた請求項1乃至8記載の方法。
9. A method according to claim 1, wherein a finite element method is used in deriving an equation describing the system.
【請求項10】 前記システムを記述する方程式の導出
において境界要素法を用いた請求項1乃至8記載の方
法。
10. A method according to claim 1, wherein the boundary element method is used in the derivation of the equations describing the system.
【請求項11】 前記システムを記述する方程式の導出
においてモーメント法を用いた請求項1乃至8記載の方
法。
11. A method according to claim 1, wherein the method of moments is used in the derivation of the equations describing the system.
【請求項12】 対象システムを規定する各パラメータ
のうちの少なくとも1つのパラメータを変数とし、前記
対象システムの機能特性分布を前記変数の関数として算
出する手段と、算出された前記機能特性分布と所望の機
能特性分布とを等値して前記変数を含む方程式を作成す
る手段と、前記方程式を解いて前記所望の機能特性分布
を実現するパラメータの制御もしくは決定を行う手段と
を備えた対象システムを最適設計する装置において、前
記対象システムの機能特性分布を前記変数の関数として
算出する手段は、前記機能特性分布を与える変量を前記
変数に関する未定係数の級数展開式で表現し、前記シス
テムを記述する行列方程式に前記未定係数の前記級数展
開式で表現した前記機能特性分布を与える変量を代入
し、この代入によって得られた式から前記変数に関する
恒等多項式を得、前記級数展開式における前記未定係数
の値を前記恒等多項式から得た連立方程式を用いて求め
ることによって前記変数の関数として算出することを特
徴とした対象システムを最適設計する装置。
12. Means for calculating a functional characteristic distribution of the target system as a function of the variable by using at least one parameter among parameters defining the target system as a variable, and the calculated functional characteristic distribution and a desired value. And a means for creating an equation that includes the variable by equalizing the functional characteristic distribution of, and a means for controlling or determining a parameter that solves the equation to realize the desired functional characteristic distribution. In the apparatus for optimal design, the means for calculating the functional characteristic distribution of the target system as a function of the variable expresses the variable giving the functional characteristic distribution by a series expansion equation of undetermined coefficients relating to the variable, and describes the system. Substituting a variable that gives the functional characteristic distribution expressed by the series expansion equation of the undetermined coefficient into the matrix equation, and by this substitution, The identity polynomial for the variable is obtained from the obtained equation, and the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation is calculated as a function of the variable by using a simultaneous equation obtained from the identity polynomial. A device that optimally designs the target system.
【請求項13】 対象システムを規定する各パラメータ
のうち少なくても1つのパラメータを変数とし、前記シ
ステムの機能分布を前記変数の関数として算出する手段
と、算出された前記機能特性分布と所望の機能特性分布
との残差の2乗和によって前記変数を含む残差方程式を
作成する手段と、前記残差方程式を最小化して前記所望
の機能特性分布を実現するパラメータの制御もしくは決
定を行う手段とを備えた対象システムを最適設計する装
置において、前記対象システムの機能特性分布を前記変
数の関数として算出する手段は、前記機能特性分布を与
える変量を前記変数に関する未定係数の級数展開式で表
現し、前記システムを記述する行列方程式に前記未定係
数の前記級数展開式で表現した前記機能特性分布を与え
る変量を代入し、この代入によって得られた式から前記
変数に関する恒等多項式を得、前記級数展開式における
前記未定係数の値を前記恒等多項式から得た連立方程式
を用いて求めることによって前記変数の関数として算出
することを特徴とした対象システムを最適設計する装
置。
13. A means for calculating a function distribution of the system as a function of the variable by using at least one parameter among the parameters defining the target system as a variable, and the calculated function characteristic distribution and a desired value. Means for creating a residual equation including the variable by the sum of squares of residuals with the functional characteristic distribution, and means for controlling or determining parameters for minimizing the residual equation to realize the desired functional characteristic distribution. In a device for optimally designing a target system including and, means for calculating the functional characteristic distribution of the target system as a function of the variable expresses a variable giving the functional characteristic distribution by a series expansion formula of an undetermined coefficient related to the variable. Then, substitute a variable that gives the functional characteristic distribution expressed by the series expansion equation of the undetermined coefficient into the matrix equation that describes the system, The identity polynomial for the variable is obtained from the equation obtained by substituting, and the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation is calculated as a function of the variable by using the simultaneous equation obtained from the identity polynomial. A device that optimally designs the target system.
【請求項14】 対象システムの内部状態を変数とし、
前記対象システムについて測定しうる物理量分布を前記
変数の関数として算出する手段と、算出された前記物理
量分布と現実に測定された物理量分布とを等値して前記
変数を含む方程式を作成する手段と、前記方程式を解い
て前記システムの内部状態の推定を行う手段とを備えた
対象システムを推定する装置において、前記システムに
ついて測定しうる物理量分布を前記変数の関数として算
出する手段は、前記物理量分布を与える変量を前記変数
に関する未定係数の級数展開式で表現し、前記システム
を記述する行列方程式に前記未定係数の前記級数展開式
で表現した前記物理量分布を与える変量を代入し、この
代入によって得られた式から前記変数に関する恒等多項
式を得、前記級数展開式における前記未定係数の値を前
記恒等多項式から得た連立方程式を用いて求めることに
よって前記変数の関数として算出することを特徴とした
対象システムを推定する装置。
14. The internal state of the target system is used as a variable,
Means for calculating a physical quantity distribution measurable for the target system as a function of the variable; means for creating an equation including the variable by equalizing the calculated physical quantity distribution and the actually measured physical quantity distribution; In the apparatus for estimating the target system, which comprises means for solving the equation and estimating the internal state of the system, the means for calculating a physical quantity distribution measurable for the system as a function of the variable is the physical quantity distribution. Is expressed by a series expansion formula of an undetermined coefficient relating to the variable, and the variable giving the physical quantity distribution expressed by the series expansion formula of the undetermined coefficient is substituted into a matrix equation that describes the system, and obtained by this substitution. The identity polynomial for the variable is obtained from the given equation, and the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation is obtained from the identity polynomial. Apparatus for estimating the target system and calculates as a function of said variable by determining using the simultaneous equations were.
【請求項15】 対象システムの内部状態を変数とし、
前記対象システムについて測定しうる物理量分布を前記
変数の関数として算出する手段と、算出された前記物理
量分布と現実に測定された物理量分布との残差の2乗和
によって前記変数を含む残差方程式を作成する手段と、
前記残差方程式を最小化して前記システムの内部状態の
推定を行う手段とを備えた対象システムを推定する装置
において、前記システムについて測定しうる物理量分布
を前記変数の関数として算出する手段は、前記物理量分
布を与える変量を前記変数に関する未定係数の級数展開
式で表現し、前記システムを記述する行列方程式に前記
未定係数の前記級数展開式で表現した前記物理量分布を
与える変量を代入し、この代入によって得られた式から
前記変数に関する恒等多項式を得、前記級数展開式にお
ける前記未定係数の値を前記恒等多項式から得た連立方
程式を用いて求めることによって前記変数の関数しとて
算出することを特徴とした対象システムを推定する装
置。
15. The internal state of the target system is used as a variable,
Means for calculating a physical quantity distribution that can be measured for the target system as a function of the variable, and a residual equation including the variable by a sum of squares of residuals between the calculated physical quantity distribution and the actually measured physical quantity distribution. Means to create
In an apparatus for estimating a target system, which comprises means for estimating the internal state of the system by minimizing the residual equation, means for calculating a physical quantity distribution that can be measured for the system as a function of the variable, A variable giving a physical quantity distribution is expressed by a series expansion formula of an undetermined coefficient relating to the variable, and the variable giving the physical quantity distribution expressed by the series expansion formula of the unknown coefficient is substituted into a matrix equation describing the system, and this substitution is performed. The identity polynomial for the variable is obtained from the equation obtained by, and the value of the undetermined coefficient in the series expansion equation is obtained by using the simultaneous equation obtained from the identity polynomial to calculate as a function of the variable. An apparatus for estimating a target system characterized by the above.
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