JPH09229727A - Method and apparatus for estimating physical amount - Google Patents

Method and apparatus for estimating physical amount

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JPH09229727A
JPH09229727A JP4148796A JP4148796A JPH09229727A JP H09229727 A JPH09229727 A JP H09229727A JP 4148796 A JP4148796 A JP 4148796A JP 4148796 A JP4148796 A JP 4148796A JP H09229727 A JPH09229727 A JP H09229727A
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JP
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physical quantity
area
solution
space
boundary
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JP4148796A
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Mamoru Kondo
衛 近藤
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Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the physical amount with high accuracy in a smaller calculation number of times without dividing a subject space excessively minutely, by dividing the object space into a plurality of areas, simplifying each area, and using a polynominal of transformation functions for every area. SOLUTION: A space-setting/space-dividing part 3 divides an object space into a plurality of areas on the basis of an inequality input through a man- machine(M/M) device 1. An area boundary condition-setting part 5 extends boundaries of divided areas and simplifies the outside of the areas. In the meantime, a transformation function-setting part 4 obtains a solution of the physical amount of each position within each simplified area to simplified boundary conditions of the area, and sets the solution as a transformation function. A polynominal-generating part 6 approximates the solution of the physical amount within each area by a polynominal of transformation functions having an unknown coefficient, and forms simultaneous linear equations from the generated polynominal with the use of mutual boundary conditions of areas input from the setting part 5. An equation-operating part 7 solves the simultaneous linear equations and obtains the unknown in each polynominal, thereby calculating the physical amount of each position.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、各種機械設計時に
必要な所定空間内における電界特性、流体特性、応力特
性等の物理量を予測する物理量予測方法及び物理量予測
装置に関する。 【0002】 【従来の技術】所定空間内における電界特性、流体特
性、応力特性等の機器設計に必要な物理量は、それぞれ
対応する物理法則に支配されているので、この物理法則
を計算することにより得ることができる。得られた各物
理量は、機器の設計、現象の予測、製品の検査等に利用
できる。 【0003】この物理法則の多くは偏微分方程式により
表される。そして、この偏微分方程式として、例えばラ
プラス方程式(静磁界、静電界、理想流体)、ヘルムホ
ルツ方程式(音響、波動)、マクスウェル方程式(電磁
界)、ハミルトン・ヤコビの方程式(力学運動体)、ア
イコナール方程式(光学)、ナヴィエ・ストークス方程
式(流体)、波動方程式、シュレディンガ方程式(電
子、原子、分子)、熱伝導方程式(熱、温度)、拡散方
程式(物質濃度)、応力- 歪の方程式(機械的構造物、
建築物の構造解析)が知られている。 【0004】これらの各偏微分方程式に対して、予測対
象の空間を定め、この対象空間内における物理量の初期
条件、境界条件を与えれば、コンピュータを用いて数値
計算により該当偏微分方程を解き、これらの物理量を
知ることができる。 【0005】このコンピュータを用いた物理法則として
の数値解手法としては、有限要素法、境界要素法が実用
化されている。さらに、上記の偏微分方程式の中で最も
簡単なラプラス方程式の解法としては、等角写像法、代
用電荷法、有限要素法その他の解析的手法が提唱されて
いる。 【0006】次に、従来から採用されている等角写像
法、代用電荷法及び有限要素法を説明する。 (1) 等角写像法 図8は、例えば物理法則としての静電界分布を規定する
ラプラス方程式を等角写像法を用いで解く場合の処理手
順を示す流れ図である。 【0007】この等角写像法においては、ステップS8
−1において、計算の対象となる対象空間の領域を設定
する。すなわち、この領域をx,y座標で表し、(x.
y)の点を z=x+jy j:虚数単位 と表し、各位置の物理量として複素ポテンシャルwを w=u+jv とすると、実数部uが電束を示し、虚数部vが電位を示
す。 【0008】したがって、このラプラス方程式の解とし
ての複素ポテンシャルwは位置を示す複素数z(=x+
jy)の関数で下記のように示される。 w=f(z) 次に、ステップS8−2において、設定された領域に対
する境界条件を設定する。この境界条件とは、境界位置
における電位等である。 【0009】そして、ステップS8−3において、領域
内において、境界条件を満足するように、前記複素ポテ
ンシャルwを求める。なお、この等角写像法は、古くか
ら知られたラプラス方程式の解法であり、例えば下記の
文献にその詳細が記載されている。 【0010】Henrici, P.,"Applied and Computational
Complex Analysis Vol.3"John Wiley & Sons. New Yor
k.(1986) Nehari.Z "Conformal Mapping" McGraw-Hill. New Y
ork.(1952) (2) 代用電荷法 図9は、前記ラプラス方程式を代用電荷法を用いで解く
場合の処理手順を示す流れ図である。 【0011】ステップS9−1にて対象空間の領域を設
定し、S9−2にて境界条件を設定する。そして、S9
−3にて、領域内で複素ポテンシャルwを係数qi を未
知数とする電荷関係式を作成する。そして、この電荷関
係式を境界条件を満たすための連立一次方程式を作成し
(S9−4)、そして、この連立一次方程式を解いて未
知数を決定して、複素ポテンシャルwを求める(S9−
5)。 【0012】なお、この代用電荷法の詳細は例えば下記
の文献に記載されている。 村島定行.代用電荷法とその応用 森北出版,東京.
(1983) 岡本 久・桂田祐史.ポテンシャル問題の高速解法
応用数理 Vol.2,No.3,P2−20.(1992) (3) 有限要素法 図10は、前記ラプラス方程式を有限要素法を用いで解
く場合の処理手順を示す流れ図である。 【0013】ステップS10−1にて対象空間の領域を
設定し、S10−2にて境界条件を設定する。そして、
S10−3にて対象空間領域を小さい複数の領域に分割
し(S10−3)、各領域内での複素ポテンシャルwの
関数値を未知数とする(S10−4)。そして、各領域
内で偏微分方程式の離散化を行い(S10−5)、境界
条件を満たすための連立一次方程式を作成し(S10−
6)、この連立一次方程式を解いて未知数を決定して、
複素ポテンシャルwを求める(S10−7)。 【0014】なお、上述した各解法の他に、境界要素法
が実用化されている。この境界要素法は、2次元ラプラ
ス方程式に適用した場合は代用電荷法とほとんど同じも
のである。 【0015】但し、代用電荷法においては電荷を境界の
外側で近い所に置くが、境界要素法においては電荷を境
界線上に置く。そのため、特異点の影響が直接あり、境
界上で誤差が無限大になる所がある。境界要素法は他の
方程式についても適用できるが、その特徴は同様であ
る。 【0016】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
各手法においても、まだ解消すべき次のような課題があ
った。等角写像法においては、領域分割を全く行わない
ので簡単で結果も正確である。しかし、例えば、S−C
変換(シュワルツ−クリストフェル変換)の手法を使う
と、積分を代数計算で行うのが難しくて解けない問題が
多い。例えば、S−C変換理論の一例を述べると、 境界の形が一直線の場合は 解は一次関数できわめて容易 直角が1個の時 平方根関数が必要(容易) 直角が2個の時 三角関数が必要(容易) 直角が3個〜4個 楕円関数が必要(やや困難) 直角が5個以上 不可能 以上のように、複雑な形状を有した領域や複雑に境界条
件を有する実際の機械設計に対してはほとんど用をなさ
ない。 【0017】また、代用電荷法は、等角写像法と異な
り、どんな問題にも使えるが、計算処理量が多くて、結
果の精度が悪い課題がある。特に特異点の付近では精度
が悪い。これは、特異点により代用電荷の関数形を変え
ないからである。 【0018】さらに、有限要素法においては、どんな問
題でも解ける利点がある。しかし、有限要素法は計算処
理量の増大と精度の点で欠点がある。一つは、メッシュ
を細分しなければ精度が上がらず、計算処理量が増大す
ることである。特に特異点の付近ではこの欠点が甚だし
い。すなわち、この有限要素法は各メッシュ内では領域
の形を全く考慮せず、一様な空間を仮定するからであ
る。 【0019】また高次の展開式もあまり利用せず、微分
係数の計算に必要な最低の次数に止めるのが普通であ
る。高次式を利用するためには特別の工夫が必要であ
る。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、対象空間を複数の領域に分割し、各領域を簡単化
し、各領域毎に変換関数の多項式を用いることによっ
て、対象空間を過度に細分化する必要がなく、少ない計
算回数で高い精度を有する物理量を予測できる物理量予
測方法及び物理量予測装置を提供することを目的とす
る。 【0020】 【課題を解決するための手段】本発明は、位置空間や時
間空間等からなる対象空間内における各位置とこの各位
置における物理量との関係を規定する物理法則に対し
て、該当対象空間の境界条件及び物理量の初期条件又は
終期条件を設定することにより、該当物理法則から対象
空間内における各位置の物理量を予測する物理量予測方
法に適用される。 【0021】そして、上記課題を解消するために請求項
1においては、対象空間を複数の領域に分割する空間分
割工程と、この分割された各領域の境界を延長して領域
外を簡単化する領域簡単化工程と、この簡単化された各
領域の簡単化した境界条件に対する領域内の各位置の物
理量の解を求めて変換関数とする変換関数設定工程と、
各領域の各位置の物理量の解を、係数を未知数とする変
換関数の多項式で近似する多項式設定工程と、各領域相
互間の境界条件を用いて各多項式から連立一次方程式を
生成する連立一次方程式作成工程と、この作成された連
立一次方程式から各未知数を得て、各位置の物理量を算
出する物理量算出工程とを備えている。 【0022】また、請求項2においては、請求項1の物
理量予測方法における物理法則は2次元ラプラス方程式
又は2次元ポアソン方程式からなる偏微分方程式であ
り、かつ前記簡単化された各領域の変換関数は2次元ラ
プラス方程式の解である。 【0023】さらに、請求項3においては、請求項2の
物理量予測方法における変換関数設定工程は、物理法則
としての偏微分方程式の全部または一部の項を持つ方程
式の解を求めることを含む。 【0024】また、別の発明は、位置空間や時間空間等
からなる対象空間内における各位置とこの各位置におけ
る物理量との関係を規定する物理法則に対して、該当対
象空間の境界条件及び物理量の初期条件又は終期条件を
設定することにより、該当物理法則から対象空間内にお
ける各位置の物理量を予測する物理量予測装置に適用さ
れる。 【0025】そして、上記課題を解消するために請求項
4においては、対象空間を複数の領域に分割する空間分
割手段と、分割された各領域の境界を延長して領域外を
簡単化する領域簡単化手段と、簡単化された各領域の簡
単化した境界条件に対する領域内の各位置の物理量の解
を求めて変換関数とする変換関数設定手段と、各領域の
各位置の物理量の解を、係数を未知数とする変換関数の
多項式で近似する多項式設定手段と、各領域相互間の境
界条件を用いて各多項式から連立一次方程式を生成する
連立一次方程式作成手段と、連立一次方程式から前記各
未知数を得て、各位置の物理量を算出する物理量算出手
段ととを備えたものである。 【0026】さらに請求項5の発明は、請求項4の物理
量予測装置に対して、前記物理量算出手段で得られた各
位置の物理量をグラフ化して出力するグラフィック出力
手段を付加したものである。 【0027】このように構成され請求項1及び請求項4
の物理量予測方法及び物理量予測装置においては、対象
空間を複数の領域に分割し、分割した各領域を簡単化
し、各領域内の各位置の物理量の解を簡単化した境界条
件を用いて求めて変換関数としている。 【0028】そして、求める物理量の解を、各領域ごと
に変換関数の多項式で定義する。なお、この多項式を構
成する各次数の変換関数の項の係数は未知数のままとす
る。そこで、領域相互間の境界条件により前記未定数を
求めるための連立一次方程式を作成して、この連立一次
方程式を解いて未知数を定めれば、最終的に対象空間内
における各位置の物理量が得られる。 【0029】したがって、対象空間を複数の領域に分割
することによって、各領域を容易に簡単化できるので、
各領域における変換関数を簡単化できる。また、多項式
を使用することにより、有限要素法、境界要素法、代用
電荷法等の従来法に比較して、より未知数の数が少なく
て済み、同じ精度を得るのに、従来法より計算量が少な
くなり、またコンピュータの記憶装置が少なくて済む。 【0030】さらに、変換関数を用いることにより各領
域内の特異点の影響を除去し、より簡単に高精度の計算
が可能となる。なお、請求項5の物理量予測装置におい
ては、得られた各位置の物理量はグラフ化されて出力さ
れるので、操作者にとって非常に使いやすい装置とな
る。 【0031】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面を用
いて説明する。図1は本発明の一実施形態の物理量予測
方法を採用した物理量予測装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。 【0032】この実施形態の物理量予測装置は、コンピ
ュータ等の一種の情報処理装置で構成されており、RO
Mあるいは主記憶装置等の記憶部内に書込まれたアプリ
ケーションプログラム上に形成された処理部と、M/M
(マンマシン)装置1とプリンタ等の印字出力装置2と
で構成されている。 【0033】そして、前記アプリケーションプログラム
上に形成された処理部は、図1に示すように、対象空間
設定・空間分割部3と、変換関数設定部4と、領域間境
界条件設定部5と、多項式生成部6と、方程式演算処理
部7と、演算結果グラフィック処理部8とで構成されて
いる。 【0034】次に、各部の動作を順番に説明する。M/
M(マンマシン)装置1は、例えば、CRT表示装置と
キーボードとマウスからなり、操作者が物理量を予測し
ようとする対象空間を特定する座標情報、対象空間を分
割する場合の分割情報、各領域を簡単化する場合の簡単
化情報及び各種境界条件を入力する装置である。また、
必要に応じて、操作者が簡単化した領域内の各位置の物
理量の既に既知である解を入力する場合に用いる。 【0035】与えられた問題を解くには、対象空間を問
題に応じた形に領域分割し、各領域に番号を付ける。さ
らに、各領域の境界上に何個かの境界点を適当に設定し
番号を付ける。例えば領域Aと領域Bの境界に境界点が
あるとき、操作者はM/M装置1を介して、領域Aと領
域Bの番号及び位置座標を入力する。また、各領域の範
囲を判定する不等式を入力する。 【0036】対象空間設定・空間分割部3は、操作者が
M/M装置1を介して入力した座標値等から物理量の予
測範囲を示す対象空間を特定して物理量の計算終了まで
記憶保持する。さらに、この対象空間設定・空間分割部
3は、M/M装置1を介して入力した対象空間の境界条
件を前記設定した対象空間へ追加設定する。この対象空
間の境界条件とは、対象空間の境界位置における物理量
等の、この対象空間内の各位置における物理量を得るた
めの条件である。 【0037】さらに、対象空間設定・空間分割部3は、
操作者がM/M装置1を介して入力した不等式に基づい
て、対象空間内の位置座標zが与えられたとき、どの領
域に属するかを判定する。 【0038】変換関数設定部4については、操作者が下
記(1)(2)の処理を行い、変換関数設定部4が下記(3) の
処理を実行する。 (1) 分割処理にて複数に分割された各領域に対して、
該当領域の境界を延長して、領域外を簡単化する。この
領域簡単化の目的は、該当領域の境界を延長して、該当
領域内に特異点が生じなくして、領域内の各位置におけ
る物理量の解を簡単に導き出せるようにするためであ
る。 【0039】(2) 上述した手法で簡単化された各領域
内における物理量の解gi (zi )を導き出す。これら
の解が既知であり、変換関数設定部4に記憶保持されて
いる場合は、その解の番号を指定し、原点の移動、座標
の回転の数値を指定する。また、記憶保持されていない
場合は、導き出した解gi (zi )の関数値を計算する
サブルーチンを変換関数設定部4に設定する。 【0040】(3) 操作者がM/M装置1を介して入力
した指示及びサブルーチンに基づいて、変換関数設定部
4は、位置座標zとその領域番号iが与えられたとき、
その領域番号iに対応する変換関数を用いて、ri =g
i (zi )の値を計算する。 【0041】多項式生成部6は、各領域内の物理量の解
を、係数を未知数とする変換関数の多項式w=Pi (r
i )で近似する。領域間境界条件設定部5は、M/M装
置1からの指示に基づき、領域相互間の境界線上におい
ては、相互の領域の多項式の値は等しいとの条件を前記
多項式生成部6へ入力する。 【0042】例えば、電位の連続及び電束の連続の境界
条件については、上記したように、境界点番号mと座標
m と領域番号ia ib とを与えると、方程式 Pia(zm )−Pib(zm )=0 が得られる。 【0043】また、電位固定条件があるときは、その座
標zm と領域番号i及び電位vを与えれば、方程式 I[Pi (zm )]=v が得られる。但し、I[ ]は虚数部分を表す記号であ
る。 【0044】さらに、領域iの内部又は境界で電束条件
があるときは、座標zm と座標znとを結ぶ線を電束が
横切らない(遮断されている)ものとすると、方程式 R[Pi (zm )−Pi (zn )]=0 が得られる。但し、R[ ]は実数部分を表す記号であ
る。 【0045】多項式生成部6は、領域間境界条件設定部
5から入力された境界条件を用いて、先に生成した多項
式w=Pi (ri )から、複数の方程式からなる連立一
次方程式を作成する。 【0046】方程式演算処理部7は、多項式生成部6で
作成された連立一次方程式を解いて、各多項式の未知数
である各係数の値を得る。そして、この得た各係数を各
多項式に代入して各領域内の各位置における物理量の値
を得る。 【0047】演算結果グラフィック処理部8は、各領域
での各位置の物理量を集計して対象空間全体の各位置に
おける物理量を得て、操作者が見易いようにグラフ化を
行い、印字出力装置2で用紙に印字出力すると共に、M
/M装置1のCRT表示装置に表示出力する。 【0048】図2は、図1に示した構成の物理量予測装
置における全体の処理手順を示す流れ図である。処理1
において対象空間を定め、処理2においてこの対象空間
の境界条件を定め、処理3において対象空間をn個の領
域に分割する。分割された各領域内の位置は、複素座標
i (i:領域番号 i=1,2,…,n)=x+jyで示
す。処理4において分割された各領域の境界を延長して
領域外を簡単化することによって、各領域自体を簡単化
する。 【0049】処理5にて簡単化された領域で簡単化され
た境界条件で等角写像法を用いて各位置の物理量の解r
i =gi (zi )を求める。ここで、簡単化された境界
条件とは、普通は、z空間の電極表面をri 空間の実数
軸に写像し、有限領域に電極形状に起因する以外の特異
点を持たないという条件である。 【0050】そして、その解を対象空間の基準位置(座
標原点)からの位置で示した変換関数ri で表す。な
お、処理9において、予め既知の解を利用することも可
能である。 【0051】そして、処理6において、簡単化された各
領域内における、各位置における正しい物理量の解とし
ての複素ポテンシャルw(w=u+jv)を、各係数
(a,b,…)を未知数とする変換関数ri の多項式P
i (ri )で表す(w=Pi (ri ))。 【0052】処理7において、各領域相互間の接続条
件,境界条件を満たすための複数の方程式(連立一次方
程式)を作成する。処理8において、この連立一次方程
式を解いて各係数(a,b,…)を定める。しかる後
に、各多項式を実際に演算して、各位置における正しい
物理量としての複素ポテンシャルwを求める。 【0053】 【実施例】次に、この物理量予測装置を用いた具体的な
物理量の予測処理を説明する。 (第1実施例)物理法則の最も代表的な偏微分方程式と
して、2次元ラプラス方程式を用いて2次元空間におけ
る任意位置の静電界特性を得る手法を説明する。この場
合、変換関数rとして分割領域のラプラス方程式の解を
用いる。そして、この手法を便宜的にCCM (compos
ite conformal-mapping method ;合成等角写像法)と
名付ける。 【0054】従来手法で説明したように、普通の等角写
像法の慣例に従い、平面をx−y座標で表し、(x,
y)の点を複素数(複素座標)z=x+jyで表し、解
である複素ポテンシャルをw=u+jvで示すと、実数
部uが電束であり、虚数部vが電位である。 【0055】第1実施例として、方形同軸管の中の電界
分布をラプラスの方程式を解いて電界特性を予測する例
を示す。図3(a)は正方形断面を有する外側管21と
内側管22からなる二重管の断面図である。 【0056】図2で示した流れ図の各処理1〜8の具体
的処理内容を順番に説明する。(処理1,2)物理量の
予測範囲を示す対象空間は、一辺64mmの外側管21と
一辺32mmの内側管22とで囲まれる範囲である。そし
て、境界条件は、外側管21の電位が0ボルト、内側管
22の電位が10ボルトである。 【0057】具体的には、この二重管の形状は対称形状
を有しているので、左下のP1,P2,P3,P4,P
5の番号で示される台形の中の分布を計算すればよい。
したがって、この第1実施例においては台形P1〜P5
を対象空間とする。 【0058】(処理3)図3(b)は図3(a)の台形
の対象空間を拡大した図である。A1,B1,C1,D
1及びE1,F1で示す2本の線により台形を5個の領
域に分割し、○印で示す5個の点P1,P2,P3,P
4,P5を各領域の多項式展開の中心とする。そしてP
2の位置を対象空間の座標の原点とする。したがって、
例えば、P1の位置の座標は(16,16)、複素数で
は16+16jである。そして、各領域をP1〜P5と
名付ける。 【0059】(処理4)各領域P1〜P5を図4に示す
ように簡単化する。点線は線対称性がある時の対称軸を
示す。例えば、領域P1は図示すように、点P1の左下
の部分の内外の電極にはさまれた電界を計算する領域で
ある。 【0060】領域P1の場合、内部電極の表面形状は図
3(a)では、P1の角から右へ32mmのところに、も
う一つの角がある。しかし、図4では、無限遠まで直線
的に伸びていると仮定する。また、図4では外側電極は
存在しないものと仮定し、この領域P1は左方と下方は
無限に空間が伸びていると仮定する。 【0061】このような領域の簡単化により、領域内の
各位置の電位を求める問題は容易に解を導出できる。他
の領域P2〜P5についても、その領域P2〜P5の外
には電極形状の変化は一切ないとして、簡単な形状を仮
定する。 【0062】(処理5)処理5においては、簡単化され
た各領域内の各位置の解を求める。すなわち、領域P1
には直角の電極があり、その外側の空間の電界を求める
ものである。それには、電極表面の点をz(=x+j
y)とすると、それに対応する複素ポテンシャルw(=
u+jv)が実数となるような関数を見付ける。通常の
慣例により、複素ポテンシャルwの虚数部vは電位を表
し、複素ポテンシャルwの実数部uは電束を表すものと
する。 【0063】電極表面で複素ポテンシャルwの虚数部す
なわち電位が0の解を見つけることになる。これは複素
関数論でよく知られたことである。領域P1の電極の境
界の直線は無限まで伸びた半直線と仮定する。角を原点
とすると、複素関数で表した電位(複素ポテンシャル)
は w=(−jz)2/3 と表される。記号P1の点を原点とすると、位置P1の
xmm右の電極表面はz=xであるので、 w=−x2/3 となり、位置P1のymm上方の電極表面はz=jyであ
るので、 w=y2/3 となり、x,yが実数ならwも実数となることが確かめ
られる。位置P1は位置P2を原点とした場合、座標
(16,16)となるので、この領域P1の変換関数r
1 は r1 =[−j{z−(16+16j)}]2/3 となる。ここで、数値(16+16j)は原点を実際の
位置に移動するための値である。 【0064】領域P2は、図4に示すように、凹直角の
電極があり、その内側の空間の電界を求める。この場
合、電極の境界は角から右方及び上方に無限まで伸びた
半直線と仮定する。角を原点とすると、複素関数で表し
た電位は w=z2 と表される。z=xとするとw=x2 となり、z=jy
とすると、w=−y2 でいずれもwは実数になる。した
がって、領域P2の変換関数r2 は r2 =z2 となる。 【0065】領域P3は、図4に示すように、平らな電
極があり、その上の空間の電界を求める。電極の境界の
直線が無限まで伸びた直線ならば、複素関数で表した電
位はw=z と表される。したがって、領域P3の変換関数r3 は r3 =z−8 となる。なお。数値(−8)は原点を展開中心に合わせ
るためのものである。 【0066】同様にして、領域P4の変換関数r4 は r4 =z−32 となる。さらに、領域P5の変換関数r5 は r5 =−[z−( 32+16j)] となる。 【0067】(処理6)処理6においては、各領域P1
〜P5内における正しい解を求めるための多項式を作成
する。すなわち、各領域P1〜P5において解としての
複素ポテンシャルwは変換関数ri の多項式Pi (r
i )で表されると仮定する。 【0068】この多項式は本来、無限級数を仮定する
が、適当な次数で打ち切る。この実施例においては、5
次までとして計算する。外側電極の電位は前述した境界
条件により0ボルトである、また、外側電極に接触する
多項式の係数a,b.…はすべて実数である。これは複
素数z(=x+jy)が外側電極の表面にある時、変換
関数ri は実数であり、複素ポテンシャルwも実数だか
らである。領域P1とP5は内側電極に接するので、電
位を10ボルトに固定するために定数項を10jとす
る。 【0069】領域P1では w=10j+a11 +b11 3 +c11 5 =P1 (r1 ) の多項式を仮定する。a1 ,b1 ,c1 は未定係数であ
る。偶数次の項は対称性から不要である。それは以下の
理由による。 【0070】原点を通る線対称性がある場合は、その対
称軸は一つの電気力線であり、複素ポテンシャルwの電
束を表す実数部uは0である。その時、領域内の変換関
数も同じ対称性を有するので、変換関数ri の実数部は
0である。すなわち、変換関数ri は純虚数である。そ
こで、変換関数ri が純虚数の時、複素ポテンシャルw
=Pi (ri )が純虚数であるためには、多項式Pi
(ri )は、奇数次数だけでなければならない。もし、
偶数次の項の係数が0でない時は、その項はriが純虚
数の時に実数になるからである。対称軸が原点を通らな
い時は、1個の実数を未知数として加える。 【0071】定数10jは内管電極の電位に対応する。
領域P2では w=a22 +b22 3 +c22 5 =P2 (r2 ) の多項式を仮定する。a2 ,b2 ,c2 は未定係数であ
る。偶数次の項は不要なことは対称性から理解できる。
未定係数が実数なることは上記と同じである。 【0072】領域P3では w=a3 +b33 +c33 2 +d33 3 +e33 4 +f33 5 =P3 (r3 ) の多項式を仮定する。a3 ,…,f3 は未定係数であ
る。非対称なので偶数次の項も必要である。 【0073】領域P4では w=a4 +b44 +c44 3 +d44 5 =P4 (r4 ) の多項式を仮定する。a4 ,…,d4 は未定係数であ
る。この領域P4においては対称軸が原点から外れてい
るので、定数a4 を加えることが必要である。他の偶数
次数の項は不要である。 【0074】領域P5では w=10j+a5 +b55 +c55 3 +d55 5 =P5 (r5 ) の多項式を仮定する。a5 ,…,d5 は未定係数であ
る。この領域P5は対称軸が原点から外れているので、
領域P4と同様に、定数a5 の調整が必要である。他の
偶数次の項は不要である。定数10jは内部電極の電位
に対応している。 【0075】さらに、すべての係数a1 ,…,d5 は実
数であると仮定する。この仮定により電極電位の境界条
件が満足される。 (処理7)処理7においては、各領域相互間の境界条件
満たす複数の方程式からなる連立一次方程式を作成す
る。 【0076】処理6にて作成された5個の多項式P1
(r1 )〜P5 (r5 )には合計20個の未知数がある
ので、これを境界条件により決定する方程式を作る。各
領域P1〜P5の境界は線分A1B1C1D1,E1F
1である。この線上に適当な個数の点を選んでその点で
境界線の両側の電位が連続的につながる条件を方程式に
する。 【0077】連続条件としては、電位の連続と電束の連
続が必要で、電位の連続は境界上で複素ポテンシャルw
の電位を示す虚数部vが連続、電束の連続は境界上で複
素ポテンシャルwの電束を示す実数部uが連続であるこ
とが必要である。したがって、1つの境界点から2つの
一次方程式を作ることができる。 【0078】例えば、境界線A1B1は領域P1と領域
P2の境界で、この上でP1 (r1)とP2 (r2 )は
一致しなければならない。したがって、下式が成立す
る。 P1 (r1 )=P2 (r2 ) この式が境界条件の方程式になる。A1B1線上に適当
な個数の点(座標z=x+iy)を選び、その点につい
て座標zからr1 とr2 を計算して上式に代入すると、
1 ,b1 ,c1 とa2 ,b2 ,c2 を未知数とする方
程式ができる。 【0079】上式は複素数であるから、左辺の実数部と
虚数部がそれぞれ0になるために、2つの一次方程式が
得られる。このうち、虚数部が電位の連続性を示し、実
数部が電束の連続性を示す。 【0080】電位vは基準点として通常外側電極を接地
電位として0ボルトに定める。電束uについても同様に
基準を定めることが必要で、ここでは領域P1のなかの
対象軸を基準とした。 【0081】内側電極上で10ボルト、外側電極上で0
ボルトの電位の境界条件は処理6で既に織込み済みであ
る。 (処理8)処理8においては処理7にて作成した連立一
次方程式を解いて未定係数を決定する。なお、一次方程
式の数が未知数より多い時には、最小自乗法で定める。
これは既知の修正グラム・シュミット法により自動的に
計算ができる。修正グラム・シュミット法は次の文献に
詳細に記載されている。 【0082】中川徹,小柳義夫 著 「最小二乗法によ
る実験データ解析」 東京大学出版会(1982年) 境界線上の座標が整数となるすべての点で連続性の方程
式を作ると102個の方程式ができる。これを解いて係
数a1 〜f5 を得る。そして、得られた各係数a1 〜f
5 を領域P1〜P5の多項式P1 (r1 )〜P5 (r
5 )に代入して、各多項式を各位置について計算して、
各位置における電位vと電束uとを算出する。この算出
された物理量の解である電位vと電束uをグラフィック
処理して、印字出力装置2に印字出力するとともに、M
/M装置1のCRT表示装置に表示出力する。 【0083】なお、この表示出力までの演算処理時間
は、旧式のパソコン(CPU286LS)でBASICプログラ
ムを用いて4分程度である。図5(a)はこの第1実施
例で予測された物理量としての電位分布を示す等電位線
図であり、図5(b)は電束分布を示す電気力線図であ
る。 【0084】なお、複素ポテンシャルwから、内外電極
間の単位長さ当たりの電気容量Cが得られ、特性インピ
ーダンスZ0 も容易に得られる。第1実施例の方形同軸
管の電気容量の予測結果は90.55pF/mである。 【0085】第1実施例における電極の形状において
は、P1の点は直角の角で特異点であり、電界集中が起
きるが、処理5における変換関数r1 =z3/2 の使用に
より、領域P1内における特異性は除去され、物理量の
解である複素ポテンシャルwは変換関数r1 の正則関数
である5次多項式で近似できる。 【0086】その結果、この第1実施例における物理量
としての電位分布及び電束分布の予測精度はきわめて高
い。さらに予測精度を高くするためには、従来の有限要
素法のように対象空間の分割数を増加する必要はなく、
多項式の次数を高めればよい。したがって、大幅に計算
処理量が増加することはない。 【0087】(第2実施例)第2実施例として、図6
(a)に示す導体基板23とこの導体基板23上方に位
置するストリッフ線24との間の電位分布及びストリッ
プ線の単位長さ当たりの電気容量を予測する。 【0088】(処理1)A2,B2,C2,D2,E2
は無限に広い接地電位の導体基板23である。F2,G
2,H2はその上に2mm離れて置かれた、幅F2H2=
4mmの導体で形成されたストリップ線24である。スト
リップ線24の厚さは0とする。導体以外の空間は誘電
率一定とする。ストリップ線24の構造は左右対称なの
で左半分の部分を対象空間とする。そして、図中1の点
を対象空間全体の基準位置(原点)とする。 【0089】(処理2)この対象空間の境界条件とし
て、誘電率は普通の真空(空気)の値8.854pF/
mを用いる。また、導体基板23の電位を0ボルト、ス
トリップ線24の電位を1ボルトとする。 【0090】(処理3)図6(b)に示すように、この
対象空間を6個の領域Q1〜Q6に分割する。 (処理4)領域Q1は領域Q2〜Q6を除いた無限空間
である。したがって、この領域Q1においては、図6
(c)に示すようにF2G2H2のストリップ電線24
の電極を除去して簡単化する。 【0091】領域Q2〜Q6では、図6(d)に示すよ
うにストリップ線24を位置H2で切断せずに無限に延
長して簡単化し、さらに導体基板23の電極2E2を除
去して簡単化する。 【0092】(処理5)簡単化された領域Q1の物理量
の解としての複素ポテンシャルwは、C2点を原点とす
ると w=1/z である。よって領域Q1の変換関数r1 は、C2点の座
標は(5,0)であるので下記となる。 【0093】r1 =1/( z−5) また、他の領域Q2〜Q6では図6(b)の位置F2を
原点とすると、解としての複素ポテンシャルwは下記に
なる。 【0094】w=z1/2 よって、位置F2の座標(z=3+2j)を組込んで各
変換関数r2 〜r6 は、全て等しくて下記で示すことが
できる。 【0095】 r2 =r3 =r4 =r5 =r6 =[z−(3+2i)]1/2 (処理6)領域Q1においては、下記の多項式を設定す
る。 【0096】 w=a11 +b11 3 +c11 5 =P1 (r1 ) a1 ,b1 ,c1 は未定係数である。偶数次の項は不要
なことは対称性から理解できる。未定係数a1 ,b1
1 を実数とすると、導体基板23の電位が0ボルトの
境界条件を満足する。 【0097】領域Q2においては、 w=j+a2 +b22 +c22 2 +d22 3 +e22 4 +f22 5 =P2 (r2 ) 定数項のjはストリップ線24の電位に対応する。この
場合、非対称なので偶数次の項も必要である。a2
…,f2 は未定係数である。a2 ,…,f2 が実数の
時、ストリップ線24の電位が1ボルトの境界条件を満
足する。 【0098】領域Q3においては、 w=j+a3 +b33 +c33 2 +d33 3 +e33 4 +f33 5 =P3 (r3 ) 定数項のjはストリップ線24の電位に対応する。a
3 ,・…,f3 は実数の未定係数である。非対称なので偶
数次の項も必要である。 【0099】領域Q4においては、下記の多項式を設定
する。 w=a4 +b44 +c44 2 +d44 3 +e44 4 +f44 5 =P4 (r4 ) の多項式を仮定する。a4 ,…,f4 は複素数の未定係
数であるから、この未知数は12個である。 【0100】領域Q5においては、下記の多項式を設定
する。 w=j+a5 +b55 +c55 2 +d55 3 +e55 4 +f55 5 =P5 (r5 ) a5 は実数、b5 ,…,f5 は複素数の未定係数であ
る。 【0101】領域Q6においては、下記の多項式を設定
する。 w=j+a6 +b66 +c66 2 +d66 3 +e66 4 +f66 5 =P6 (r6 ) a6 は実数、b6 ,…,f6 は複素数の未定係数であ
る。 【0102】(処理7)処理7においては接続条件、境
界条件を満足する一次方程式を作成する。すなわち、す
べての隣接する領域相互間の接続条件として境界線上で
電位と電束の連続条件の方程式を作る。 【0103】境界条件として領域Q2と領域Q5は導体
基板23上の電位を0ボルトとする条件、領域Q2,Q
3,Q4は中央の線対称軸で電束の出入りが無いという
条件が必要である。境界線上の座標が図6(b)におけ
る1〜25の全ての点で、これらの条件を満足するよう
に一次方程式を作成する。さらに、図6(b)における
26〜28で示すように、前述した特異点F2から上下
と左へ1/2の点を加えた。なお、F2の右側は電極上
なので不要である。 【0104】(処理8)処理8においては先に作成した
連立一次方程式を解いて未定係数a1 〜f6 を決定す
る。方程式の数が未知数より多い時には、第1実施例で
説明したように、最小自乗法で定める。 【0105】そして、第1実施例と同様に、得られた各
係数a1 〜f6 を領域Q1〜Q6の多項式P1 (r1
〜P6 (r6 )に代入して、各多項式を各位置について
計算して、各位置における電位vと電束uとを算出す
る。この算出された物理量の解である電位vと電束uを
グラフィック処理して、印字出力装置2に印字出力する
とともに、M/M装置1のCRT表示装置に表示出力す
る。 【0106】図7(a)はこの第1実施例で予測された
物理量としての電位分布を示す等電位線図であり、図7
(b)は電束分布を示す電気力線図である。なお、この
計算は等角写像法で解析的に解けるので、ストリップ線
24の電気容量の正しい値が算出でき、その値は37.
467pF/mである。これに対して、この第2実施例
の手法で予測した電気容量は37.47pF/mであ
る。このように、極めて高い予測精度を得ることが可能
である。 【0107】(第3実施例)第3実施例として、対象空
間内の各位置おける静電気特性を予測するための2次元
ポアソンン式を解く例を説明する。2次元ポアソン方程
式は周知の通り、 【0108】 【数1】 である。右辺f(x,y)をフーリエ級数、または、多
項式に展開すれば、その特解v1 は容易に求められるの
で、境界条件を満たす解をv1 +v2 とすれば、v2
ラプラス方程式の解を求めればよい。 【0109】例として、0≦x≦1.0≦y≦1の正方
形の周辺でv=0の境界条件で、 f(x,y)= sinπx cosπy を解く。 【0110】特解は容易に得られ、下記のようになる。 v1 =−(1/2π2 ) sinπx cosπy v=v1 +v2 が境界条件を満たすためには、v1 をv
21とv22とに分けて、v12をx=0,y=0の条件を満
たすように決める。 【0111】 x軸上で v21=(1/2π2 ) sinπx v22=0 y軸上で v21=0 v22=0 とする。v21はシュワルツ−クリストフエル変換を使っ
て求められるが、その方法は古典的なので説明を省略
し、その結果は、 v21=(1/2π2 ) sinπxcoshπy=I[(j/2
π2 ) sinπz] となる。I[ ]は虚数部分を表す記号である。v22
本発明の特徴である変換関数rの多項式になる。θ=3
π/2の角の変換関数を使って、 r=z222=I[ar+br2 +cr3 +……] v=v1 +v12+v22 =−(1/2π ) sinπx cosπy+(1/2π2
) sinπxcoshπy+I[ar+br2 +cr3
+……] 未定係数a,b,c…は境界条件から定めて、対称性か
ら、 【0112】 【数2】 とすればよい。この条件を複数個の境界点において作る
と連立一次方程式になる。したがって、この連立一次方
程式を解けば、係数a.b.c.…が得られる。 【0113】この対象空間内の各位置おける静電気特性
を予測する場合の境界条件はv 2 を直接変換関数rの多
項式とすると、原点で解の1階微分が不連続という特異
点が生じる。これを受け持つのがv12の役割りであり、
そのためにv22には特異性が存在しない。 【0114】(第4実施例)これまで述べてきたラプラ
ス方程式及びポアソン方程式の実施例では、空間を分割
することにより簡単化した領域の解は解析的な計算方法
(等角写像法,S−C変換法、フーリエ変換法等の理論
的方法)のみを示した。しかし、領域の解として数値計
算的な方法による解を用いることも可能である。 【0115】数値計算的な方法とは、代用電荷法、境界
要素法、有限要素法などである。これらの方法はCCM
より効率が低いので、本発明方法のCCMを使う方がよ
い。しかし、すでに他の方法で計算してある結果を利用
したいときには、この数値計算法を使う。 【0116】その方法は、領域の解が代用電荷法、境界
要素法により特解と一般解が得られている場合、前述し
た第3実施例と全く同じ手順である。領域の特解がv1
及びv21、であり、一般解が変換関数rとして得られて
いるときは、一般解v22を変換関数rの多項式として、
未定係数を境界条件から定めればよい。すなわち、v
1 ,v21,rが解析的な方法で得られたか数値計算方法
で得られたかの違いだけであり、処理手順も内容も変わ
りはない。 【0117】しかし、特解のみが得られていて、一般解
が得られていない場合は、一般解の計算を補充しなけれ
ばならない。この補充の計算は、特解の計算より、はる
かに簡単である。それは特解の計算と同じ方法ででき、
境界条件を0とすることだけが異なる。解く連立方程式
の係数も同じであるので、未知数の数がN個の場合の手
間は、1/Nになることが知られており、N=100と
すれば、1/100の計算量の増加のみである。 【0118】領域の解が有限要素法で得られているとき
は、少し異なる点がある。一般解を変換関数rとして使
用するには、虚数部分vのほかに実数部分uが必要であ
るが、有限要素法では、代用電荷法と異なり、通常uは
知られていない。しかし、uはvから容易に計算でき
て、計算量の増加もさらに僅かである。 【0119】必要なuは、二つの領域の境界線における
値である。この値に沿ったuの微分はvをこの線に垂直
方向に微分したものに等しい。電磁気学の言葉では、電
気力線の密度すなわち電束の増加率は、電位の増加率す
なわち電界に等しい(誘電率1の時)。 【0120】 【数3】 但し、sは境界線に沿った長さ方向の座標であり、nは
境界線に垂直方向の座標である。そして、これを境界線
に沿って積分すればよい。 【0121】次に、上述した第1実施例、第2実施例,
第3実施例及び第4実施例で示す各予測結果が得られる
図1に示す本願の実施形態の物理量予測装置の各特徴を
説明する。 【0122】(1)予測の収束性について 実施形態においては、各領域における解を多項式で定義
する。したがって、たとえ未知関数を表す「べき級数」
が無限級数でも、収束性がよければ、誤差の少ない結果
が得られる。 【0123】複素関数論で知られているように、べき級
数は、領域内の展開中心から最も近い特異点までの距離
a を半径とする円内で収束する。ra を収束半径とい
う。変換関数をri とすると、べき級数をn次項までで
打ち切った時の誤差は、特異点が一つだけの時は、(r
i / ran+1 / [1−( ri / ra )]となる。した
がって、ra が大きければ収束は良好となる。 【0124】第1実施例では領域P1内では変換関数r
1 の使用により直角頂点の特異点は除去されている。第
2実施例では領域Q1内ではr1 の使用により無限遠領
域の特異性は除去され、その他の領域Q2〜Q6内では
変換関数r2 等の使用によりF2点の特異点は除去され
ている。 【0125】したがって、収束半径ra は次に近い特異
点(H2点およびF2の鏡像点)までの距離となり、収
束半径ra が大きくなり、収束がよくなり、予測誤差は
小さくなる。 【0126】なお、この収束半径ra は複素空間(z=
x+jy)の距離ではなく変換関数ri の距離で測る必
要がある。第2実施例における接続条件の一次方程式を
作る点も26,27,28の各位置を補充するのは、こ
こで変換関数ri の変化が大きいためである。すなわち
w=z1/2 は、z=0,1,2とすると、w=0,1,
1.41となり、等間隔にならないので、z=1/2を
補充した。 【0127】(2) 処理9における等角写像法の従来
結果の利用について 図2の処理5において簡単化された各領域の解を求める
必要があるが、これには過去の技術の蓄積を利用でき
る。第1実施例においては、凸直角形に対して複素ポテ
ンシャルw=z3/2 を過去の技術蓄積から引用したが、
例えば次のような条件に対して既に解は得られている。 【0128】2-1 角θの電極 角θの電極に対しては w=za とする。但し、a=π
/( 2π−θ) θ=0で w=z1/2 θ=π/2で w=z3/2 θ=3π/2で w=z2 2-2 無限領域 第2実施例における領域Q1は導体基板23の上方の半
無限空間であったが、導体基板23の下も含むような無
限空間の時は対数関数が使われる。この場合、解は下記
で示される。 【0129】w=log z 2-3 パイプ 第2実施例でストリップ線24と導体基板23との距離
が0. 1mmしかない時は非常に細長いパイプ状の領域が
できる。このような条件においては、解として指数関数
が使われる。パイプの太さをdとすると、解wとして w=exp[−πz/d] を採用することにより、収束性をより一層向上できる。
なお、たとえパイプの長さが無限大でも特異性を除去す
ることが可能である。 【0130】2-4 円 円板電極は、半径rb の円の中心がz0 =−jrb にあ
る時の解wは下記のように示される。 【0131】w=jlog (1−z/rb ) 円の内側にはrb の符号を変えた式を使うことができ
る。この解を使用することにより、円の周りを一周する
ような経路の流線すなわち渦を効果的に表わすことがで
きる。円板電極が領域の境界に接しない場合は、この領
域は二重連結領域になる。 【0132】すなわち、渦の中心がz=aとz=bにあ
る時の解wは下記のようなる。 w=[ log(1−jz/a)− log(1−jz/b)] 二つの円板電極の電位分布はこれにiをかけた関数で表
され、その領域は三重連結領域になる。 【0133】さらに、半径rb の円板電極盤を有する無
限遠に終端する電気力線がない場合の解wは下記のよう
になる。 w=jz/(z+2jrb ) (3) 領域分割の数、展開次数と方程式のサイズにつ
いて 対象空間を複数の領域に分割する場合、特異点を除去で
きるように分割するのが有利であるが、特異点のない領
域をさらに分割すれば、計算精度が向上する。しかし、
その時、未知数の数が増えて、演算処理量が増大する問
題がある。また、分割数を変えずに多項式Pi (ri
の展開次数(べき乗数)を増やしても予測精度が向上す
る。 【0134】そこで、次数を増やすのと、分割を増やす
のと、いずれが有利かを検討する。収束半径をra 、展
開式の次数=n、分割領域(以下メッシュという)の半
径をRとする。メッシュの数は1/ R2 に比例し、各メ
ッシュ内の未知数を2( n+1) とすると未知数の総数
は N=2k(n+1)/R2 …(1) となる。kは比例定数である。展開の打切り誤差を E=( R/ ran+1 …(2) とする。Nが一定の時、nを小さくすると、メッシュが
小さくなる。誤差を最小にするにはR又はnをどのよう
に決めるとよいかを調べる。(1) 式からnを解いて(2)
式に入れると logE=(n+1)( logR− logra ) =( NR2 / 2k)( logR− logra ) …(3) これをRで微分して、誤差Eが最小となる条件を求める
と (logE) ’= NR/ k・log(R/ ra ) +( NR2 / 2k)/R=0 …(4) ゆえに log(R/ ra ) =−1/ 2 R=ra exp(−0.5) =0.6ra …(5) メッシュは、収束半径ra の半分乃至6割程度にして、
nを増やすことにより予測精度を高めるのがよいことが
理解できる。なお、対称性により変数の数は多少変化す
るが、(5) 式の結果はあまり変わらない。 【0135】(4) 従来手法との比較について 4-1 等角写像法との比較 図8に示した等角写像法においては、前述したように、
対象空間が複雑な形状を有していた場合は、全く対処し
きれない。しかし、本願の実施形態装置においては、処
理5において、等角写像の解が得られる場合はそのまま
利用し、得られない場合には対象空間を複数の領域に分
割して簡単化する。したがって、たとえ対象空間がどの
ような複雑な形状を有していたとしても、簡単な形状の
領域に分割して、問題を解くことができる。 【0136】4-2 代用電荷法との比較 この代用電荷法においては、前述したように、等角写像
法と異なり、どんな問題にも使えるが、計算の手間が大
きくて結果の精度が悪い課題がある。 【0137】これに対して、本願の実施形態装置におい
ては、例えば、同じ程度の未知数の連立方程式を使った
場合、誤差が従来の代用電荷法に比較して1/100程
度に低減される。 【0138】これは、本願の実施形態装置においては電
極境界の形に応じた解gi ( zi )を利用するのに対し
て、代用電荷法は、境界の形にかかわらず、無限空間の
場合の解gi ( zi ) だけを使うためである。そのため
代用電荷法は特異点の近傍(例えば電極の角)では精度
が悪いからである。 【0139】他の相違点は、代用電荷法で用いた電荷関
数は原点に特異点を持ち、その点で無限大となり、計算
結果に誤差を与えやすい。(電荷を境界から遠くに置く
と解か不安定になり誤差も増える。電荷を境界の近くに
置くと、特異点の影響で解に擾乱を与える。いずれにし
ても高精度にはならない。) しかし、本願の実施形態装置においては、多項式は計算
が容易で、電荷関数のように特異点を生じない。すなわ
ち、本願装置においては、境界の形に応じて、最適に近
い解gi ( zi ) を用いる。すると境界の形が特異点
(例えば直角のかど)を持っている時、それを除去でき
る特徴がある。しかし、代用電荷法では、境界の特異点
の近くでは誤差が極めて大きくなる。 【0140】4-2 有限要素法との比較 有限要素法において、物理量の予測精度を向上させるた
めには、メッシュを細分化する必要があり、計算処理量
が膨大になる。 【0141】これに対して、本願の実施形態装置におい
ては、メッシュを細分しなくても展開次数を上げれば精
度が向上し、その手法の方が効率がよいことは先に述べ
た通りである。 【0142】S−C変換理論の先の例では、特異点が1
乃至2個の場合は解けるので、領域は特異点の数または
その2〜3倍に領域分割すれば特異点は除去できる。こ
こで、無限遠(無限遠点)も一種の特異点として扱え
る。したがって、本願装置では無限に広い領域の問題
も、容易に高精度で解くことができる。さらに本願装置
では従来知られている解法を処理5において簡単に取込
むことが可能である。 【0143】 【発明の効果】以上説明したように本発明の物理量予測
方法及びその装置においては、対象空間を複数の領域に
分割し、各領域を簡単化し、各領域毎に変換関数の多項
式を用いている。したがって、等角写像法、代用電荷法
や有限要素法等の従来手法に比較して、対象空間を過度
に細分化する必要がなく、少ない計算回数で効率良くか
つ高い精度を有する物理量を予測できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to various machine designs.
Electric field characteristics, fluid characteristics, stress characteristics in the required predetermined space
Quantity prediction method and quantity prediction method for predicting physical quantity such as sex
Related to the device. [0002] Electric field characteristics and fluid characteristics in a predetermined space
The physical quantities required for equipment design such as
This physical law is governed by the corresponding physical law
Can be obtained by calculating Each obtained
Skills are used for equipment design, phenomenon prediction, product inspection, etc.
it can. Many of these physical laws are based on partial differential equations.
expressed. Then, as this partial differential equation, for example,
Plus equation (static magnetic field, electrostatic field, ideal fluid), Helmho
Rutz equation (acoustic, wave), Maxwell equation (electromagnetic
Boundary), Hamilton-Jacobi equation (dynamic body),
Iconar equation (optical), Navier-Stokes method
Equation (fluid), wave equation, Schrodinger equation (electric
Child, atom, molecule), heat conduction equation (heat, temperature), diffusion method
Equation (substance concentration), stress-strain equation (mechanical structure,
Structural analysis of buildings) is known. For each of these partial differential equations, the prediction pair
The elephant space is defined, and the initial physical quantity in this target space
If conditions and boundary conditions are given, numerical values can be calculated using a computer.
Solve the relevant partial differential method by calculation and calculate these physical quantities.
I can know. As a physical law using this computer
Finite element method and boundary element method are practical methods for numerical solution of
Has been Furthermore, most of the above PDEs
As a simple Laplace equation solution, conformal mapping method,
Charge method, finite element method and other analytical methods have been proposed
I have. Next, the conformal mapping conventionally adopted
The method, the substitute charge method and the finite element method will be described. (1) Conformal mapping method FIG. 8 defines the electrostatic field distribution as a physical law, for example.
Processor for solving the Laplace equation using the conformal mapping method
It is a flowchart which shows order. In this conformal mapping method, step S8
In -1, set the area of the target space to be calculated
I do. That is, this region is represented by x and y coordinates, and (x.
y) is expressed as z = x + jy j: imaginary unit, and the complex potential w is w = u + jv as a physical quantity at each position, the real part u indicates the electric flux and the imaginary part v indicates the potential.
You. Therefore, the solution of this Laplace equation is
The complex potential w is a complex number z (= x +
jy) function is shown below. w = f (z) Next, in step S8-2, the set area is paired.
Set the boundary conditions to be set. This boundary condition is the boundary position
And the like. Then, in step S8-3, the area
, The complex potato
Ask for the online w. Is this conformal mapping method old?
It is a known method of solving the Laplace equation, for example
Details are described in the literature. Henrici, P., "Applied and Computational
 Complex Analysis Vol.3 "John Wiley & Sons. New Yor
k. (1986) Nehari.Z "Conformal Mapping" McGraw-Hill. New Y
ork. (1952) (2) Alternative charge method Figure 9 shows the solution of the Laplace equation using the alternative charge method.
It is a flow chart which shows a processing procedure in a case. In step S9-1, the area of the target space is set.
Then, the boundary condition is set in S9-2. And S9
-3, the complex potential w is converted into the coefficient q in the region.i Not yet
Create an electric charge relational expression to be known. And this charge function
Create a system of linear equations to satisfy the boundary condition
(S9-4), and the simultaneous linear equations are not solved yet.
The knowledge number is determined and the complex potential w is calculated (S9-
5). The details of this substitute charge method are described below.
In the literature. Murashima Sadayuki. Substitute charge method and its application Morikita Publishing, Tokyo.
(1983) H. Okamoto and Y. Katsuta. Fast solution of potential problems
Applied Mathematics Vol. 2, No. 3, P2-20. (1992) (3) Finite element method FIG. 10 shows the solution of the Laplace equation using the finite element method.
It is a flow chart showing a processing procedure in the case. In step S10-1, the area of the target space is
Then, the boundary condition is set in S10-2. And
The target space area is divided into a plurality of small areas in S10-3.
(S10-3), the complex potential w in each region
The function value is an unknown number (S10-4). And each area
The partial differential equation is discretized in (S10-5), and the boundary
A simultaneous linear equation for satisfying the condition is created (S10-
6), solve the simultaneous linear equations to determine unknowns,
The complex potential w is obtained (S10-7). In addition to the above solution methods, the boundary element method
Has been put to practical use. This boundary element method
When applied to the equation
It is. However, in the substitute charge method, the charge is
It is placed near the outside, but in the boundary element method, the charge is
Put on the line. Therefore, there is a direct influence of the singular point,
There is a place where the error becomes infinite in the world. Boundary element method is
It can be applied to equations, but the characteristics are similar.
You. However, the above-mentioned problems have been solved.
In each method, there are still the following issues that need to be resolved.
Was. In the conformal mapping method, no region division is performed
So easy and accurate results. However, for example, S-C
Use the method of transformation (Schwarz-Christopher transformation)
And the problem that integration is difficult to solve by algebraic calculation
Many. For example, to explain an example of S-C conversion theory, if the shape of the boundary is a straight line, the solution is a linear function and it is extremely easy. If the right angle is one, the square root function is required (easy). Necessary (easy) 3 to 4 right angles Required elliptic function (somewhat difficult) 5 or more right angles impossible Impossible areas with complicated shapes and complicated boundary lines
It is almost useless for actual mechanical design with
Absent. The substitute charge method is different from the conformal mapping method.
Although it can be used for any problem, it requires a large amount of calculation
There is a problem that the accuracy of the result is poor. Accuracy especially near singular points
Is bad. This changes the functional form of the substitute charge depending on the singularity.
Because there is no. Further, in the finite element method, what question is
There is an advantage that you can solve even the subject. However, the finite element method is
There is a drawback in terms of increased physical quantity and accuracy. One is a mesh
If you do not subdivide, the accuracy will not increase and the amount of calculation processing will increase.
Is Rukoto. Especially in the vicinity of the singular point, this defect is serious.
Yes. That is, this finite element method
Because it assumes a uniform space without considering the shape of
You. Further, the high-order expansion formula is not often used, and the differential
It is common to stop at the lowest order needed to calculate the coefficient
You. Special ingenuity is required to use higher-order equations.
You. The present invention has been made in view of such circumstances.
Divides the target space into multiple areas, simplifying each area
Then, by using the polynomial of the conversion function for each area,
Therefore, there is no need to subdivide the target space excessively,
Physical quantity prediction that can predict physical quantity with high accuracy in arithmetic
Aiming to provide a measuring method and a physical quantity prediction device
You. The present invention is directed to a position space and time.
Each position and each position in the target space consisting of interspaces etc.
The physical law that defines the relationship with the physical quantity
The boundary conditions of the applicable target space and the initial conditions of physical quantities or
Target from the applicable physical laws by setting end conditions
Physical quantity prediction method for predicting physical quantity at each position in space
Applied to the law. And, in order to solve the above-mentioned problem
In 1, the space component that divides the target space into multiple regions
Split process and extend the boundary of each divided area
Area simplification process to simplify the outside, and each of these simplified
Objects at each position in the region for the simplified boundary conditions of the region
A conversion function setting step of obtaining a solution of a physical quantity and using it as a conversion function,
The solution of the physical quantity at each position in each area is transformed with the coefficient as an unknown number.
Polynomial setting process of approximating with the polynomial of the transfer function and each region phase
A system of linear equations is created from each polynomial using the mutual boundary conditions.
The simultaneous linear equation creation process to be generated and the created simultaneous equations
Obtain each unknown from the linear equation and calculate the physical quantity at each position.
And a physical quantity calculation step of outputting. According to claim 2, the object of claim 1
The physical law in the physical quantity prediction method is the two-dimensional Laplace equation
Or a partial differential equation consisting of two-dimensional Poisson equation
And the simplified conversion function of each area is a two-dimensional
This is the solution of the plus equation. Further, according to claim 3, in claim 2
The conversion function setting process in the physical quantity prediction method is a physical law.
To have all or part of the PDE as
This includes finding a solution to the equation. Another invention is position space, time space, etc.
At each position in the target space consisting of
The physical laws that define the relationship with
Boundary condition of elephant space and initial condition or end condition of physical quantity
By setting it, the applicable physical law can be set in the target space.
Applied to a physical quantity prediction device that predicts the physical quantity at each position
It is. And, in order to solve the above-mentioned problem
In 4, the space for dividing the target space into a plurality of regions
The dividing means and the boundary of each divided area are extended to extend outside the area.
Areas to be simplified
Solution of physical quantity at each position in the region for singularized boundary condition
And the conversion function setting means for obtaining
The solution of the physical quantity at each position is converted into
Boundary between polynomial setting means approximated by polynomial and each area
Generate a system of linear equations from each polynomial using field conditions
From the simultaneous linear equations creating means and the simultaneous linear equations described above,
Physical quantity calculator that calculates unknown quantity and calculates physical quantity at each position
It is provided with steps and. Further, the invention of claim 5 is the physics of claim 4.
Each quantity obtained by the physical quantity calculation means for the quantity prediction device
Graphic output that graphs and outputs physical quantity of position
Means are added. According to the present invention, the above-mentioned structure is provided.
In the physical quantity prediction method and physical quantity prediction device of
Divide the space into multiple areas and simplify each divided area
The boundary line that simplifies the solution of the physical quantity at each position in each area.
The conversion function is obtained by using the condition. Then, the solution of the desired physical quantity is obtained for each area.
Is defined by the polynomial of the conversion function. Note that this polynomial is
Leave the coefficients of the terms of the conversion function of each order
You. Therefore, depending on the boundary conditions between the areas,
Create a system of linear equations to find
If you solve the equation and determine the unknowns, you will end up in the target space.
The physical quantity at each position in is obtained. Therefore, the target space is divided into a plurality of regions.
By doing so, each area can be easily simplified,
The conversion function in each area can be simplified. Also, the polynomial
By using finite element method, boundary element method, substitute
Fewer unknowns than conventional methods such as the charge method
Less computational effort than conventional methods to achieve the same accuracy
It also reduces the amount of computer storage required. Further, by using the conversion function, each region is
Eliminates the influence of singular points in the region, making calculation easier and more accurate
Becomes possible. The physical quantity predicting device according to claim 5
The obtained physical quantity at each position is graphed and output.
This makes the device very easy for the operator to use.
You. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Will be described. FIG. 1 is a physical quantity prediction of an embodiment of the present invention.
A block diagram showing a schematic configuration of a physical quantity prediction device adopting the method
FIG. The physical quantity prediction apparatus of this embodiment is a computer
It is composed of a kind of information processing device such as a computer.
M or application written in the storage unit such as main storage
Processing unit formed on the application program, and M / M
(Man-machine) device 1 and print output device 2 such as a printer
It is composed of The application program
As shown in FIG. 1, the processing unit formed on top of the target space
Setting / space division unit 3, conversion function setting unit 4, area boundary
Boundary condition setting unit 5, polynomial generation unit 6, and equation calculation processing
It is composed of a unit 7 and a calculation result graphic processing unit 8.
I have. Next, the operation of each section will be described in order. M /
The M (man-machine) device 1 is, for example, a CRT display device.
It consists of a keyboard and a mouse, and the operator can predict physical quantities.
Coordinate information that identifies the target space to be
Dividing information when dividing, easy when simplifying each area
It is a device for inputting generalization information and various boundary conditions. Also,
If necessary, the object at each position in the area simplified by the operator
It is used when inputting an already known solution of the physical quantity. In order to solve the given problem, we need to query the object space.
Divide into areas according to the subject and number each area. Sa
In addition, set some boundary points appropriately on the boundary of each area.
Number them. For example, at the boundary between area A and area B,
At some point, the operator can control the area A through the M / M device 1.
Enter the number and position coordinates of zone B. In addition, the range of each area
Enter the inequalities that determine the bounds. The operator operates the target space setting / space division unit 3.
The physical quantity can be predicted from the coordinate values input via the M / M device 1.
Until the end of physical quantity calculation by specifying the target space that indicates the measurement range
Retain. Furthermore, this target space setting / space division unit
3 is a boundary line of the target space input via the M / M device 1.
Items are additionally set in the set target space. This target sky
Boundary condition between is a physical quantity at the boundary position of the target space
Etc. to obtain the physical quantity at each position in this target space.
This is a requirement. Further, the target space setting / space dividing unit 3 is
Based on inequalities entered by the operator via the M / M device 1.
Then, given the position coordinate z in the target space, which region
Determine whether it belongs to the area. Regarding the conversion function setting section 4, the operator
After processing (1) and (2), the conversion function setting unit 4
Execute the process. (1) For each area that was divided into multiple parts by the division process,
Extend the boundary of the area to simplify outside the area. this
The purpose of area simplification is to extend the boundary of the area
Singularity does not occur in the area,
In order to easily derive the solution of the physical quantity
You. (2) Each region simplified by the above method
Solution of physical quantity ini (Zi ) Is derived. these
Is known and is stored and held in the conversion function setting unit 4.
If so, specify the solution number, move the origin, and coordinate
Specify the rotation number. Also, it is not stored
If, the derived solution gi (Zi ) Function value
The subroutine is set in the conversion function setting unit 4. (3) Input by the operator via the M / M device 1
Conversion function setting unit based on the specified instruction and subroutine
4 is, when the position coordinate z and the region number i are given,
Using the conversion function corresponding to the area number i, ri = G
i (Zi ) Value is calculated. The polynomial generating unit 6 calculates the solution of the physical quantity in each area.
Is a polynomial of a conversion function in which the coefficient is an unknown number w = Pi (R
i ) Approximates. The inter-region boundary condition setting unit 5 uses the M / M device.
On the boundary line between areas based on the instruction from
The condition that the values of the polynomials in the mutual areas are equal
Input to the polynomial generator 6. For example, the boundary between the continuity of electric potential and the continuity of electric flux
As for the conditions, as described above, the boundary point number m and the coordinates
zm And the region number ia ib, the equation Pia(Zm ) -Pib(Zm ) = 0 is obtained. When there is a fixed potential condition, the position
Mark zm And the region number i and the potential v, the equation I [Pi (Zm )] = V is obtained. However, I [] is a symbol representing an imaginary part.
You. Further, the electric flux condition is set inside or at the boundary of the region i.
If there is a coordinate zm And coordinate znThe electric flux connects the line connecting
Assuming that it does not cross (is blocked), the equation R [Pi (Zm ) -Pi (Zn )] = 0 is obtained. However, R [] is a symbol representing a real part.
You. The polynomial generator 6 is an inter-region boundary condition setting unit.
Using the boundary conditions input from 5, the polynomial generated earlier
Formula w = Pi (Ri ), A simultaneous equation consisting of multiple equations
Create the following equation. The equation calculation processing unit 7 is the polynomial generation unit 6.
Solve the created system of linear equations to obtain the unknowns of each polynomial.
Get the value of each coefficient that is Then, the obtained coefficients are
Value of physical quantity at each position in each area by substituting in polynomial
Get. The calculation result graphic processing unit 8
The physical quantity of each position in the
Obtain a physical quantity that can be displayed in a graph so that the operator can easily see it.
The print output device 2 prints and prints on paper, and M
/ M Display and output to the CRT display device of the device 1. FIG. 2 shows a physical quantity predicting device having the configuration shown in FIG.
6 is a flowchart showing the overall processing procedure in the storage device. Processing 1
In step 2, the target space is defined, and in process 2, this target space is determined.
Boundary conditions are defined, and the target space is divided into n regions in process 3.
Divide into zones. The position in each divided area is a complex coordinate.
zi (I: area number i = 1,2, ..., n) = x + jy
You. Extend the boundary of each area divided in process 4
Simplify each area itself by simplifying outside the area
I do. Simplified in the area simplified in process 5
Solution of physical quantity at each position using conformal mapping method with different boundary conditions
i = Gi (Zi ). Where the simplified boundaries
The condition usually means that the electrode surface in z space is ri Real number in space
Peculiar except that it is mapped to an axis and is caused by the electrode shape in a finite area
The condition is that it has no points. Then, the solution is set to the reference position (the seat) of the target space.
Conversion function r indicated by the position from the standard origin)i Expressed by What
It is also possible to use a known solution in process 9 in advance.
Noh. Then, in the process 6, each simplified
As a solution of the correct physical quantity at each position in the area
The complex potential w (w = u + jv) of each
Conversion function r with (a, b, ...) as unknowni Polynomial P of
i (Ri ) (W = Pi (Ri )). In process 7, the connection line between the areas is connected.
Conditions, multiple equations to meet the boundary conditions (simultaneous linear equations
Formula) is created. In process 8, this simultaneous primary process
The equation is solved to determine each coefficient (a, b, ...). After a while
Then, by actually calculating each polynomial, the correct
A complex potential w as a physical quantity is obtained. EXAMPLE Next, a concrete example using this physical quantity predicting apparatus will be described.
The physical quantity prediction process will be described. (First Example) The most typical partial differential equation of the physical law and
Then, in the two-dimensional space using the two-dimensional Laplace equation
A method for obtaining an electrostatic field characteristic at an arbitrary position will be described. This place
In this case, the solution of the Laplace equation in the divided domain as the conversion function r
Used. Then, for the sake of convenience, this method is used for CCM (compos
ite conformal-mapping method; synthetic conformal mapping method)
Name it. As described in the conventional method, a normal conformal image is taken.
According to the convention of the image method, the plane is represented by xy coordinates, and (x,
y) points are represented by complex numbers (complex coordinates) z = x + jy, and the solution
If the complex potential that is expressed by w = u + jv is
The part u is the electric flux and the imaginary part v is the electric potential. As a first embodiment, an electric field in a rectangular coaxial tube
Example of predicting electric field characteristics by solving Laplace's equation for distribution
Is shown. FIG. 3 (a) shows an outer tube 21 having a square cross section.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a double pipe including an inner pipe 22. Specifics of each processing 1 to 8 in the flowchart shown in FIG.
The specific processing contents will be described in order. (Process 1, 2) of physical quantity
The target space showing the prediction range is the outer tube 21 with a side of 64 mm.
It is a range surrounded by the inner tube 22 having a side of 32 mm. Soshi
The boundary condition is that the outer tube 21 has a potential of 0 volt and the inner tube has a potential of 0 volt.
The potential of 22 is 10 volts. Specifically, the shape of this double tube is symmetrical.
Has P1, P2, P3, P4, P in the lower left.
The distribution within the trapezoid indicated by the number 5 may be calculated.
Therefore, in this first embodiment, trapezoids P1 to P5
Is the target space. (Processing 3) FIG. 3B is a trapezoid of FIG.
It is the figure which expanded the target space of. A1, B1, C1, D
1 and 2 lines indicated by E1 and F1
The five points P1, P2, P3, P shown by ○ are divided into regions.
4 and P5 are the centers of the polynomial expansion of each area. And P
The position of 2 is the origin of the coordinates of the target space. Therefore,
For example, the coordinate of the position of P1 is (16,16), which is a complex number.
Is 16 + 16j. Then, each area is designated as P1 to P5.
Name it. (Processing 4) Each of the areas P1 to P5 is shown in FIG.
To simplify. The dotted line is the axis of symmetry when there is line symmetry
Show. For example, the area P1 is at the lower left of the point P1 as shown in the figure.
In the area to calculate the electric field sandwiched between the electrodes inside and outside the
is there. In the case of region P1, the surface shape of the internal electrode is
In 3 (a), at the point 32mm to the right from the corner of P1,
There is one horn. However, in Figure 4, a straight line to infinity
It is assumed that it is growing normally. Also, in FIG. 4, the outer electrode is
Assuming that they do not exist, this area P1 is
Suppose the space extends infinitely. By simplifying the area as described above,
The problem of finding the electric potential at each position can be easily derived. other
Areas P2 to P5 are also outside the areas P2 to P5.
Assuming that there is no change in the electrode shape,
Set. (Process 5) The process 5 is simplified.
The solution of each position in each area is obtained. That is, the region P1
Has a right-angled electrode and finds the electric field in the space outside it
Things. To do this, set the point on the electrode surface to z (= x + j
y), the corresponding complex potential w (=
Find a function such that u + jv) is a real number. Normal
By convention, the imaginary part v of the complex potential w represents the potential.
However, the real part u of the complex potential w represents an electric flux.
I do. The imaginary part of the complex potential w on the electrode surface
That is, a solution with a potential of 0 will be found. This is complex
This is a well-known fact in functional theory. Boundary of electrodes in region P1
The line of the field is assumed to be a half line extending to infinity. Origin at the corner
Then, the potential expressed by a complex function (complex potential)
Is w = (-jz)2/3 It is expressed as If the point of symbol P1 is the origin,
Since the electrode surface on the right side of xmm is z = x, w = −x2/3 And the electrode surface ymm above the position P1 is z = jy.
So w = y2/3 And if x and y are real numbers, then w is also a real number
Can be Position P1 is coordinate when position P2 is the origin
Since (16, 16), the conversion function r of this region P1
1 Is r1 = [-J {z- (16 + 16j)}]2/3 Becomes Here, the numerical value (16 + 16j) is the actual point
A value to move to a position. As shown in FIG. 4, the area P2 has a concave right angle.
There is an electrode, and the electric field in the space inside is determined. This place
The electrode boundaries extend from the corner to the right and upwards to infinity
Assuming a half line. If the angle is the origin, it is represented by a complex function
The potential is w = zTwo It is expressed as If z = x, w = xTwo And z = jy
Then, w = -yTwo In both cases, w becomes a real number. did
Therefore, the conversion function r of the region P2Two Is rTwo = ZTwo Becomes The area P3 has a flat surface as shown in FIG.
There is a pole, and the electric field in the space above it is determined. Electrode border
If the line is a line that extends to infinity, the voltage expressed by a complex function
The position is expressed as w = z. Therefore, the conversion function r of the region P3Three Is rThree = Z-8. In addition. Numerical value (-8) aligns the origin with the deployment center
It is for. Similarly, the conversion function r of the area P4Four Is rFour = Z-32. Furthermore, the conversion function r of the region P5Five Is rFive =-[Z- (32 + 16j)]. (Process 6) In the process 6, each area P1
~ Create a polynomial to find the correct solution within P5
I do. That is, as a solution in each of the regions P1 to P5
Complex potential w is conversion function ri Polynomial P ofi (R
i ). This polynomial originally assumes an infinite series.
However, it is cut off at an appropriate order. In this example, 5
Calculate up to next time. The potential of the outer electrode is the above-mentioned boundary
It is 0V depending on the condition, and also contacts the outer electrode
Polynomial coefficients a, b. ... are all real numbers. This is
Convert when the prime number z (= x + jy) is on the surface of the outer electrode
Function ri Is a real number, and the complex potential w is also a real number
It is. Since the regions P1 and P5 are in contact with the inner electrode,
Set the constant term to 10j to fix the position to 10 volts.
You. In the region P1, w = 10j + a1 r1 + B1 r1 Three + C1 r1 Five = P1 (R1 ) Is assumed. a1 , B1 , C1 Is an undetermined coefficient
You. The even-order terms are unnecessary because of symmetry. It is
It depends on the reason. If there is line symmetry passing through the origin, the pair
The nominal axis is one line of electric force and the electric potential of the complex potential w.
The real part u representing the bundle is 0. At that time, the conversion function in the area
Since the numbers also have the same symmetry, the conversion function ri The real part of
0. That is, the conversion function ri Is a pure imaginary number. So
Here, the conversion function ri Is a pure imaginary number, the complex potential w
= Pi (Ri ) Is a pure imaginary number, the polynomial Pi 
(Ri ) Must be of odd order only. if,
When the coefficient of an even-order term is not 0, the term is riIs pure
This is because when it is a number, it becomes a real number. The axis of symmetry does not pass through the origin
If not, add one real number as an unknown. The constant 10j corresponds to the potential of the inner tube electrode.
In the region P2, w = aTwo rTwo + BTwo rTwo Three + CTwo rTwo Five = PTwo (RTwo ) Is assumed. aTwo , BTwo , CTwo Is an undetermined coefficient
You. It can be understood from the symmetry that the even-order terms are unnecessary.
The fact that the undetermined coefficient is a real number is the same as above. In the region P3, w = aThree + BThree rThree + CThree rThree Two + DThree rThree Three + EThree rThree Four + FThree rThree Five = PThree (RThree ) Is assumed. aThree , ..., fThree Is an undetermined coefficient
You. Since it is asymmetric, even-order terms are also necessary. In the region P4, w = aFour + BFour rFour + CFour rFour Three + DFour rFour Five = PFour (RFour ) Is assumed. aFour , ..., dFour Is an undetermined coefficient
You. In this region P4, the axis of symmetry is off the origin.
Therefore, the constant aFour It is necessary to add. Other even
The order term is unnecessary. In the area P5, w = 10j + aFive + BFive rFive + CFive rFive Three + DFive rFive Five = PFive (RFive ) Is assumed. aFive , ..., dFive Is an undetermined coefficient
You. In this area P5, the axis of symmetry is off the origin,
As in the area P4, the constant aFive Need to be adjusted. other
No even-order terms are needed. Constant 10j is the internal electrode potential
It corresponds to. Further, all coefficients a1 , ..., dFive Is real
Suppose it is a number. Based on this assumption, the boundary line of the electrode potential
The matter is satisfied. (Process 7) In Process 7, the boundary conditions between the regions
Create a system of linear equations consisting of multiple equations that satisfy
You. The five polynomials P created in the process 61 
(R1 ) ~ PFive (RFive ) Has a total of 20 unknowns
Therefore, make an equation that determines this by the boundary condition. each
The boundaries of the regions P1 to P5 are line segments A1B1C1D1 and E1F.
It is one. Select an appropriate number of points on this line and
In the equation, the condition that the electric potentials on both sides of the boundary line are continuously connected
I do. The continuous condition is that the electric potential is continuous and the electric flux is continuous.
It is necessary to continue, and the continuity of the potential is a complex potential w on the boundary.
The imaginary part v indicating the electric potential of is continuous, and the electric flux is continuous on the boundary.
The real part u indicating the electric flux of the elementary potential w must be continuous.
And are required. Therefore, from one boundary point to two
You can make a linear equation. For example, the boundary line A1B1 is the area P1 and the area
At the boundary of P2, P on this1 (R1) And PTwo (RTwo ) Is
Must match. Therefore, the following equation holds
You. P1 (R1 ) = PTwo (RTwo ) This equation becomes the boundary condition equation. Suitable on A1B1 line
Select as many points (coordinates z = x + iy) as to
Coordinate z to r1 And rTwo When is calculated and substituted into the above equation,
a1 , B1 , C1 And aTwo , BTwo , CTwo Those whose is unknown
You can formulate. Since the above equation is a complex number, the real part on the left side
Since the imaginary parts are each 0, two linear equations
can get. Of these, the imaginary part shows the continuity of the potential and
Some parts show continuity of electric flux. The potential v is normally used as a reference point to ground the outer electrode.
The potential is set to 0 volt. Similarly for the electric flux u
It is necessary to set a standard, and here, in the area P1,
The target axis was used as a reference. 10 Volts on inner electrode, 0 on outer electrode
The boundary condition of the potential of the bolt has already been woven in the process 6.
You. (Process 8) In Process 8, the simultaneous one created in Process 7
Solve the following equation to determine the undetermined coefficient. The primary method
When the number of expressions is greater than the unknown, the least squares method is used.
This is done automatically by the known modified Gram-Schmidt method.
Can calculate. The modified Gram-Schmidt method is described in
It is described in detail. Toru Nakagawa and Yoshio Koyanagi “Least Square Method
Analyzing experimental data "University of Tokyo Press (1982)
When formulas are created, 102 equations are created. Solve this
Number a1 ~ FFive Get. Then, each obtained coefficient a1 ~ F
Five Is a polynomial P of the regions P1 to P51 (R1 ) ~ PFive (R
Five ), Calculate each polynomial for each position,
The electric potential v and the electric flux u at each position are calculated. This calculation
Graphic of electric potential v and electric flux u which are the solutions of physical quantity
It is processed and printed out to the print output device 2, and M
/ M Display and output to the CRT display device of the device 1. The calculation processing time until this display output
Is a BASIC program with an old PC (CPU286LS).
It takes about 4 minutes. FIG. 5A shows this first embodiment.
Equipotential line showing potential distribution as physical quantity predicted in the example
Fig. 5 (b) is an electric flux diagram showing the electric flux distribution.
You. From the complex potential w,
The electric capacity C per unit length is obtained, and the characteristic impedance
Dance Z0 Is also easily obtained. Square coaxial of the first embodiment
The prediction result of the electric capacity of the tube is 90.55 pF / m. In the shape of the electrode in the first embodiment,
Indicates that the point P1 is a singular point at a right angle and electric field concentration occurs.
However, the conversion function r in process 51 = Z3/2 To use
Therefore, the peculiarity in the region P1 is removed, and the physical quantity
The solution complex potential w is the conversion function r1 Holomorphic function of
Can be approximated by a fifth-order polynomial. As a result, the physical quantity in the first embodiment
The prediction accuracy of the potential distribution and the electric flux distribution is extremely high.
Yes. In order to further improve the prediction accuracy, the conventional finite element
There is no need to increase the number of divisions of the target space like the prime method,
You can increase the degree of the polynomial. Therefore significantly calculated
There is no increase in throughput. (Second Embodiment) As a second embodiment, FIG.
The conductor board 23 shown in FIG.
Potential distribution between the strip line 24 and the strip line
Predict the electric capacity per unit length of the cable. (Processing 1) A2, B2, C2, D2, E2
Is a conductor substrate 23 having an infinitely wide ground potential. F2, G
2, H2 placed on it 2mm apart, width F2H2 =
It is a strip line 24 formed of a 4 mm conductor. Strike
The thickness of the lip line 24 is zero. Space other than conductor is dielectric
The rate is constant. The structure of the strip line 24 is symmetrical
The left half is the target space. And point 1 in the figure
Is the reference position (origin) of the entire target space. (Processing 2) As a boundary condition of this object space
And the dielectric constant is the value of ordinary vacuum (air) 8.854 pF /
m is used. In addition, the electric potential of the conductor substrate 23 is 0 volt,
The potential of the trip line 24 is set to 1 volt. (Processing 3) As shown in FIG.
The target space is divided into six areas Q1 to Q6. (Processing 4) Area Q1 is an infinite space excluding areas Q2 to Q6
It is. Therefore, in this area Q1, as shown in FIG.
As shown in (c), the F2G2H2 strip electric wire 24
Simplify by removing the electrode. In the areas Q2 to Q6, as shown in FIG.
The strip line 24 infinitely without cutting at position H2.
Lengthened and simplified, and the electrode 2E2 on the conductor substrate 23 is removed.
Remove and simplify. (Processing 5) Simplified physical quantity of the area Q1
The complex potential w as the solution of
Then, w = 1 / z. Therefore, the conversion function r of the region Q11 Is the C2 point
Since the mark is (5,0), it is as follows. R1 = 1 / (z-5) Further, in other regions Q2 to Q6, the position F2 in FIG.
Assuming the origin, the complex potential w as a solution is
Become. W = z1/2 Therefore, by incorporating the coordinates (z = 3 + 2j) of the position F2,
Conversion function rTwo ~ R6 Are all equal and can be shown below
it can. RTwo = RThree = RFour = RFive = R6 = [Z- (3 + 2i)]1/2  (Process 6) In the area Q1, the following polynomial is set.
You. W = a1 r1 + B1 r1 Three + C1 r1 Five = P1 (R1 ) A1 , B1 , C1 Is an undetermined coefficient. No even-order terms required
What can be understood from symmetry. Undetermined coefficient a1 , B1 ,
c1 Is a real number, the electric potential of the conductor substrate 23 is 0 volt.
Satisfies the boundary conditions. In the area Q2, w = j + aTwo + BTwo rTwo + CTwo rTwo Two + DTwo rTwo Three + ETwo rTwo Four + FTwo rTwo Five = PTwo (RTwo ) The constant term j corresponds to the potential of the strip line 24. this
In this case, since it is asymmetric, even-order terms are necessary. aTwo ,
..., fTwo Is an undetermined coefficient. aTwo , ..., fTwo Is a real number
At this time, the stripline 24 potential meets the boundary condition of 1 volt.
Add. In the area Q3, w = j + aThree + BThree rThree + CThree rThree Two + DThree rThree Three + EThree rThree Four + FThree rThree Five = PThree (RThree ) The constant term j corresponds to the potential of the strip line 24. a
Three , ..., fThree Is a real undetermined coefficient. Asymmetric so even
We also need terms of several orders. In the area Q4, the following polynomial is set.
I do. w = aFour + BFour rFour + CFour rFour Two + DFour rFour Three + EFour rFour Four + FFour rFour Five = PFour (RFour ) Is assumed. aFour , ..., fFour Is a complex number
Since it is a number, this unknown number is 12. In the area Q5, the following polynomial is set.
I do. w = j + aFive + BFive rFive + CFive rFive Two + DFive rFive Three + EFive rFive Four + FFive rFive Five = PFive (RFive ) AFive Is a real number, bFive , ..., fFive Is an undetermined coefficient of complex number
You. In the area Q6, the following polynomial is set.
I do. w = j + a6 + B6 r6 + C6 r6 Two + D6 r6 Three + E6 r6 Four + F6 r6 Five = P6 (R6 ) A6 Is a real number, b6 , ..., f6 Is an undetermined coefficient of complex number
You. (Processing 7) In processing 7, connection conditions and boundaries are set.
Create a linear equation that satisfies the boundary conditions. That is,
On the boundary line as a connection condition between all adjacent regions
Create an equation for the continuous condition of electric potential and electric flux. As a boundary condition, the regions Q2 and Q5 are conductors.
Conditions for setting the potential on the substrate 23 to 0 V, regions Q2 and Q
No.3 and Q4 are the line symmetry axes at the center and there is no electric flux
Conditions are required. The coordinates on the boundary line are shown in Fig. 6 (b).
To satisfy these conditions in all points 1 to 25
Create a linear equation for. Furthermore, in FIG.
As shown by 26 to 28, it is above and below the singular point F2.
And added 1/2 point to the left. The right side of F2 is on the electrode
So it is unnecessary. (Processing 8) In the processing 8, it was created first.
Undetermined coefficient a by solving simultaneous linear equations1 ~ F6 Determine
You. When there are more equations than unknowns, in the first embodiment
As described, it is determined by the method of least squares. Then, similarly to the first embodiment, each obtained
Coefficient a1 ~ F6 Is a polynomial P of the areas Q1 to Q61 (R1 )
~ P6 (R6 ) And assign each polynomial for each position
By calculation, the electric potential v and the electric flux u at each position are calculated.
You. The electric potential v and the electric flux u, which are the solutions of the calculated physical quantities, are
Graphically process and print out to printout device 2.
Together with the display output to the CRT display device of the M / M device 1.
You. FIG. 7A is predicted in this first embodiment.
FIG. 8 is an equipotential diagram showing a potential distribution as a physical quantity.
(B) is an electric force diagram showing an electric flux distribution. Note that this
Since the calculation can be solved analytically by the conformal mapping method, stripline
The correct value of the electric capacity of 24 can be calculated, and the value is 37.
467 pF / m. On the other hand, this second embodiment
The electric capacity predicted by the method is 37.47 pF / m
You. In this way, it is possible to obtain extremely high prediction accuracy.
It is. (Third Embodiment) As a third embodiment, the target space is
Two-dimensional for predicting electrostatic characteristics at each position in the space
An example of solving the Poisson formula will be described. Two-dimensional Poisson method
As is well known, the equation is:It is. The right-hand side f (x, y) is the Fourier series or
If it is expanded to terms, the special solution v1 Is easily requested
And the solution that satisfies the boundary condition is v1 + VTwo Then vTwo Is
The solution of the Laplace equation should be found. As an example, a square of 0 ≦ x ≦ 1.0 ≦ y ≦ 1
Solve for f (x, y) = sinπx cosπy with v = 0 boundary conditions around the shape. The solution is easily obtained and is as follows. v1 =-(1 / 2πTwo ) Sinπx cosπy v = v1 + VTwo To satisfy the boundary condition, v1 V
twenty oneAnd vtwenty twoDivided into12Satisfies the condition of x = 0 and y = 0.
Decide to help. V on the x-axistwenty one= (1 / 2πTwo ) Sin π x vtwenty two= 0 on the y-axis vtwenty one= 0 vtwenty two= 0. vtwenty oneUses the Schwarz-Christofel transformation
However, the explanation is omitted because the method is classical.
And the result is vtwenty one= (1 / 2πTwo ) Sinπxcoshπy = I [(j / 2
πTwo ) Sin πz]. I [] is a symbol representing an imaginary part. vtwenty twoIs
It becomes a polynomial of the conversion function r, which is a feature of the present invention. θ = 3
Using the angle conversion function of π / 2, r = zTwo vtwenty two= I [ar + brTwo + CrThree + ……] v = v1 + V12+ V22 =-(1 / 2π 2) Sinπ x cosπy + (1 / 2πTwo
) Sinπxcoshπy + I [ar + brTwo+ CrThree
+ ……] The undetermined coefficients a, b, c ...
, [0112] (Equation 2)  And it is sufficient. Create this condition at multiple boundary points
And simultaneous linear equations. Therefore, this simultaneous primary
Solving the equation, the coefficient a. b. c. ... is obtained. Static electricity characteristics at each position in this target space
The boundary condition for predicting Two Direct conversion function r
Singular term, the singularity that the first derivative of the solution at the origin is discontinuous
Dots occur. V is responsible for this12The role of
Therefore vtwenty twoHas no specificity. (Fourth Embodiment) The lapla described so far.
The space equations and the Poisson equation example divide the space
The solution of the region simplified by doing the analytical calculation method
(Theory of conformal mapping method, S-C conversion method, Fourier transform method, etc.
Method). However, the numerical solution
It is also possible to use a solution by an arithmetic method. Numerical methods include the substitute charge method and the boundary method.
Element method, finite element method, etc. These methods are CCM
It is better to use the CCM of the present invention because it is less efficient
Yes. However, using the result already calculated by other methods
Use this numerical method when you want to. In this method, the solution of the region is the substitute charge method, the boundary
If a specific solution and a general solution are obtained by the element method,
The procedure is exactly the same as in the third embodiment. Domain specific solution is v1 
And vtwenty one, And the general solution is obtained as the conversion function r
General solution vtwenty twoIs a polynomial of the conversion function r,
The undetermined coefficient may be determined from the boundary condition. That is, v
1 , Vtwenty one, R were obtained by analytical method Numerical calculation method
However, the processing procedure and contents are different.
There is no. However, since only the specific solution is obtained, the general solution is obtained.
If is not obtained, the calculation of the general solution must be supplemented.
Must. The calculation of this supplement is higher than the calculation of the special solution.
It ’s easy. It can be done in the same way as a solution calculation,
The only difference is that the boundary condition is 0. Simultaneous equations to solve
Since the coefficient of is also the same, the number of unknowns is N
It is known that the interval becomes 1 / N, and N = 100
If so, the calculation amount is only increased by 1/100. When the solution of the region is obtained by the finite element method
Are a little different. Use the general solution as the conversion function r
To use, the real part u is required in addition to the imaginary part v
However, in the finite element method, unlike the substitute charge method, u is usually
unknown. However, u can be easily calculated from v
Therefore, the increase in calculation amount is even smaller. The required u is at the boundary of the two regions
Value. The differentiation of u along this value makes v perpendicular to this line
Equal to the differentiated direction. In electromagnetics terms,
The density of energy lines, or the rate of increase in electric flux, is the rate of increase in potential.
That is, it is equal to the electric field (when the dielectric constant is 1). [Equation 3]However, s is the coordinate in the length direction along the boundary line, and n is
Coordinates perpendicular to the border. And this is the border
Should be integrated along. Next, the above-mentioned first embodiment, second embodiment,
The prediction results shown in the third and fourth examples are obtained.
Each feature of the physical quantity prediction device of the embodiment of the present application shown in FIG.
explain. (1) Convergence of Prediction In the embodiment, the solution in each area is defined by a polynomial.
I do. Therefore, even if the "power series" that represents the unknown function
Is an infinite series, but if the convergence is good, the result with less error
Is obtained. As is known in the theory of complex functions, power classes
Number is the distance from the center of expansion in the region to the nearest singular point
ra Converge in a circle with radius as. ra Is the convergence radius
U. The conversion function is ri Then the power series up to the nth term
When there is only one singular point, the error when censoring is (r
i / ra )n + 1 / [1- (ri / ra )] did
And then ra Is large, the convergence is good. In the first embodiment, the conversion function r is set in the area P1.
1 The singularity of the right-angled vertex is eliminated by using No.
In the second embodiment, r is within the area Q1.1 Infinity by using
The peculiarity of the area is removed, and in other areas Q2-Q6
Conversion function rTwo Singularity of F2 point is removed by using
ing. Therefore, the convergence radius ra Is the next singular
The distance to the point (H2 point and the mirror image point of F2) becomes
Bundle radius ra Is larger, the convergence is better, and the prediction error is
Become smaller. The convergence radius ra Is a complex space (z =
x + jy) distance, not conversion function ri Must be measured at the distance
It is necessary. The linear equation of the connection condition in the second embodiment is
The point to make is to supplement each position of 26, 27, 28
Conversion function ri This is because the change in is large. Ie
w = z1/2 Is z = 0,1, and w = 0,1,
Since it becomes 1.41 and the intervals are not equal, z = 1/2
Replenished. (2) Conventional conformal mapping method in process 9
Use of results Obtain solution for each region simplified in process 5 of FIG.
It is necessary to use the accumulated technology of the past.
You. In the first embodiment, the complex potato
Initial w = z3/2 Was quoted from past technology accumulation,
For example, a solution has already been obtained for the following condition. 2-1 Angle θ Electrode For an angle θ electrode, w = za And However, a = π
/ (2π−θ) θ = 0 and w = z1/2 θ = π / 2 and w = z3/2 θ = 3π / 2 w = zTwo 2-2 Infinite Area The area Q1 in the second embodiment is the upper half of the conductor substrate 23.
It was an infinite space, but there was no space under the conductor board 23.
In the limit space, the logarithmic function is used. In this case, the solution is
Indicated by W = log z 2-3 pipe The distance between the strip line 24 and the conductor substrate 23 in the second embodiment.
When the height is only 0.1 mm, a very elongated pipe-shaped area
it can. Under these conditions, the solution is exponential
Is used. If the thickness of the pipe is d, the convergence can be further improved by adopting w = exp [−πz / d] as the solution w.
Note that even if the length of the pipe is infinite, the singularity is removed.
It is possible to 2-4 Disc The disc electrode has a radius rb The center of the circle is z0 = -Jrb In
The solution w at that time is given as follows. W = jlog (1-z / rb ) R is inside the circleb You can use expressions with different signs of
You. Circle around the circle by using this solution
It is possible to effectively represent streamlines or vortices in such a path.
Wear. If the disc electrode does not touch the boundary of the area,
The area becomes a double connected area. That is, the center of the vortex is at z = a and z = b.
The solution w at this time is as follows. w = [log (1-jz / a) -log (1-jz / b)] The potential distribution of the two disc electrodes is expressed by a function obtained by multiplying this by i.
The region becomes a triple junction region. Further, the radius rb With disc electrode plate
The solution w when there is no electric line of force terminating at the distance is as follows
become. w = jz / (z + 2jrb ) (3) The number of domain divisions, the expansion order, and the size of the equation
If the target space is divided into multiple regions, singular points can be removed.
It is advantageous to divide it into
If the area is further divided, the calculation accuracy is improved. But,
At that time, the number of unknowns increases and the amount of calculation processing increases.
There is a title. In addition, the polynomial P without changing the number of divisionsi (Ri )
Prediction accuracy is improved by increasing the expansion order (power) of
You. Therefore, the degree is increased and the division is increased.
And consider which is more advantageous. The convergence radius is ra , Exhibition
Open expression degree = n, half of divided area (hereinafter referred to as mesh)
Let R be the diameter. The number of meshes is 1 / RTwo Proportional to
If the number of unknowns in the cache is 2 (n + 1), the total number of unknowns
Is N = 2k (n + 1) / RTwo … (1). k is a proportional constant. The censoring error of expansion is E = (R / ra )n + 1 … (2) If N is constant and N is small, the mesh becomes
Become smaller. How to set R or n to minimize the error
Find out if you should decide. Solving n from equation (1) (2)
In the formula, logE = (n + 1) (logR−logra ) = (NRTwo / 2k) (logR-logra ) (3) Differentiate this by R to find the condition that the error E is minimized.
And (logE) '= NR / k · log (R / ra ) + (NRTwo /2k)/R=0...(4) Therefore log (R / ra ) =-1/2 R = ra exp (-0.5) = 0.6ra (5) The mesh has a convergence radius ra Half to 60% of
It is better to increase the prediction accuracy by increasing n.
It can be understood. Note that the number of variables changes slightly due to symmetry.
However, the result of Eq. (5) does not change much. (4) Comparison with conventional method 4-1 Comparison with conformal mapping method In the conformal mapping method shown in FIG. 8, as described above,
If the target space has a complicated shape,
I can't cut it. However, in the device of the embodiment of the present application,
In R5, if a solution of conformal mapping is obtained, leave it as it is.
If it is not available, the target space is divided into multiple areas.
Split and simplify. Therefore, even if the target space is
Even if it has a complicated shape like
You can solve the problem by dividing it into regions. 4-2 Comparison with the substitute charge method In this substitute charge method, as described above, the conformal mapping is performed.
Unlike the law, it can be used for any problem, but it requires a lot of calculation
There is a problem that the accuracy of the result is bad. On the other hand, in the device of the embodiment of the present application,
For example, using simultaneous equations of unknown
In this case, the error is about 1/100 compared to the conventional substitute charge method
It is reduced gradually. This is the case in the device of the embodiment of the present application.
Solution g according to the shape of the polar boundaryi (zi ) While using
The surrogate charge method can be applied to infinite space regardless of the shape of the boundary.
Solution gi (zi ) Is used. for that reason
The surrogate charge method is accurate near the singularity (for example, the corner of the electrode)
Is bad. Another difference is that the charge function used in the surrogate charge method is different.
The number has a singular point at the origin, becomes infinite at that point, and is calculated
It is easy to give an error to the result. (Place the charge far from the boundary
The solution becomes unstable and the error increases. Charge near the border
When placed, the solution is disturbed by the influence of the singularity. In any case
However, it is not highly accurate. However, in the apparatus of the present embodiment, the polynomial is calculated.
Is easy and does not generate a singularity like the charge function. Sand
However, in the device of the present application, depending on the shape of the boundary, the optimum
Solution gi (zi ) Is used. Then the shape of the boundary is singular
If you have a right angled corner, you can remove it
There is a characteristic. However, in the surrogate charge method, the boundary singularity is
The error becomes extremely large near. 4-2 Comparison with the finite element method In the finite element method, the prediction accuracy of the physical quantity was improved.
In order to achieve this, it is necessary to subdivide the mesh,
Becomes huge. On the other hand, in the device of the embodiment of the present application,
If you increase the expansion order without subdividing the mesh,
I mentioned earlier that this method is more efficient and more efficient.
As expected. In the previous example of the SC conversion theory, the singularity is 1
If the number of singularities is 2 or more, then the region can be solved.
The singularity can be removed by dividing the area into two to three times. This
Here, treat infinity (infinity point) as a kind of singularity.
You. Therefore, the device of the present application has an infinitely wide range of problems.
Can be easily solved with high precision. Furthermore, the device of the present application
Then, easily capture the conventionally known solution in process 5.
Is possible. As described above, the physical quantity prediction of the present invention
In the method and the apparatus, the target space is divided into a plurality of areas.
Divide and simplify each area, and the polynomial of the conversion function for each area
The formula is used. Therefore, conformal mapping method, surrogate charge method
Compared with conventional methods such as
There is no need to subdivide into
A physical quantity with high accuracy can be predicted.

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

【図1】 本発明の一実施形態の物理量予測方法を採用
した物理量予測装置の概略構成を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a physical quantity prediction device adopting a physical quantity prediction method according to an embodiment of the present invention.

【図2】 同装置における全体の処理手順を示す流れ図FIG. 2 is a flow chart showing an overall processing procedure in the device.

【図3】 同装置における第1実施例の対象空間及び分
割された各領域を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a target space and each divided area of the first embodiment in the same apparatus.

【図4】 同第2実施例における簡単化された各領域を
示す図
FIG. 4 is a diagram showing each simplified region in the second embodiment.

【図5】 同第1実施例の予測結果を示す図FIG. 5 is a diagram showing a prediction result of the first embodiment.

【図6】 同装置における第2実施例の対象空間及び分
割された各領域を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a target space and divided areas of the second embodiment in the same apparatus.

【図7】 同第2実施例の予測結果を示す図FIG. 7 is a diagram showing a prediction result of the second embodiment.

【図8】 従来の等角写像法の処理手順を示す流れ図FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of a conventional conformal mapping method.

【図9】 従来の代用電荷法の処理手順を示す流れ図FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of a conventional substitute charge method.

【図10】 従来の有限要素法の処理手順を示す流れ図FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of a conventional finite element method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…M/M装置、2…印字出力装置、3…対象空間設定
・空間分割部、4…変換関数設定部、5…領域間境界条
件設定部、6…多項式生成部、7…方程式演算処理部、
8…演算結果グラフィック処理部、21…外側管、22
…内側管、23…導体基板、24…ストリップ線
1 ... M / M device, 2 ... print output device, 3 ... target space setting / space dividing unit, 4 ... conversion function setting unit, 5 ... region boundary condition setting unit, 6 ... polynomial generating unit, 7 ... equation calculation processing Department,
8 ... Calculation result graphic processing unit, 21 ... Outer tube, 22
… Inner tube, 23… conductor substrate, 24… strip line

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 位置空間や時間空間等からなる対象空間
内における各位置とこの各位置における物理量との関係
を規定する物理法則に対して、該当対象空間の境界条件
及び前記物理量の初期条件又は終期条件を設定すること
により、該当物理法則から前記対象空間内における各位
置の物理量を予測する物理量予測方法において、 前記対象空間を複数の領域に分割する空間分割工程と、 この分割された各領域の境界を延長して領域外を簡単化
する領域簡単化工程と、 この簡単化された各領域の簡単化した境界条件に対す
る、領域内の各位置の物理量の解を求めて変換関数とす
る変換関数設定工程と、 前記各領域の各位置の物理量の解を、係数を未知数とす
る前記変換関数の多項式で近似する多項式設定工程と、 各領域相互間の境界条件を用いて前記各多項式から連立
一次方程式を生成する連立一次方程式作成工程と、 この連立一次方程式から前記各未知数を得て、各位置の
物理量を算出する物理量算出工程とを備えたことを特徴
とする物理量予測方法。
1. A boundary condition of an applicable target space and an initial condition of the physical quantity for a physical law that defines a relationship between each position in a target space including a position space and a time space and a physical quantity at each position, In a physical quantity prediction method for predicting a physical quantity at each position in the target space from the applicable physical law by setting an end condition, a space division step of dividing the target space into a plurality of areas, and each of the divided areas Region simplification step of extending the boundary of the region and simplifying the region outside, and the transformation to obtain the solution of the physical quantity of each position in the region to the simplified boundary condition of this simplified region and to make it the transformation function. A function setting step, a polynomial setting step of approximating the solution of the physical quantity at each position of each area by a polynomial of the conversion function whose coefficient is an unknown number, and a boundary condition between each area are used. Physical quantity prediction comprising: a simultaneous linear equation creating step of generating simultaneous linear equations from the polynomials; and a physical quantity calculating step of obtaining the unknowns from the simultaneous linear equations and calculating a physical quantity at each position. Method.
【請求項2】 前記物理法則は2次元ラプラス方程式又
は2次元ポアソン方程式からなる偏微分方程式であり、
かつ前記簡単化された各領域の変換関数は2次元ラプラ
ス方程式の解であることを特徴とする請求項1記載の物
理量予測方法。
2. The physical law is a partial differential equation consisting of a two-dimensional Laplace equation or a two-dimensional Poisson equation,
The physical quantity predicting method according to claim 1, wherein the simplified conversion function of each region is a solution of a two-dimensional Laplace equation.
【請求項3】 前記変換関数設定工程は、前記物理法則
としての偏微分方程式の全部または一部の項を持つ方程
式の解を求めることを含むことを特徴とする請求項2記
載の物理量予測方法。
3. The physical quantity prediction method according to claim 2, wherein the conversion function setting step includes obtaining a solution of an equation having all or a part of terms of the partial differential equation as the physical law. .
【請求項4】 位置空間や時間空間等からなる対象空間
内における各位置とこの各位置における物理量との関係
を規定する物理法則に対して、該当対象空間の境界条件
及び前記物理量の初期条件又は終期条件を設定すること
により、該当物理法則から前記対象空間内における各位
置の物理量を予測する物理量予測装置において、 前記対象空間を複数の領域に分割する空間分割手段と、 この分割された各領域の境界を延長して領域外を簡単化
する領域簡単化手段と、 この簡単化された各領域の簡単化した境界条件に対す
る、領域内の各位置の物理量の解を求めて変換関数とす
る変換関数設定手段と、 前記各領域の各位置の物理量の解を、係数を未知数とす
る前記変換関数の多項式で近似する多項式設定手段と、 各領域相互間の境界条件を用いて前記各多項式から連立
一次方程式を生成する連立一次方程式作成手段と、 この連立一次方程式から前記各未知数を得て、各位置の
物理量を算出する物理量算出手段とを備えたことを特徴
とする物理量予測装置。
4. A boundary condition of the target space and an initial condition of the physical quantity for a physical law that defines a relationship between each position in the target space including a position space, a time space, and the like and a physical quantity at each position. In a physical quantity predicting device that predicts a physical quantity at each position in the target space from a corresponding physical law by setting an end condition, a space dividing unit that divides the target space into a plurality of areas, and each of the divided areas. Area simplification means for extending the boundary of the area to simplify the outside of the area, and conversion to obtain a solution of the physical quantity at each position in the area for the simplified boundary condition of each area, and to obtain a conversion function. Using function setting means, polynomial setting means for approximating the solution of the physical quantity at each position of each area with a polynomial of the conversion function whose coefficient is an unknown number, and boundary conditions between each area Physical quantity prediction comprising means for generating simultaneous linear equations from the respective polynomials, and physical quantity calculating means for obtaining the unknowns from the simultaneous linear equations and calculating the physical quantity at each position. apparatus.
【請求項5】 前記物理量算出手段で得られた各位置の
物理量をグラフ化して出力するグラフィック出力手段を
備えたことを特徴とする請求項4記載の物理量予測装
置。
5. The physical quantity predicting device according to claim 4, further comprising graphic output means for graphing and outputting the physical quantity of each position obtained by the physical quantity calculating means.
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