JPH09160903A - Method for estimating physical quantity distribution - Google Patents

Method for estimating physical quantity distribution

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JPH09160903A
JPH09160903A JP31682195A JP31682195A JPH09160903A JP H09160903 A JPH09160903 A JP H09160903A JP 31682195 A JP31682195 A JP 31682195A JP 31682195 A JP31682195 A JP 31682195A JP H09160903 A JPH09160903 A JP H09160903A
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JP
Japan
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equation
matrix
physical quantity
quantity distribution
solution
Prior art date
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Application number
JP31682195A
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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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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a physical quantity distribution estimating method by which the calculating time for a matrix equation can be remarkably shortened and the physical quantity distribution can be estimated at a high speed by converting a close matrix into a non-dense matrix in which many zero elements are included by a wavelet conversion processing and solving the matrix equation. SOLUTION: An imparted governing equation is converted into a boundary integral equation (ST2), the boundary integral equation is converted into a digitizing equation (ST3), the digitizing equation is converted into a matrix equation A.x=b (ST4), a wavelet conversion is performed for the obtained matrix equation A.x=b (ST4), the converted matrix equation At .xt =bt is approximately solved by substituting zero for the matrix element whose absolute value is threshold or below in the matrix At , (ST6) approximate physical quantity distribution x* is determined by performing a wavelet inverse conversion for the approximate solution xt (ST7) and the correction of the approximate physical quantity distribution x* is performed by the repeated calculation (ST8).

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電位分布、電磁
界分布、応力分布、変位分布、温度分布などをはじめと
する各種物理量分布を高速に推定する方法に関するもの
であり、さらに詳しくは、境界要素法と呼ばれる物理量
分布の推定方法を著しく高速化した物理量分布推定方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for rapidly estimating various physical quantity distributions such as potential distribution, electromagnetic field distribution, stress distribution, displacement distribution, temperature distribution and the like. The present invention relates to a physical quantity distribution estimation method in which the physical quantity distribution estimation method called the element method is significantly speeded up.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9は、例えば「境界要素解析」(榎薗
正人著、昭和61年 培風館発行)の19頁に示され
た、従来の境界要素法による物理量分布推定方法をわか
りやすく改変して示す説明図である。図において、1は
対象システムの物理現象を表す支配方程式を与えるため
の支配方程式設定部、2は与えられた支配方程式を境界
積分方程式に変換する境界積分方程式変換部であり、3
はこの境界積分方程式への変換に用いられる積分定理で
ある。4はその境界積分方程式を離散化方程式に変換す
る離散化方程式変換部であり、5はこの離散化方程式へ
の変換の際の、境界を複数の要素に分割した境界要素で
ある。6はその離散化方程式より連立一次方程式(実際
には行列方程式A・x=b)を導出する連立一次方程式
変換部であり、7はこの行列方程式A・x=bをガウス
の消去法で解いて未知ベクトルxを得る行列方程式計算
部である。
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows a modification of the conventional physical quantity distribution estimation method by the boundary element method shown on page 19 of "Boundary element analysis" (Masato Enokizono, published by Baifukan in 1986). FIG. In the figure, 1 is a governing equation setting unit for giving a governing equation representing a physical phenomenon of a target system, and 2 is a boundary integral equation converting unit for converting the given governing equation into a boundary integral equation.
Is the integral theorem used to convert this boundary integral equation. Reference numeral 4 is a discretization equation conversion unit that converts the boundary integral equation into a discretization equation, and reference numeral 5 is a boundary element obtained by dividing the boundary into a plurality of elements at the time of conversion into the discretization equation. 6 is a simultaneous linear equation conversion unit that derives a simultaneous linear equation (actually, matrix equation A · x = b) from the discretized equation, and 7 solves this matrix equation A · x = b by the Gaussian elimination method. And a matrix equation calculation section for obtaining the unknown vector x.

【0003】以下、この図9に従って従来の物理量分布
推定方法について説明する。まず最初に、支配方程式設
定部1において、対象システムの物理現象を表す支配方
程式を微分方程式および境界条件式によって与える。次
に境界積分方程式変換部2において、この支配方程式設
定部1にて与えられた支配方程式を、積分定理3を用い
て対象システムの境界領域における境界積分方程式に変
換する。次に境界をたくさんの境界要素5に分割し、境
界積分方程式変換部2で得られた境界積分方程式より離
散化方程式変換部4にて離散化方程式を作る。次に連立
一次方程式変換部6において、その離散化方程式変換部
4で得られた離散化方程式より連立一次方程式(実際に
は行列方程式A・x=b)を導出する。そして行列方程
式計算部7において、連立一次方程式変換部6で得られ
た行列方程式A・x=bより、ガウスの消去法などを用
いて未知ベクトルxを解く。ここで、上記離散化方程式
変換部4、連立一次方程式変換部6、および行列方程式
計算部7は、コンピュータ・ブログラミングによって実
現されている。
A conventional physical quantity distribution estimating method will be described below with reference to FIG. First, in the governing equation setting unit 1, a governing equation representing a physical phenomenon of the target system is given by a differential equation and a boundary condition expression. Next, in the boundary integral equation conversion unit 2, the governing equation given by the governing equation setting unit 1 is converted into a boundary integral equation in the boundary region of the target system using the integration theorem 3. Next, the boundary is divided into many boundary elements 5, and the discretization equation conversion unit 4 creates a discretized equation from the boundary integral equation obtained by the boundary integral equation conversion unit 2. Next, the simultaneous linear equation conversion unit 6 derives a simultaneous linear equation (actually matrix equation A · x = b) from the discretized equation obtained by the discretized equation conversion unit 4. Then, the matrix equation calculation unit 7 solves the unknown vector x from the matrix equation A · x = b obtained by the simultaneous linear equation conversion unit 6 by using the Gaussian elimination method or the like. Here, the discrete equation conversion unit 4, the simultaneous linear equation conversion unit 6, and the matrix equation calculation unit 7 are realized by computer blog programming.

【0004】なお、上記行列方程式A・x=b中の、A
は対象システムに依存するシステム行列、xは前記境界
上の未知の物理量分布を表す未知ベクトル、bは定数ベ
クトルをそれぞれ示している。
In the matrix equation A · x = b, A
Is a system matrix depending on the target system, x is an unknown vector representing an unknown physical quantity distribution on the boundary, and b is a constant vector.

【0005】ここで、実際の計算においては、対象シス
テムに依存するシステム行列Aを導出するための時間に
比べて、行列方程式A・x=bを解くための時間が大変
長くなる。これは、ゼロ要素がほとんどない行列(通常
密行列と呼ばれている)に関する行列方程式を解く必要
があり、さらにこの行列は非対称行列であるため、計算
効率の悪いガウスの消去法、またはLU分解という方法
を用いる必要があるからである。
Here, in the actual calculation, the time for solving the matrix equation A · x = b becomes much longer than the time for deriving the system matrix A depending on the target system. This requires solving a matrix equation for a matrix with few zero elements (usually called a dense matrix), and because this matrix is asymmetric, it is a computationally inefficient Gaussian elimination or LU factorization. This is because it is necessary to use this method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の物理量分布推定
方法は以上のように構成されているので、ゼロ要素がほ
とんどない密行列と呼ばれる行列に関する行列方程式を
解く必要があり、さらにこの行列は非対称行列であるた
め、計算効率の悪いガウスの消去法やLU分解などの方
法により解を求めざるを得ず、その計算時間が非常に長
くなるという課題があった。
Since the conventional physical quantity distribution estimation method is configured as described above, it is necessary to solve a matrix equation for a matrix called a dense matrix with almost zero elements, and this matrix is asymmetric. Since it is a matrix, the solution has to be obtained by a method such as Gaussian elimination method or LU decomposition, which has low calculation efficiency, and there is a problem that the calculation time becomes very long.

【0007】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、ウェーブレット変換処理により、
密行列をゼロ要素が多く含まれる疎行列に変換して行列
方程式を解くことによって、その計算時間を大幅に短縮
し、高速に物理量分布を推定することができる物理量分
布推定方法を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by the wavelet transform processing,
By converting a dense matrix into a sparse matrix containing many zero elements and solving the matrix equation, the calculation time is greatly shortened, and a physical quantity distribution estimation method that can estimate the physical quantity distribution at high speed is obtained. And

【0008】請求項1記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、与えられた支配方程式を境界積分方程式に、そ
の境界積分方程式を離散化方程式に、その離散化方程式
を行列方程式A・x=bに順次変換し、得られた行列方
程式A・x=bをウェーブレット変換したAt ・xt
t を、その行列At 中の絶対値が閾値以下の行列要素
をゼロに置き換えることによって近似的に解き、得られ
た近似解xt をウェーブレット逆変換することで近似的
な物理量分布x* を求め、その近似的な物理量分布x*
を繰り返し計算によつて補正することによって解の精度
を向上させたものである。
In the physical quantity distribution estimating method according to the present invention, a given governing equation is a boundary integral equation, the boundary integral equation is a discretizing equation, and the discretizing equation is a matrix equation A · x = b. And the resulting matrix equation A · x = b is wavelet-transformed A t · x t =
The b t, the matrix A absolute value in t approximately solved by replaces the following matrix elements threshold to zero, the amount of approximate physical The resulting approximate solution x t by the inverse wavelet transform distribution x * And the approximate physical quantity distribution x *
The accuracy of the solution is improved by correcting by using the iterative calculation.

【0009】請求項2記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、ドビッシーの4係数型ウェーブレットを用いて
ウェーブレット変換を行うようにしたものである。
In the physical quantity distribution estimating method according to the second aspect of the present invention, the wavelet transform is performed using the four coefficient type wavelet of Dobby.

【0010】請求項3記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、ウェーブレット変換された行列方程式At ・x
t =bt を近似的に解く際の閾値を、行列At の各行列
要素の絶対値の最大値の0.01%ないし0.0000
1%の範囲に選定したものである。
A physical quantity distribution estimating method according to a third aspect of the present invention is a wavelet-transformed matrix equation A t · x.
t = the threshold value in solving approximately the b t, to 0.01% of the maximum value of the absolute values of the matrix elements of the matrix A t 0.0000
It is selected in the range of 1%.

【0011】請求項4記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、前処理付き双共役勾配法を用いて行列方程式A
t ・xt =bt を近似的に解くようにしたものである。
In the physical quantity distribution estimating method according to the present invention, the matrix equation A is obtained by using the preconditioned bi-conjugate gradient method.
This is an approximate solution of t · x t = b t .

【0012】請求項5記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、境界積分方程式の離散化方程式への変換に際し
て、離散化したときの境界要素数が2のべき乗となるよ
うにしたものである。
In the physical quantity distribution estimating method according to the fifth aspect of the present invention, the number of boundary elements when discretized is a power of 2 when the boundary integral equation is converted into a discretized equation.

【0013】請求項6記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、繰り返し計算による近似的な物理量分布x*
補正を、近似的な物理量分布x* とシステム行列Aおよ
び定数ベクトルbから算出された誤差db より、誤差行
列方程式A・dx =db に基づいて誤差dx を求め、近
似的な物理量分布x* からその誤差dx を差し引いて得
られた真の解x1 を近似的な物理量分布x* に代入し、
上記処理を再度実行することによって解x2 を求め、こ
の解x2 と真の解x1 との相対誤差が所定の設定値より
も小さくなるまで、その解x2 を真の解x1 に代入して
解x2 の計算を繰り返すことによって行うようにしたも
のである。
In the physical quantity distribution estimating method according to the sixth aspect of the present invention, the correction of the approximate physical quantity distribution x * by iterative calculation is calculated from the approximate physical quantity distribution x * , the system matrix A and the constant vector b. than the error d b, obtains an error d x based on the error matrix equation a · d x = d b, approximate the true solution x 1 obtained by subtracting the error d x from the approximate physical quantity distribution x * Substituting the physical quantity distribution x * ,
Computes the solution x 2 by executing the above process again, until the relative error between the solution x 2 and true solution x 1 is smaller than the predetermined set value, the solution x 2 in true solution x 1 This is done by substituting and repeating the calculation of the solution x 2 .

【0014】請求項7記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、行列方程式をウェーブレット変換して近似的に
解き、得られた近似解をさらにウェーブレット逆変換す
るという手順に従って、誤差行列方程式A・dx =db
から誤差dx を求めるようにしたものである。
In the physical quantity distribution estimating method according to the present invention, an error matrix equation A · d is obtained according to a procedure in which a matrix equation is wavelet-transformed and approximately solved, and the obtained approximate solution is further wavelet-inverse-transformed. x = d b
The error d x is obtained from

【0015】請求項8記載の発明に係る物理量分布推定
方法は、真の解x1 と解x2 との相対誤差の検定のため
の所定の設定値を、0.01%ないし0.0001%の
範囲で選定するようにしたものである。
In the physical quantity distribution estimating method according to the present invention, a predetermined set value for testing the relative error between the true solution x 1 and the solution x 2 is 0.01% to 0.0001%. The selection is made within the range.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による物
理量分布推定方法を示すフローチャートである。図にお
いて、ST1は対象システムの支配方程式を与える第1
のステップ、ST2はその支配方程式を境界積分方程式
に変換する第2のステップ、ST3はその境界積分方程
式を離散化方程式に変換する第3のステップ、ST4は
その離散化方程式を行列方程式A・x=bに変換する第
4のステップである。なお、これら第1のステップST
1ないし第4のステップST4による、支配方程式から
行列方程式A・x=bを得るまでの処理は、図9に示し
た従来の物理量分布推定方法における、支配方程式設定
部1、境界積分方程式変換部2、離散化方程式変換部
4、および連立一次方程式変換部6による処理と同等で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. 1 is a flowchart showing a physical quantity distribution estimation method according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, ST1 is the first that gives the governing equation of the target system.
, ST2 is a second step for converting the governing equation into a boundary integral equation, ST3 is a third step for converting the boundary integral equation into a discretized equation, and ST4 is the matrix equation A · x. This is the fourth step of converting to = b. Incidentally, these first steps ST
The processing from obtaining the matrix equation A · x = b from the governing equation in the first to fourth steps ST4 is performed by the governing equation setting unit 1 and the boundary integral equation converting unit in the conventional physical quantity distribution estimating method shown in FIG. 2. This is equivalent to the processing by the discretized equation conversion unit 4 and the simultaneous linear equation conversion unit 6.

【0017】また、ST5は行列方程式A・x=bの両
辺をウェーブレット変換して、新たな行列方程式At
t =bt を得る第5のステップであり、ST6はその
行列At の行列要素中の、絶対値が所定の閾値以下の行
列要素をゼロに置き換え、近似的にこの行列方程式At
・xt =bt を解いて、近似解xt を求める第6のステ
ップである。ST7は得られた近似解xt に対してウェ
ーブレット逆変換を行い、近似的な物理量分布x* を求
める第7のステップであり、ST8はその近似的に求め
た物理量分布x* を繰り返し計算によつて補正する第8
のステップである。
In ST5, a new matrix equation A t · x is obtained by performing wavelet transform on both sides of the matrix equation A · x = b.
This is the fifth step of obtaining x t = b t , and ST6 replaces, in the matrix elements of the matrix A t , the matrix elements whose absolute value is less than or equal to a predetermined threshold value with zero, and approximately this matrix equation A t
The sixth step is to solve x t = b t to obtain an approximate solution x t . ST7 is a seventh step of performing an inverse wavelet transform on the obtained approximate solution x t to obtain an approximate physical quantity distribution x * , and ST8 is to repeatedly calculate the approximately obtained physical quantity distribution x *. Eighth correction
Is the step.

【0018】次に動作について説明する。ここで、図2
は今回考える対象システムの一例を示す説明図であり、
4つの辺10、11、12、13で囲まれた解析領域は
正方形の内部である。また、図2に示した対象システム
では、境界領域は当該正方形の4つの辺10、11、1
2、13であり、境界領域(この場合は境界線)上に要
素番号1から32が付与された境界要素がある。また、
辺10は電位u=0V、辺12は電位u=300Vに固
定されているものとする。なお、他の2つの辺11、1
3は、電界ベクトルが各辺に平行に向き、電界の辺に垂
直な成分du/dnはゼロと仮定する。
Next, the operation will be described. Here, FIG.
Is an explanatory diagram showing an example of a target system to be considered this time,
The analysis area surrounded by the four sides 10, 11, 12, and 13 is the inside of a square. Further, in the target system shown in FIG. 2, the boundary area is the four sides 10, 11, 1 of the square.
2 and 13, and there are boundary elements with element numbers 1 to 32 on the boundary area (in this case, the boundary line). Also,
It is assumed that the side 10 has a potential u = 0V and the side 12 has a potential u = 300V. The other two sides 11, 1
3 assumes that the electric field vector is parallel to each side and the component du / dn perpendicular to the side of the electric field is zero.

【0019】まず、第1のステップST1において、対
象システムの物理現象を支配する微分方程式と境界条件
式を支配方程式として与える。この支配方程式として
は、ラプラス方程式、ポアソン方程式、ヘルムホルツ方
程式、あるいは波動方程式などが考えられる。例えば、
図2に示した対象システムでは、支配方程式として次式
で示すラプラス方程式が選ばれる。
First, in the first step ST1, differential equations and boundary condition equations that govern physical phenomena of the target system are given as governing equations. As the governing equation, Laplace equation, Poisson equation, Helmholtz equation, or wave equation can be considered. For example,
In the target system shown in FIG. 2, the Laplace equation shown below is selected as the governing equation.

【0020】[0020]

【数1】 [Equation 1]

【0021】ここで、境界条件は、辺10は電位u=0
V、辺12は電位u=300Vであり、他の2辺につい
ては電界の各辺に垂直な成分du/dnがゼロというも
のである。なお、この明細書においては、jをkで偏微
分することをdj/dkと表記する。
Here, the boundary condition is that the side 10 has a potential u = 0.
V, the side 12 has a potential u = 300 V, and the other two sides have zero component du / dn perpendicular to each side of the electric field. In this specification, partial differentiation of j with respect to k is expressed as dj / dk.

【0022】次に第2のステップST2において、上記
第1のステップST1で与えられた支配方程式を積分定
理(グリーンの定理)を用いて、境界領域に対する次式
の境界積分方程式に変換する。
Next, in the second step ST2, the governing equation given in the first step ST1 is converted into a boundary integral equation of the following equation for the boundary region by using the integral theorem (Green's theorem).

【0023】[0023]

【数2】 (Equation 2)

【0024】ここで、ui は境界領域上の点iにおける
ポテンシャルuを表わしている。図2に示した対象シス
テムでは、境界領域は正方形の4つの辺10、11、1
2、13である。また、qはポテンシャルuの境界に垂
直な方向の傾きdu/dnを表わしている。なお、積分
は境界領域上の積分であり、図2では正方形の4つの辺
10、11、12、13に沿った線積分となる。さら
に、u* は領域内部に点エネルギー源があったときの解
(基本解)を表わし、q* はdu* /dnで定義され
る。
Here, u i represents the potential u at the point i on the boundary area. In the target system shown in FIG. 2, the boundary area has four sides 10, 11, 1 of a square.
2 and 13. Further, q represents the inclination du / dn in the direction perpendicular to the boundary of the potential u. It should be noted that the integral is an integral on the boundary region, and is a line integral along the four sides 10, 11, 12, and 13 of the square in FIG. Further, u * represents a solution (basic solution) when there is a point energy source inside the region, and q * is defined by du * / dn.

【0025】次に第3のステップST3において、上記
第2のステップST2で得られた境界積分方程式を離散
化方程式に変換する。そのために、境界領域を多くの境
界要素に分割(図2に示した例では、境界領域である4
つの辺10ないし辺13は要素番号1ないし32が付さ
れた32の境界要素に分割)して、積分演算を加算演算
で近似する。この結果は次式の行列表現で記述できる。 H・u=G・q ここに、HとGは対象システムを記述する行列である。
なお、ウェーブレット変換するために、境界要素の数は
2のべき乗個にすることが好ましい。
Next, in a third step ST3, the boundary integral equation obtained in the second step ST2 is converted into a discretized equation. Therefore, the boundary area is divided into many boundary elements (in the example shown in FIG. 2, the boundary area is 4
The side 10 to the side 13 are divided into 32 boundary elements to which the element numbers 1 to 32 are added, and the integration operation is approximated by an addition operation. This result can be described by the following matrix expression. H · u = G · q where H and G are matrices that describe the target system.
Note that the number of boundary elements is preferably a power of 2 in order to perform the wavelet transform.

【0026】次に第4のステップST4において、上記
第3のステップST3で得られた離散化方程式を行列方
程式に変換する。ここで、上記H・u=G・qの形は解
くのに不便である。なぜならば、変数uとqの一部は境
界条件として与えられており、それら以外が未知変数だ
からである。そこで、未知変数の部分だけをまとめ直し
て、未知の物理量分布を表す未知ベクトルxを考える。
その結果、次式の行列方程式に変換することができる。 A・x=b ここで、Aは対象システムに依存するシステム行列であ
り、bは定数ベクトルである。なお、この第1のステッ
プST1から第4のステップST4までの処理は「境界
要素解析」(榎薗正人著、昭和61年 培風館発行)な
どに示された、従来の物理量分布推定方法における処理
と同様である。
Next, in a fourth step ST4, the discretization equation obtained in the third step ST3 is converted into a matrix equation. Here, the above form of H · u = G · q is inconvenient to solve. This is because some of the variables u and q are given as boundary conditions, and the others are unknown variables. Therefore, only the unknown variables are regrouped to consider an unknown vector x representing an unknown physical quantity distribution.
As a result, it can be converted into the following matrix equation. A · x = b Here, A is a system matrix that depends on the target system, and b is a constant vector. The processing from the first step ST1 to the fourth step ST4 is the same as the processing in the conventional physical quantity distribution estimation method shown in "Boundary Element Analysis" (Masato Enokizono, published by Baifukan in 1986). It is the same.

【0027】次に第5のステップST5において、上記
第4のステップST4で得られた行列方程式A・x=b
において、行列Aおよびベクトルx、bに対してそれぞ
れウェーブレット変換を行う。ここで、このウェーブレ
ット変換とは、データの平均値の情報と微分係数の情報
を分離して効率よく保存する変換で、画像の圧縮などに
よく利用されているものであり、ケンブリッジ大学出版
から1992年に発刊された、ウイリアム・プレス(Wi
lliam H.Press )等による「ニューメリカル・レシピー
ズ (Numerical Recipes)」第2版の584頁〜599頁
などに記載されている公知のものであるため、ここでは
その詳細な説明は割愛する。なお、具体的には、ウェー
ブレット変換行列Wおよびその転置行列WT に対して、
次の変換式で実行する。 At =W・A・WTt =W・x bt =W・b
Next, in the fifth step ST5, the matrix equation A.x = b obtained in the fourth step ST4 is obtained.
In, the wavelet transform is performed on the matrix A and the vectors x and b. Here, the wavelet transform is a transform that separates the information of the average value of the data and the information of the differential coefficient and efficiently stores them, and is often used for image compression, etc., and is published by Cambridge University Press in 1992. Published by William Press (Wi
lliam H. Press) et al., "Numerical Recipes," Second Edition, pp. 584 to 599, and the like, and therefore, detailed description thereof is omitted here. In addition, specifically, for the wavelet transformation matrix W and its transposed matrix W T ,
Execute with the following conversion formula. A t = W · A · W T x t = W · x b t = W · b

【0028】なお、このウェーブレット変換をするため
には、行列およびベクトルのサイズは2のべき乗が計算
効率上好ましい。すなわち、32、64、128、25
6、512、1024、2048、・・・などが好まし
いサイズである。また、この実施の形態1ではウェーブ
レット変換として、公知のドビッシーの4係数型ウェー
ブレットを用いている。このドビッシーの4係数型ウェ
ーブレットを用いた場合と、より複雑なドビッシーの1
2係数型ウェーブレットを用いた場合について比較して
みたが、その結果は同等であった。他にも種々のウェー
ブレットがあるが、どれを用いても、ここで記載したも
のと同様な結果が得られる。従って、このようにドビッ
シーの4係数型ウェーブレットを用いれば、より簡単な
計算によってウェーブレット変換を行うことができる。
In order to perform the wavelet transform, it is preferable that the size of the matrix and the vector is a power of 2 in terms of calculation efficiency. That is, 32, 64, 128, 25
6, 512, 1024, 2048, ... Are preferred sizes. In addition, in the first embodiment, a well-known Dobby's 4-coefficient wavelet is used as the wavelet transform. When using this four coefficient wavelet of Dobby,
A comparison was made for the case of using a two-coefficient wavelet, but the results were the same. There are various other wavelets, but any one will give results similar to those described here. Therefore, by using the Davidie 4-coefficient wavelet in this way, the wavelet transform can be performed by a simpler calculation.

【0029】上記ウェーブレット変換の結果、上記行列
方程式A・x=bは次式で示す行列方程式に変換され
る。 At ・xt =bt
As a result of the wavelet transformation, the matrix equation A · x = b is transformed into the matrix equation shown by the following equation. A t · x t = b t

【0030】次に第6のステップST6において、上記
第5のステップST5で得られた行列方程式At ・xt
=bt について、その行列At の行列要素中の絶対値が
所定の閾値以下の行列要素をゼロに置き換えることによ
り、近似的にそれを解いて近似解xt を求める。ここ
で、図3および図4はそれぞれ、システム行列Aおよび
そのウェーブレット変換後の行列At を疑似3次元表示
した説明図である。図3からシステム行列Aは複雑な構
造をしている様子がわかる。また、ゼロ要素はほとんど
なく、非対称行列であることもわかる。一方、図4のウ
ェーブレット変換後の行列At は、対角成分が主要にな
り、全体にゼロに近い要素が非常に多くなっていること
がわかる。例えば、図4では絶対値が0.5以上の行列
要素は120個(約10%のデータに相当)しかないの
で、絶対値が0.5以下を0に置き換えると、ゼロ要素
が多い疎行列に近似できる。ここで、このゼロに置き換
える際の閾値を大きくしすぎると、行列方程式At ・x
t =bt が解けなくなることがわかった。経験的には、
行列At の各行列要素の絶対値の最大値の0.01%な
いし0.00001%程度を閾値とすると、最も高速に
解を求められることがわかった。
Next, in the sixth step ST6, the matrix equation A t · x t obtained in the fifth step ST5 is obtained.
= B t , a matrix element whose absolute value in the matrix element of the matrix A t is equal to or smaller than a predetermined threshold value is replaced with zero to approximately solve it to obtain an approximate solution x t . Here, FIGS. 3 and 4 are explanatory views in which the system matrix A and the matrix A t after the wavelet transformation thereof are displayed in pseudo three-dimensional form, respectively. It can be seen from FIG. 3 that the system matrix A has a complicated structure. Also, it can be seen that there is almost no zero element and the matrix is asymmetric. On the other hand, in the matrix A t after the wavelet transform in FIG. 4, it is understood that the diagonal components are the main components and the number of elements that are close to zero is very large overall. For example, in FIG. 4, there are only 120 matrix elements with absolute values of 0.5 or more (corresponding to about 10% of data), so if the absolute values of 0.5 or less are replaced with 0, a sparse matrix with many zero elements Can be approximated by. Here, if the threshold value for replacing with zero is set too large, the matrix equation A t · x
It turns out that t = bt cannot be solved. Empirically,
When the absolute value of the threshold approximately 0.00001 to 0.01% of the maximum value of each matrix element of the matrix A t, it was found that the obtained the fastest solution.

【0031】このような近似を行って、第5のステップ
ST5でウェーブレット変換された行列方程式At ・x
t =bt を解く方法としては、公知の疎行列用の高速計
算法を用いることができる。この実施の形態1ではその
一つである、前処理付き双共役勾配法(preconditioned
bi-conjugate gradient method )を用いてこの行列方
程式At ・xt =bt を解いている。ここで、この前処
理付き双共役勾配法とは、行列方程式A・x=bを解く
際に、A・x−bがなるべく小さくなる様に、くり返し
反復計算して未知ベクトルxの値を求めることにより、
この行列方程式A・x=bを簡略的に解くものであり、
例えば、前述した「ニューメリカル・レシピーズ」第2
版(ウイリアム・プレス外 ケンブリッジ大学出版 1
992年)などにも記載されているポピュラーなもので
あるため、ここではその詳細な説明を割愛する。
By performing such an approximation, the matrix equation A t · x wavelet transformed in the fifth step ST5.
As a method for solving t = b t, it can be selected from a fast calculation method for known sparse matrix. In the first embodiment, one of them is the preconditioned bi-conjugate gradient method (preconditioned gradient method).
The matrix equation A t · x t = b t is solved using a bi-conjugate gradient method). Here, the pre-processed biconjugate gradient method is to iteratively calculate the value of the unknown vector x so that A · x−b becomes as small as possible when solving the matrix equation A · x = b. By
This matrix equation A · x = b is simply solved,
For example, the above-mentioned "Numerical Recipes" second
Edition (Outside William Press Cambridge University Press 1
Since it is a popular one described in (1992), etc., its detailed description is omitted here.

【0032】なお、この疎行列用の高速計算法として
は、上記前処理付き双共役勾配法以外にも数多くの手法
が存在しており、いずれの手法を用てもよいが、この前
処理付き双共役勾配法を用いることによって、行列方程
式At ・xt =bt をより高速に解くことができる。
As a high-speed calculation method for this sparse matrix, there are many methods other than the above-described bi-conjugated gradient method, and any method may be used. By using the biconjugate gradient method, the matrix equation A t · x t = b t can be solved faster.

【0033】次に第7のステップST7において、上記
第6のステップST6で行列方程式At ・xt =bt
解くことによって得られた近似解xt に対して、次式に
よるウェーブレット逆変換を行い、近似的な物理量分布
* を求める。 x* =WT ・xt
Next, in the seventh step ST7, the approximated solution x t obtained by solving the matrix equation A t · x t = b t in the sixth step ST6 is subjected to the wavelet inverse transform by the following equation. Is performed to obtain an approximate physical quantity distribution x * . x * = W T · x t

【0034】ここで、図5は上述のようにして行列方程
式At ・xt =bt を解き、得られた近似解xt をウェ
ーブレット逆変換し、近似的な物理量分布(この例では
電位と電界成分の分布)x* を求めた結果を示す説明図
である。また、図6はそれと対比するために従来の方法
で計算した結果を示す説明図である。なお、図5および
図6において、横軸の座標1ないし32は図2の要素番
号1ないし32に対応しており、横軸の座標1ないし
8、および17ないし24は各要素中心における電位を
表している。一方、横軸座標9ないし16、および25
ないし32は各要素中心における辺に垂直な電界成分を
表している。この図5と図6とを比較すると、近似的に
は解が求められたが、その精度が悪いことがわかる。こ
れは、ウェーブレット変換後、絶対値が0.5以下の行
列要素を0に置き換えたことによるものである。
Here, in FIG. 5, the matrix equation A t · x t = b t is solved as described above, the obtained approximate solution x t is subjected to inverse wavelet transform, and an approximate physical quantity distribution (potential in this example) is obtained. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a result of obtaining a distribution of electric field component) x * . Further, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the result calculated by the conventional method for comparison. 5 and 6, the horizontal axis coordinates 1 to 32 correspond to the element numbers 1 to 32 in FIG. 2, and the horizontal axis coordinates 1 to 8 and 17 to 24 indicate the potentials at the center of each element. It represents. On the other hand, the horizontal axis coordinates 9 to 16 and 25
Reference numerals 32 to 32 represent electric field components perpendicular to the sides at the center of each element. Comparing FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that the solution is approximately obtained, but the accuracy is low. This is because the matrix elements whose absolute value is 0.5 or less are replaced with 0 after the wavelet transform.

【0035】次に第8のステップST8において、上記
第7のステップST7で近似的に求めた物理量分布x*
の補正を行ってその精度を向上させる。すなわち、近似
的に求めた物理量分布x* を繰り返し計算によって補正
することにより、その近似的な物理量分布x* の精度を
向上させるわけである。
Next, in the eighth step ST8, the physical quantity distribution x * obtained approximately in the seventh step ST7 .
To improve its accuracy. That is, the accuracy of the approximate physical quantity distribution x * is improved by correcting the approximately calculated physical quantity distribution x * by iterative calculation.

【0036】実施の形態2.次に、上記第8のステップ
ST8による近似的に求めた物理量分布x* の補正につ
いての具体的な手法を実施の形態2として説明する。図
7は近似的な物理量分布x* の繰り返し計算による補正
の手順を示すフローチャートである。図において、ST
9は近似的な物理量分布x* とシステム行列Aおよび定
数ベクトルbから誤差db を計算する第9のステップ、
ST10はこの第9のステップST9で算出された誤差
b より誤差行列方程式に基づいて誤差dx を求める第
10のステップであり、ST11はこの第10のステッ
プST10で得られた誤差dxを近似的な物理量分布x*
から差し引いて、真の解x1 を求める第11のステッ
プである。ST12はこの第11のステップST11で
得られた真の解x1 を近似的な物理量分布x* に代入し
て再度第9のステップないし第11のステップを実行
し、より精度の高い解x2 を求める第12のステップで
あり、ST13はこの第12のステップST12にて得
られた解x2 と第11のステップST11で得られた真
の解x1 とを比較し、それらの相対誤差が所定の設定値
よりも小さければ(例えば、設定値未満であれば)一連
の計算処理を終了し、設定値よりも大きければ(例え
ば、設定値以上であれば)解x2 を真の解x1 に代入し
た後、処理を第12のステップ12に戻す第13のステ
ップである。
Embodiment 2 Next, a specific method for correcting the approximately calculated physical quantity distribution x * in the eighth step ST8 will be described as a second embodiment. FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of correction by iterative calculation of the approximate physical quantity distribution x * . In the figure, ST
9 is the ninth step of calculating the error d b from the approximate physical quantity distribution x * , the system matrix A and the constant vector b,
ST10 is a tenth step of determining the error d x based than the error d b calculated in step ST9 of the ninth to the error matrix equation, the error d x obtained in ST11 in step ST10 of the first 10 Approximate physical quantity distribution x *
Is the eleventh step of finding the true solution x 1 . In ST12, the true solution x 1 obtained in the 11th step ST11 is substituted into the approximate physical quantity distribution x * , and the ninth step to the 11th step are executed again to obtain a more accurate solution x 2 a twelfth step of obtaining the, ST13 compares the true solution x 1 obtained as the solution x 2 obtained in the twelfth step ST12 in the eleventh step ST11 of their relative errors If it is smaller than a predetermined set value (for example, if it is less than the set value), a series of calculation processing is terminated, and if it is larger than the set value (for example, if it is the set value or more), the solution x 2 is the true solution x This is the thirteenth step in which the process is returned to the twelfth step 12 after the value is assigned to 1 .

【0037】次に動作について説明する。まず第9のス
テップST9において、図1に示す第7のステップST
7で近似的に求められた物理量分布x* と、第4のステ
ップST4で得られた行列方程式A・x=bにおけるシ
ステム行列Aおよび定数ベクトルbから、次式を用いて
誤差db の計算を行う。 db =A・x* −b
Next, the operation will be described. First, in the ninth step ST9, the seventh step ST shown in FIG.
From the physical quantity distribution x * approximately obtained in 7 and the system matrix A and the constant vector b in the matrix equation A · x = b obtained in the fourth step ST4, the error d b is calculated using the following equation. I do. d b = A · x * -b

【0038】次に第10のステップST10において、
上記第9のステップST9で算出された誤差db を用い
て、以下に示す誤差行列方程式から誤差dx を求める。 A・dx =db ただし、実際の計算は誤差行列方程式A・dx =db
ウェーブレット変換して近似的に解き、得られた近似解
をウェーブレット逆変換することによって誤差dx をよ
り高速に計算する。すなわち、図1における第5のステ
ップST5ないし第7のステップST7と同一の手順に
よってこの誤差行列方程式A・dx =db を解いてい
る。
Next, in the tenth step ST10,
Using the error d b calculated in the ninth step ST9, the error d x is obtained from the error matrix equation shown below. A · d x = d b However, more errors d x By actual calculation solves the error matrix equation A · d x = d b to approximately wavelet transform and inverse wavelet transform the approximate solution obtained Calculate fast. That is, this error matrix equation A · d x = d b is solved by the same procedure as the fifth step ST5 to the seventh step ST7 in FIG.

【0039】次に第11のステップST11において、
上記第10のステップST10で得られた誤差dx を次
式のように、近似的な物理量分布x* から差し引いて、
真の解x1 を求める。 x1 =x* −dx
Next, in the eleventh step ST11,
The error d x obtained in the tenth step ST10 is subtracted from the approximate physical quantity distribution x * by the following equation,
Find the true solution x 1 . x 1 = x * -d x

【0040】次に第12のステップST12において、
上記第11のステップST11にて得られた真の解x1
を近似的な物理量分布x* に代入して、再度第9のステ
ップST9ないし第11のステップST11を実行し、
より精度の向上した解x2 を求める。
Next, in a twelfth step ST12,
True solution x 1 obtained in the 11th step ST11
Is substituted into the approximate physical quantity distribution x *, and the ninth step ST9 to the eleventh step ST11 are executed again,
Find a more accurate solution x 2 .

【0041】次に第13のステップST13において、
上記第11のステップST11で得られた真の解x1
第12のステップST12で得られたより精度の向上し
た解x2 とを比較し、両者の相対誤差があらかじめ定め
られた所定の設定値未満であれば、この一連の計算処理
を終了する。一方、両者の相対誤差が設定値以上であれ
ば、第12のステップST12で得られた解x2 を真の
解x1 に代入して、第12のステップST12の処理を
繰り返す。なお、両者の相対誤差の検定に用いられる設
定値としては、0.01%ないし0.0001%が現実
的な値であり、この設定値として0.01%を選んだ場
合には、解の精度は多少ラフなものとなるが解を高速に
求めることができ、0.0001%を選んだ場合には、
解を得るのに多少時間はかかるが精度の高い正確な解を
求めることができる。
Next, in a thirteenth step ST13,
Comparing the solution x 2 with improved accuracy than obtained by the eleventh true solution x 1 and the 12 step ST12 of obtained in step ST11, the predetermined in which both relative error predetermined set value If it is less than this, this series of calculation processing is terminated. On the other hand, if the relative error between the two is greater than or equal to the set value, the solution x 2 obtained in the 12th step ST12 is substituted for the true solution x 1, and the processing in the 12th step ST12 is repeated. As a set value used for testing the relative error between the two, 0.01% to 0.0001% is a realistic value. If 0.01% is selected as the set value, the solution The accuracy is a little rough, but the solution can be found at high speed, and when 0.0001% is selected,
Although it takes some time to obtain the solution, it is possible to obtain an accurate solution with high accuracy.

【0042】ここで、図8は上記繰り返し計算の結果を
示す説明図である。この図8と繰り返し計算による補正
前の結果を示した図5と比較すれば、解の精度は非常に
改善されていることがわかる。また図6と比べれば、時
間がかかるが正確な解が求められる従来の方法で計算し
た場合とほぼ同一精度の解が得られていることも理解で
きる。
Here, FIG. 8 is an explanatory diagram showing the result of the above-mentioned iterative calculation. Comparing this FIG. 8 with FIG. 5, which shows the result before correction by the iterative calculation, it can be seen that the accuracy of the solution is greatly improved. It can also be understood from the comparison with FIG. 6 that a solution with substantially the same accuracy as that obtained by the conventional method that requires a time-consuming but accurate solution is obtained.

【0043】ここで、上記実施の形態においては境界要
素数が32、すなわち32行32列のシステム行列につ
いて説明したが、実際の推定問題では、さらに行列の要
素数が増大して、推定時間が大幅に増加する。例えば、
1024個の要素数の場合を例に取れば、システム行列
Aの各要素を計算する時間は合計34秒、ガウスの消去
法で行列方程式A・x=bを解く時間は976秒かかっ
た。これに対して、この発明の実施の形態1および2に
よる物理量分布推定方法では、21秒で行列方程式A・
x=bを解くことができた。なお、解の精度は0.01
%として収束を判定した。また、計算機にはDEC A
lphaを用い、計算コードはFORTRAN言語を用
いた。この結果、従来の場合よりも40倍程度高速に物
理量分布の推定が行えることがわかった。
Here, in the above embodiment, the system matrix having 32 boundary elements, that is, 32 rows and 32 columns has been described, but in an actual estimation problem, the number of elements of the matrix is further increased, and the estimation time is increased. Increase significantly. For example,
Taking the case of 1024 elements as an example, the time required to calculate each element of the system matrix A is 34 seconds in total, and the time required to solve the matrix equation A · x = b by the Gaussian elimination method is 976 seconds. On the other hand, in the physical quantity distribution estimation method according to the first and second embodiments of the present invention, the matrix equation A.
We were able to solve x = b. The accuracy of the solution is 0.01
The convergence was judged as%. Also, the computer has a DEC A
lpha was used, and the calculation code was FORTRAN language. As a result, it was found that the physical quantity distribution can be estimated about 40 times faster than in the conventional case.

【0044】なお、上記各実施の形態では、対象システ
ムの支配方程式が、電位分布に関するラプラス方程式で
あったが、これに限らず、あらゆる境界要素解析の適用
対象が同様に扱える。例えば、電磁界分布、温度分布、
歪み分布、応力分布、変位分布、流速分布など種々の物
理量分布を、この発明の物理量分布推定方法によれば従
来の場合よりも一桁以上も高速に推定することができ
る。その結果、従来は一回の解析しかできなかった時間
で、数十回の計算ができ、例えばシステムの形状を表わ
すパラメータを逐次変化させて、システムの設計者が希
望する物理量分布を発生する最適形状システムを構築す
ることが可能になる。
In each of the above embodiments, the governing equation of the target system is the Laplace equation relating to the potential distribution, but the present invention is not limited to this, and any applicable target of boundary element analysis can be treated similarly. For example, electromagnetic field distribution, temperature distribution,
According to the physical quantity distribution estimation method of the present invention, various physical quantity distributions such as strain distribution, stress distribution, displacement distribution, and flow velocity distribution can be estimated more than one digit faster than the conventional case. As a result, it is possible to perform dozens of calculations in the time when only one analysis can be performed in the past. For example, the parameter that represents the shape of the system is sequentially changed to generate the physical quantity distribution desired by the system designer. It becomes possible to build a shape system.

【0045】また、図7のフローチャートに示した近似
的な物理量分布x* を繰り返し計算によって補正する処
理は、最も単純な例を示したに過ぎず、この方法を改良
した種々の方法をとることが可能であり、それぞれ上記
実施の形態と同等の効果を奏する。
Further, the process of correcting the approximate physical quantity distribution x * shown in the flowchart of FIG. 7 by iterative calculation is merely the simplest example, and various methods that improve this method may be adopted. Is possible, and the same effects as those of the above-described embodiment are achieved.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、ウェーブレット変換によって行列方程式A・x=
bより変換されたAt ・xt =bt を近似的に解き、得
られた近似解xt をウェーブレット逆変換して近似的な
物理量分布x* を求め、それを繰り返し計算によって補
正するように構成したので、密行列に関する行列方程式
を直接解く必要がなくなって、上記行列方程式の計算時
間が大幅に短縮され、物理量分布を高速に推定すること
が可能となるため、各種電磁機器や構造体の最適な形状
設計などが容易になる効果がある。
As described above, according to the invention described in claim 1, the matrix equation A · x =
Approximately solve A t · x t = b t transformed from b, inversely transform the obtained approximate solution x t by wavelet to obtain an approximate physical quantity distribution x *, and correct it by iterative calculation. Since it is not necessary to directly solve the matrix equation related to the dense matrix, the calculation time of the above matrix equation is significantly shortened, and the physical quantity distribution can be estimated at high speed. This has the effect of facilitating the optimum shape design of.

【0047】請求項2記載の発明によれば、ウェーブレ
ット変換をドビッシーの4係数型ウェーブレットを用い
て行うように構成したので、より簡単な計算によってウ
ェーブレット変換が可能となる効果がある。
According to the second aspect of the present invention, since the wavelet transform is performed by using the Davidie 4-coefficient type wavelet, there is an effect that the wavelet transform can be performed by a simpler calculation.

【0048】請求項3記載の発明によれば、行列方程式
t ・xt =bt を近似的に解く際の閾値を、行列At
の各行列要素の絶対値の最大値の0.01%ないし0.
00001%の範囲に選定するように構成したので、近
似解xt をより高速に求めることができる効果がある。
According to the third aspect of the invention, the threshold value for approximately solving the matrix equation A t · x t = b t is defined by the matrix A t.
Of the maximum absolute value of each matrix element from 0.01% to 0.
Since the selection is made within the range of 00001%, the approximate solution x t can be obtained at a higher speed.

【0049】請求項4記載の発明によれば、行列方程式
t ・xt =bt を前処理付き双共役勾配法を用いて近
似的に解くように構成したので、近似解xt の計算速度
を向上させることができる効果がある。
According to the invention described in claim 4, since the matrix equation A t · x t = b t is configured to be solved approximately by using the preconditioned bi-conjugate gradient method, calculation of the approximate solution x t There is an effect that the speed can be improved.

【0050】請求項5記載の発明によれば、離散化した
ときの境界要素数が2のべき乗となるようにして境界積
分方程式を離散化方程式に変換するように構成したの
で、ウェーブレット変換の際の計算効率を向上させるこ
とができる効果がある。
According to the fifth aspect of the present invention, the boundary integral equation is converted into a discretized equation so that the number of boundary elements when discretized is a power of 2, so that the wavelet transform is performed. There is an effect that the calculation efficiency of can be improved.

【0051】請求項6記載の発明によれば、誤差db
A・x* −bにより誤差行列方程式A・dx =db に基
づいて誤差dx を求め、x1 =x* −db より得られた
真の解x1 を近似的な物理量分布x* に代入して解x2
を求め、得られた解x2 と真の解x1 の相対誤差が所定
の設定値よりも小さくなるまで、その解x2 を真の解x
1 に代入して解x2 の算出を繰り返すことで、近似的な
物理量分布x* の補正を行うように構成したので、得ら
れる解の精度を向上させることができる効果がある。
According to the invention of claim 6, the error d b =
The error d x is obtained based on the error matrix equation A · d x = d b by A · x * −b, and the true solution x 1 obtained from x 1 = x * −d b is approximated to the physical quantity distribution x Substitute in * and the solution x 2
Until the relative error between the obtained solution x 2 and the true solution x 1 becomes smaller than a predetermined set value, the solution x 2 is returned to the true solution x 1.
Since the approximate physical quantity distribution x * is corrected by substituting into 1 and repeating the calculation of the solution x 2 , there is an effect that the accuracy of the obtained solution can be improved.

【0052】請求項7記載の発明によれば、誤差行列方
程式A・dx =db から、行列方程式をウェーブレット
変換して近似的に解き、得られた近似解をウェーブレッ
ト逆変換して近似的な物理量分布を求めるという手順に
従って誤差dx を求めるように構成したので、誤差の補
正を高速に行うことができる効果がある。
According to the invention described in claim 7, from the error matrix equation A · d x = d b , the matrix equation is wavelet-transformed to be approximately solved, and the obtained approximate solution is inversely wavelet-transformed to be approximated. Since the error d x is obtained in accordance with the procedure of obtaining a physical quantity distribution, the error can be corrected at high speed.

【0053】請求項8記載の発明によれば、真の解x1
と解x2 との相対誤差の検定のための所定の設定値を、
0.01%ないし0.0001%の範囲で選定するよう
に構成したので、比較的ラフな精度の解を高速で求めた
り、多少の時間をかけて精度の高い解を求めるなど、要
求に応じた選択が可能となる効果がある。
According to the invention described in claim 8, the true solution x 1
And a set value for the test of the relative error between the solution x 2 and
Since it is configured to select in the range of 0.01% to 0.0001%, a solution with a relatively rough accuracy can be obtained at high speed, or a solution with a high accuracy can be obtained with some time. This has the effect of enabling different choices.

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

【図1】 この発明の実施の形態1による物理量分布推
定方法の処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a processing procedure of a physical quantity distribution estimation method according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 上記実施の形態における対象となるシステム
の一例を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a target system in the above embodiment.

【図3】 上記実施の形態におけるシステム行列Aを疑
似3次元表示にて示した説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the system matrix A in the above embodiment in pseudo three-dimensional display.

【図4】 上記実施の形態におけるウェーブレット変換
後の行列At を疑似3次元表示にて示した説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a matrix A t after wavelet transformation in the above-described embodiment in pseudo three-dimensional display.

【図5】 上記実施の形態にて近似的な物理量分布x*
を求めた結果を示す説明図である。
FIG. 5 is an approximate physical quantity distribution x * in the above embodiment.
It is explanatory drawing which shows the result of having calculated | required.

【図6】 上記図5と対比するために従来の方法で計算
した結果を示す説明図である。
6 is an explanatory diagram showing a result calculated by a conventional method for comparison with FIG.

【図7】 この発明の実施の形態2における近似的な物
理量分布x* の補正のための繰り返し計算の手順を示す
フローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of iterative calculation for correcting an approximate physical quantity distribution x * according to the second embodiment of the present invention.

【図8】 上記実施の形態における繰り返し計算による
補正結果を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a correction result by iterative calculation in the above embodiment.

【図9】 従来の境界要素解析方法を示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a conventional boundary element analysis method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ST1 第1のステップ、ST2 第2のステップ、S
T3 第3のステップ、ST4 第4のステップ、ST
5 第5のステップ、ST6 第6のステップ、ST7
第7のステップ、ST8 第8のステップ、ST9
第9のステップ、ST10 第10のステップ、ST1
1 第11のステップ、ST12 第12のステップ、
ST13 第13のステップ。
ST1 first step, ST2 second step, S
T3 Third step, ST4 Fourth step, ST
5 Fifth Step, ST6 Sixth Step, ST7
7th step, ST8 8th step, ST9
Ninth Step, ST10 Tenth Step, ST1
1 11th step, ST12 12th step,
ST13 Thirteenth step.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象システムの支配方程式を与える第1
のステップと、 前記支配方程式を境界積分方程式に変換する第2のステ
ップと、 前記境界積分方程式を離散化方程式に変換する第3のス
テップと、 前記離散化方程式を、前記対象システムに依存したシス
テム行列A、未知の物理量分布を表す未知ベクトルx、
および定数ベクトルbによる行列方程式A・x=bに変
換する第4のステップと、 前記行列方程式A・x=bの両辺をウェーブレット変換
して、新たな行列方程式At ・xt =bt を得る第5の
ステップと、 前記行列方程式At ・xt =bt における行列At の行
列要素中の、絶対値が所定の閾値以下のものをゼロに置
き換え、前記行列方程式At ・xt =bt を近似的に解
いて、近似解xt を求める第6のステップと、 前記近似解xt をウェーブレット逆変換して、近似的な
物理量分布x* を求める第7のステップと、 前記近似的に求めた物理量分布x* を繰り返し計算によ
つて補正する第8のステップとを備えた物理量分布推定
方法。
1. A first method for giving a governing equation of a target system.
And a second step of converting the governing equation into a boundary integral equation, a third step of converting the boundary integral equation into a discretized equation, and a system in which the discretized equation depends on the target system. Matrix A, an unknown vector x representing an unknown physical quantity distribution,
And a fourth step of transforming into a matrix equation A · x = b by a constant vector b, and wavelet transforming both sides of the matrix equation A · x = b to obtain a new matrix equation A t · x t = b t Fifth step of obtaining and replacing the matrix elements of the matrix A t in the matrix equation A t · x t = b t whose absolute value is equal to or less than a predetermined threshold value with zero, and the matrix equation A t · x t = B t is approximately solved to obtain an approximate solution x t, and the seventh step is an inverse wavelet transform of the approximate solution x t to obtain an approximate physical quantity distribution x *. Eighth step of correcting the approximately calculated physical quantity distribution x * by iterative calculation.
【請求項2】 第5のステップにおけるウェーブレット
変換として、ドビッシーの4係数型ウェーブレットを用
いたことを特徴とする請求項1記載の物理量分布推定方
法。
2. The physical quantity distribution estimating method according to claim 1, wherein the wavelet transform in the fifth step uses a Davidie four-coefficient wavelet.
【請求項3】 第6のステップにおける所定の閾値を、
行列At の各行列要素の絶対値の最大値の0.01%な
いし0.00001%に選んだことを特徴とする請求項
1記載の物理量分布推定方法。
3. The predetermined threshold value in the sixth step,
Physical quantity distribution estimating method according to claim 1, wherein the chosen 0.01% to 0.00001 of the maximum value of the absolute values of the matrix elements of the matrix A t.
【請求項4】 第6のステップにおける行列方程式At
・xt =bt を近似的に解く方法として、前処理付き双
共役勾配法を用いたことを特徴とする請求項1記載の物
理量分布推定方法。
4. The matrix equation A t in the sixth step.
The physical quantity distribution estimation method according to claim 1, wherein a pre-processed bi-conjugate gradient method is used as a method for approximately solving x t = b t .
【請求項5】 境界積分方程式を離散化方程式に変換す
る第3のステップにおいて、離散化したときの境界要素
数を2のべき乗に選んだことを特徴とする請求項1記載
の物理量分布推定方法。
5. The physical quantity distribution estimating method according to claim 1, wherein the number of boundary elements when discretized is selected to be a power of 2 in the third step of converting the boundary integral equation into a discretized equation. .
【請求項6】 近似的に求めた物理量分布x* を繰り返
し計算によって補正する第8のステップが、 前記近似的な物理量分布x* とシステム行列Aおよび定
数ベクトルbから、誤差db =A・x* −bを計算する
第9のステップと、 誤差行列方程式A・dx =db に基づいて、算出された
前記誤差db から誤差dx を求める第10のステップ
と、 得られた誤差dx を前記近似的な物理量分布x* から減
算して、真の解x1 を求める第11のステップと、 得られた真の解x1 を前記近似的な物理量分布x* に代
入して再度第9のステップないし第11のステップを実
行し、解x2 を求める第12のステップと、 前記真の解x1 と解x2 の相対誤差が所定の設定値より
も小さければ計算を終了し、設定値よりも大きければ解
2 を真の解x1 に代入して処理を第12のステップに
戻す第13のステップとを備えたことを特徴とする請求
項1記載の物理量分布推定方法。
6. The eighth step of correcting the approximately calculated physical quantity distribution x * by iterative calculation includes an error d b = A · from the approximated physical quantity distribution x * , the system matrix A and the constant vector b. a ninth step of calculating x * -b, based on the error matrix equation a · d x = d b, a tenth step of obtaining an error d x from the error d b calculated, the resulting error by subtracting the d x from the approximate physical quantity distribution x *, by substituting the eleventh step of obtaining a true solution x 1, a true solution x 1 obtained in the approximate physical quantity distribution x * perform the ninth step to eleventh step of again, ends a twelfth step of obtaining the solution x 2, the true solution x 1 relative error in the solution x 2 is calculated smaller than the predetermined set value and, processing the solution x 2 is substituted into true solution x 1 is greater than the set value 13 physical quantity distribution estimating method according to claim 1, comprising the steps of returning to the 12th step.
【請求項7】 誤差行列方程式A・dx =db から誤差
x を求める第10のステップは、第5のステップない
し第7のステップと同等の手順にて、前記誤差dx を求
める処理を実行することを特徴とする請求項6記載の物
理量分布推定方法。
7. A tenth step of obtaining an error d x from an error matrix equation A · d x = d b is a process of obtaining the error d x in the same procedure as the fifth to seventh steps. The method for estimating physical quantity distribution according to claim 6, wherein
【請求項8】 第13のステップにおける所定の設定値
として、0.01%ないし0.0001%を選んだこと
を特徴とする請求項6記載の物理量分布推定方法。
8. The physical quantity distribution estimating method according to claim 6, wherein 0.01% to 0.0001% is selected as the predetermined set value in the thirteenth step.
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