WO2000072096A1 - Method, arrangement and computer program for designing a technical system - Google Patents

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WO2000072096A1
WO2000072096A1 PCT/DE2000/001530 DE0001530W WO0072096A1 WO 2000072096 A1 WO2000072096 A1 WO 2000072096A1 DE 0001530 W DE0001530 W DE 0001530W WO 0072096 A1 WO0072096 A1 WO 0072096A1
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determined
technical system
parameter vector
statistical model
model
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PCT/DE2000/001530
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Inventor
Reinhart Schultz
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Definitions

  • the invention relates to a method, an arrangement and a computer program for designing a technical system.
  • Optimality criteria such as D-optimality, A-optimality or E-optimality are used (see [2]).
  • the object of the invention is to create a possibility for the design of a technical system, in particular an optimized setting of the technical system is guaranteed without a validated global computing model of the system being available.
  • a method for designing a technical system in which a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system. At least one model parameter of the statistical model is determined. The technical system is optimized in a predetermined range on the basis of the statistical model and at least one parameter vector is determined in the process. The at least one parameter vector is used to design the technical system.
  • An advantage of the method is to automatically ensure a suitable parameter vector, that is to say an assignment of possible adjustable parameters (which are expediently summarized and referred to as a parameter vector). These individual parameters for the respective technical system ensure optimized operation, in particular with regard to energy consumption, environmental compatibility, costs, and the technical system.
  • a further development is that a further measured value is determined for the value of the at least one parameter vector, or the target variable is measured at the location of the parameter vector, and the statistical model is determined taking this further measured value into account.
  • the process then branches to the step at which at least one model parameter of the statistical model is determined.
  • the method can advantageously be carried out iteratively until an abort condition is met.
  • a termination condition can consist, for example, that in a further iteration step, compared to the previous step or several previous steps, an insignificant improvement is achieved, that is to say that the improvement lies below a predetermined threshold value.
  • a method for designing a technical system in which a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system.
  • the scatter component of the statistical model is taken into account by determining several model parameters that lie in a confidence range. Optimizations are carried out for the models determined by the several model parameters, a parameter vector being determined for each optimization. Using an opti ality criterion, a suitable parameter vector is determined with regard to significance and process behavior. This suitable parameter vector is used to design the technical system.
  • the Opti ality criterion ensures that an improvement is achieved both in terms of the significance of the statistical model and in terms of process behavior, that is, in terms of optimizing the process size. It is advantageous to focus on an improvement in significance, because the Meaningfulness with regard to an improved process behavior is only made possible.
  • One embodiment consists in that a further measured value is determined for the value of the suitable parameter vector and the statistical model is determined on the basis of the further measured value. It is then preferably branched to the step of the method in which a dispersion of the statistical model is taken into account (step b).
  • the statistical model does not completely match the values of the technical system that have already been measured, this results in a scatter which is taken into account in the context of the different model parameters.
  • a confidence interval of 95% determined by the scatter can expediently be specified. Iterations of the described method or the described methods increasingly determine measured values which make it possible to model the underlying technical system ever better. This results in an increasingly better confidence interval for several model parameters.
  • the iteration that is to say the determination of the further measured value, preferably places the predetermined range around this newly ascertained measured value and thus, if necessary, a different range is taken into account in the modeling than in the previous iteration step.
  • the local optimum in relation to the target size, for example the energy consumption is determined within the area in the course of the iterations.
  • An advantageous embodiment consists in that, as stated above, taking into account the further measured value, the predetermined range around this measured value, preferably symmetrically around this measured value, is created.
  • the target variable or target variables
  • An advantageous embodiment also consists in that not only the position but also the size of the area is adapted for statistical modeling. This can e.g. about statistical tests of the residuals of the statistical model. Tests of the variance or the normal distribution assumption of the residuals can be considered.
  • a further development consists in particular in that the optimality criterion for selection from a plurality of parameter vectors is a D optimality criterion.
  • the statistical model is a method of statistical compensation calculation.
  • an approximative can be created using a
  • the statistical compensation calculation can use a function that takes into account the specified properties of the underlying technical system (for example an e-function).
  • quadratic optimization (QP) methods can be used for the optimization calculation.
  • Processor unit which is set up in such a way that a) a statistical model can be determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) at least one model parameter of the statistical model can be determined; c) an optimization in a predetermined area of the technical system can be carried out on the basis of the statistical model and at least one parameter vector can be determined; d) the at least one parameter vector can be used to design the technical system.
  • an arrangement for designing a technical system which has a processor unit which is set up in such a way that a) a statistical model can be determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) a dispersion of the statistical model is taken into account in that several model parameters which lie in a confidence range can be determined; c) optimizations can be carried out for the models determined by the several model parameters, a parameter vector being determined for each optimization; d) a parameter vector suitable in terms of significance and process behavior can be determined on the basis of an optimality criterion; e) the suitable parameter vector can be used to design the technical system.
  • a computer program which is set up in such a way that it executes the following steps when it runs on a processor unit: a) a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) at least one model parameter of the statistical model is determined; c) an optimization in a predetermined area of the technical system is carried out on the basis of the statistical model, and at least one parameter vector is determined; d) the at least one parameter vector is used to design the technical system.
  • a computer program which is set up in such a way that it executes the following steps when running on a processor unit: a) a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) a dispersion of the statistical model is taken into account by determining several model parameters that lie within a confidence range; c) optimizations are carried out in each case for the models determined by the multiple model parameters, a parameter vector being determined for each optimization; d) on the basis of an optimality criterion, a parameter vector that is suitable with regard to significance and process behavior is determined; e) the appropriate parameter vector is used to design the technical system.
  • Fig.l is a block diagram with steps of a method for designing a technical system
  • FIG. 2 shows a block diagram with steps of an alternative method for designing a technical system
  • Fig.l is a block diagram showing steps of a method for designing a technical system.
  • the draft can be a redesign, an adaptation, a validation, a simulation, a realization or a control of the technical system.
  • a measured value is determined in a block 101, on the basis of which a statistical model is calculated in a block 102, preferably using a statistical compensation calculation, in particular using a polynomial approach.
  • the adjustment of the measured value (or the measured values, as soon as there are several) to the model can serve as a default according to the following relationship (for the quadratic approach):
  • T MW a + bx + x ex + ⁇
  • MW denotes the measured value or the already existing measured values
  • x a parameter vector, a to c model parameters and ⁇ a statistical scatter.
  • the parameter vector x preferably includes influencing factors, that is to say influenceable variables of the technical system.
  • the parameter vector x can also have variables of the technical system that cannot be influenced.
  • a value assignment of the parameter vector x is preferably to be determined, on the basis of which the system is optimally set or designed.
  • the model parameters a, b and c are intended to adapt the quadratic model to the real specification. For this purpose, common methods of
  • the model parameters a, b and c are subject to variation if they do not model the technical system exactly (which is rarely the case); this variation gives a possibility of variation in the selection of the model parameters within a confidence interval.
  • each value assignment of the model parameters a, b and c leads to a modeling.
  • several value assignments of model parameters are preferably determined.
  • a value assignment for the model parameters is determined in step 103.
  • the optimization is expediently carried out with regard to a target function; For example, an objective function "energy consumption" should be minimized from an economic point of view.
  • the assignment that is optimal for the current model is determined from the space of the possible parameter vectors (design variants of the technical system) (see block 105). For this, e.g. a method of quadratic optimization.
  • a measurement is carried out - simulated or actually - and a value for the target function is determined in step 106.
  • This value is used for an area that contains a section of the indicates the entire course of the target function in the space of the parameter vector (step 107).
  • Fig.2 is partially analogous to Fig.l (especially the
  • Steps 201 and 202) with the additional requirement that several assignments of the model parameters a, b and c are determined which are in the range of the confidence interval (cf. step 203). There is then an optimization for each modeling, that is to say each assignment of the model parameters results in its own optimization, which as a result provides an assignment of the parameter vector (step 204). From a multiplicity of value assignments of the parameter vectors determined in this way, using a D-optimality criterion, the value assignment of the
  • Parameter vector (cf. step 206) is determined, which is optimal in terms of significance and the size of the target function.
  • the D optimality criterion is primarily based on the significance. Thus, by increasing the significance, a confidence interval with higher reliability (“confidence") can be achieved, the meaningfulness of the value of the objective function increases with increasing confidence interval and thus with reduced scatter.
  • a further measured value (step 207) at the location of the parameter vector determined by means of the D-optimality criterion, on average, a statement of higher quality with regard to the significance results in the following iteration steps. By shifting the range (for an explanation, see Fig. 1 above), a drift to the local optimum is achieved on average.
  • the optimization is preferably limited to the area and is therefore usually only moved in the medium term towards the local optimum by the drift movement of the area (the shift is caused by new parameter vectors which lie outside the center).
  • a parameter vector can also result that lies on the limitation of the area. This leads to a shift in the direction of this parameter vector, the parameter vector preferably indicating the center of the shifted area.
  • the illustrative representation of the displacement is not limited to an imaginable space (e.g. dimension three).
  • the parameter vector usually comprises a large number of components, each of which adds a dimension to the space of the parameter vector.
  • the design mechanisms are as described, only for reasons of clarity, a low-dimensional example is taken up.
  • step 1 and 2 each contain an iteration loop from step 107 to step 102 and from step 208 to step 202.
  • an abort condition can ensure that this is not an endless loop.
  • FIG. 3 shows a sketch of a function curve 301 as a function of a parameter vector xl.
  • An example is the parameter vector x of dimension one, indicated by the only component xl.
  • the curve course 301 shows the actual but unknown course of the target function.
  • the objective function is the
  • Modeling on the basis of the measured values known in the area results, for example, in a curve 307, the minimum of which lies at point B (or shortly before if B itself is not contained in the area).
  • a processor unit PRZE is shown in FIG.
  • the processor unit PRZE comprises a processor CPU, a memory SPE and an input / output interface IOS, which is used in different ways via an interface IFC: output is visible on a monitor MON and / or on a printer via a graphic interface PRT issued. An entry is made using a mouse MAS or a keyboard TAST.
  • the processor unit PRZE also has a data bus BUS, which connects a memory
  • MEM the processor CPU and the input / output interface IOS guaranteed.
  • additional data buses Components can be connected, e.g. additional memory, data storage (hard disk) or scanner.
  • a database interface is provided in particular for access to stored measurement data.

Abstract

Disclosed is a method for the design of a technical system whereby a statistical model is determined by means of at least one measuring value. At least one model parameter of the statistical model is determined. The technical system is optimized in a predetermined area by means of said statistical model and at least one parameter vector is determined. The at least one parameter vector is used to design a technical system.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren, Anordnung und Computerprogramm zum Entwurf eines technischen SystemsProcess, arrangement and computer program for the design of a technical system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung und ein Computerprogramm zum Entwurf eines technischen Systems.The invention relates to a method, an arrangement and a computer program for designing a technical system.
Eine Optimierung eines technischen Systems oder eines Betriebsprozesses setzt quantitative Kenntnisse überOptimizing a technical system or an operating process requires quantitative knowledge
Wirkungsbeziehungen zwischen vorgegebenen Zielgrößen (zum Beispiel System- und Qualitätskennzahlen) und steuerbare bzw. nicht steuerbare Einflußfaktoren voraus. Im Falle eines komplexen Betriebsprozesses, zum Beispiel im Bereich der Verfahrenstechnik, stehen validierte Rechenmodelle zumeist nicht explizit bereit. Trotzdem sollen das technische System oder der Betriebsprozeß möglichst optimal ausgelegt und eingestellt werden. Die Einstellung bzw. der Entwurf liegt dabei insbesondere in einer Bestimmung eines Parametervektors, also einer Belegung von Einflußfaktoren für das technische System. Dabei hängt die Qualität der Einstellungen von der Erfahrung eines Experten ab und ist daher bei komplexen Anwendungen in hohem Maße fehleranfällig.Impact relationships between predefined target values (e.g. system and quality indicators) and controllable or non-controllable influencing factors. In the case of a complex operating process, for example in the area of process engineering, validated computing models are usually not explicitly available. Nevertheless, the technical system or the operating process should be designed and adjusted as optimally as possible. The setting or the design lies in particular in a determination of a parameter vector, that is to say an assignment of influencing factors for the technical system. The quality of the settings depends on the experience of an expert and is therefore highly error-prone in complex applications.
Herkömmliche Verfahren arbeiten wie folgt: Zunächst wird aufgrund von Meßdaten ein datengetriebenes Systemmodell entwickelt. Hierbei werden z.B. Polynome, Spline-Ansätze oder neuronale Netze eingesetzt. Anschließend wird auf der Basis des datengetriebenen Systemmodells eine Optimierungsrechnung durchgeführt. Dabei werden klassische mathematische Verfahren der nichtlinearen Optimierung, z.B. gradientenbasierte Verfahren, Quadratic Programming (QP) oder Sequential Quadratic Programming (SQP) eingesetzt. Eine Übersicht ist bspw. in [1] aufgeführt. Für die Teilaufgabe der datengetriebenen Modellbildung werden, abhängig von den verwendeten Modulklassen, auch die Techniken des experimentellen Designs angewandt. Für die Definition neuer Meßpunkte mit dem Ziel erhöhter Signifikanz des datengetriebenen Systemmodells werden dabeiConventional methods work as follows: First, a data-driven system model is developed based on measurement data. For example, polynomials, spline approaches or neural networks are used. An optimization calculation is then carried out on the basis of the data-driven system model. Classic mathematical methods of non-linear optimization, such as gradient-based methods, Quadratic Programming (QP) or Sequential Quadratic Programming (SQP) are used. An overview is given, for example, in [1]. Depending on the module classes used, the techniques of experimental design are also used for the subtask of data-driven modeling. For the definition of new Measuring points with the aim of increasing the significance of the data-driven system model become
Optimalitätskriterien wie D-Optimalität, A-Optimalität oder E-Optimalität verwendet (siehe [2]).Optimality criteria such as D-optimality, A-optimality or E-optimality are used (see [2]).
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zum Entwurf eines technischen Systems zu schaffen, wobei insbesondere eine optimierte Einstellung des technischen Systems gewährleistet wird, ohne daß ein validiertes globales Rechenmodell des Systems zur Verfügung steht.The object of the invention is to create a possibility for the design of a technical system, in particular an optimized setting of the technical system is guaranteed without a validated global computing model of the system being available.
Dabei ist es von großem Vorteil, daß die vorgestellte Methodik sowohl eingesetzt werden kann zur Ersteinstellung, zur Auslegung, zum Entwurf, zur Anpassung, zum Neuentwurf, zur Steuerung und zum Betrieb eines technischen Systems.It is a great advantage that the presented methodology can be used for initial setup, design, design, adaptation, redesign, control and operation of a technical system.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems angegeben, bei dem anhand mindestens eines Meßwertes des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelt wird. Es wird mindestens ein Modellparameter des statistischen Modells ermittelt. Eine Optimierung des technischen Systems wird in einem vorgegebenen Bereich anhand des statistischen Modells durchgeführt und dabei mindestens ein Parametervektor ermittelt. Der mindestens eine Parametervektor wird zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt.To solve the problem, a method for designing a technical system is specified in which a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system. At least one model parameter of the statistical model is determined. The technical system is optimized in a predetermined range on the basis of the statistical model and at least one parameter vector is determined in the process. The at least one parameter vector is used to design the technical system.
Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, automatisch einen geeigneten Parametervektor, also eine Belegung möglicher einstellbarer Parameter (die zweckmäßig zusammengefaßt und als Parametervektor bezeichnet werden) zu gewährleisten. Diese einzelnen Parameter für das jeweilige technische System gewährleisten einen optimierten Betrieb, insbesondere im Hinblick auf Energieverbrauch, Umweltverträglichkeit, Kosten, des technischen Systems. Eine Weiterbildung besteht darin, daß für den Wert des mindestens einen Parametervektors ein weiterer Meßwert ermittelt, bzw. an der Stelle des Parametervektors die Zielgröße gemessen, und das statistische Modell unter Berücksichtigung dieses weiteren Meßwerts bestimmt wird.An advantage of the method is to automatically ensure a suitable parameter vector, that is to say an assignment of possible adjustable parameters (which are expediently summarized and referred to as a parameter vector). These individual parameters for the respective technical system ensure optimized operation, in particular with regard to energy consumption, environmental compatibility, costs, and the technical system. A further development is that a further measured value is determined for the value of the at least one parameter vector, or the target variable is measured at the location of the parameter vector, and the statistical model is determined taking this further measured value into account.
Anschließend wird zu dem Schritt verzweigt, an dem mindestens ein Modellparameter des statistischen Modells ermittelt wird. Vorteilhaft kann das Verfahren iterativ durchlaufen werden, bis eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Solch eine Abbruchbedingung kann beispielsweise darin bestehen, daß in einem weiteren Iterationsschritt gegenüber dem vorherigen Schritt bzw. mehreren vorherigen Schritten eine nicht signifikante Verbesserung erreicht wird, das heißt, daß die Verbesserung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt.The process then branches to the step at which at least one model parameter of the statistical model is determined. The method can advantageously be carried out iteratively until an abort condition is met. Such a termination condition can consist, for example, that in a further iteration step, compared to the previous step or several previous steps, an insignificant improvement is achieved, that is to say that the improvement lies below a predetermined threshold value.
Auch wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems angegeben, bei dem anhand mindestens eines Meßwertes des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelt wird. Der Streuungsanteil des statistischen Modells wird berücksichtigt, indem mehrere Modellparameter, die in einem Konfidenzbereich liegen, ermittelt werden. Es werden Optimierungen jeweils für die durch die mehreren Modellparameter bestimmten Modelle durchgeführt, wobei für jede Optimierung ein Parametervektor ermittelt wird. Anhand eines Opti alitätskriteriums wird hinsichtlich Signifikanz und Prozeßverhalten ein geeigneter Parametervektor ermittelt. Dieser geeignete Parametervektor wird zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt.To solve the problem, a method for designing a technical system is also specified, in which a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system. The scatter component of the statistical model is taken into account by determining several model parameters that lie in a confidence range. Optimizations are carried out for the models determined by the several model parameters, a parameter vector being determined for each optimization. Using an opti ality criterion, a suitable parameter vector is determined with regard to significance and process behavior. This suitable parameter vector is used to design the technical system.
Das Opti alitätskriterium gewährleistet, daß sowohl hinsichtlich der Signifikanz des statistischen Modells als auch hinsichtlich des Prozeßverhaltens, das heißt, hinsichtlich der Optimierung der Prozeßgröße, eine Verbesserung erreicht wird. Dabei wird vorteilhaft abgestellt auf eine Verbesserung der Signifikanz, weil somit die Aussagekraft hinsichtlich eines verbesserten Prozeßverhaltens erst ermöglicht wird.The Opti ality criterion ensures that an improvement is achieved both in terms of the significance of the statistical model and in terms of process behavior, that is, in terms of optimizing the process size. It is advantageous to focus on an improvement in significance, because the Meaningfulness with regard to an improved process behavior is only made possible.
Eine Ausgestaltung besteht darin, daß für den Wert des geeigneten Parametervektors ein weiterer Meßwert ermittelt und das statistische Modell anhand des weiteren Meßwerts bestimmt wird. Vorzugsweise wird anschließend zu dem Schritt des Verfahrens verzweigt, bei dem eine Streuung des statistischen Modells berücksichtigt wird (Schritt b) .One embodiment consists in that a further measured value is determined for the value of the suitable parameter vector and the statistical model is determined on the basis of the further measured value. It is then preferably branched to the step of the method in which a dispersion of the statistical model is taken into account (step b).
Paßt das statistische Modell nicht ganz auf die bereits gemessenen Werte des technischen Systems, so ergibt sich eine Streuung, die im Rahmen der unterschiedlichen Modellparameter berücksichtigt wird. Zweckmäßig kann beispielsweise ein durch die Streuung bestimmtes Konfidenzintervall von 95% angegeben werden. Durch Iterationen des beschriebenen Verfahrens bzw. der beschriebenen Verfahren werden zunehmend Meßwerte bestimmt, die eine immer bessere Modellierung des zugrundeliegenden technischen Systems möglich machen. Dadurch ergibt sich bei mehreren Modellparametern ein zunehmend besseres Konfidenzintervall . Durch die Iteration, das heißt durch Bestimmung des weiteren Meßwertes, wird vorzugsweise der vorgegebenen Bereich um diesen neu ermittelten Meßwert gelegt und somit gegebenenfalls bei der Modellierung ein anderer Bereich berücksichtigt, als in dem vorherigen Iterationsschritt. Dadurch resultieren mit wachsender Iterationszahl immer mehr Meßwerte, die durch Verschieben des Bereichs einen Drift in Richtung eines (lokalen) Optimums bewirken. Dort wird innerhalb des Bereichs im Laufe der Iterationen das lokale Optimum (in Bezug auf die Zielgröße, zum Beispiel den Energieverbrauch) bestimmt.If the statistical model does not completely match the values of the technical system that have already been measured, this results in a scatter which is taken into account in the context of the different model parameters. For example, a confidence interval of 95% determined by the scatter can expediently be specified. Iterations of the described method or the described methods increasingly determine measured values which make it possible to model the underlying technical system ever better. This results in an increasingly better confidence interval for several model parameters. The iteration, that is to say the determination of the further measured value, preferably places the predetermined range around this newly ascertained measured value and thus, if necessary, a different range is taken into account in the modeling than in the previous iteration step. As a result of this, with increasing iteration number, more and more measured values result, which cause a drift towards a (local) optimum by shifting the range. There, the local optimum (in relation to the target size, for example the energy consumption) is determined within the area in the course of the iterations.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß, wie oben ausgeführt, mit Berücksichtigung des weiteren Meßwertes der vorgegebene Bereich um diesen Meßwert, vorzugsweise symmetrisch um diesen Meßwert, angelegt wird. Dadurch wird in dem über die Zielgröße (bzw. die Zielgrößen) angelegten Raum, der durch den Parametervektor bestimmt ist, ein gegebenenfalls mehrdimensionaler Bereich in Richtung des lokalen Optimums verschoben. Ist das lokale Optimum innerhalb des Bereichs, wird der geeignete Parametervektor im Laufe der Iterationen bestimmt.An advantageous embodiment consists in that, as stated above, taking into account the further measured value, the predetermined range around this measured value, preferably symmetrically around this measured value, is created. As a result, in the space created via the target variable (or target variables), which is determined by the parameter vector, a possibly multidimensional area shifted in the direction of the local optimum. If the local optimum is within the range, the suitable parameter vector is determined in the course of the iterations.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht auch darin, daß nicht nur die Position, sonder auch die Große des Bereichs für die statistische Modellierung angepaßt wird. Dies kann z.B. über statistische Tests der Residuen des statistischen Modells geschehen. Dabei kommen Tests der Varianz oder der Normalverteilungsannahme der Residuen in Betracht.An advantageous embodiment also consists in that not only the position but also the size of the area is adapted for statistical modeling. This can e.g. about statistical tests of the residuals of the statistical model. Tests of the variance or the normal distribution assumption of the residuals can be considered.
Eine Weiterbildung besteht insbesondere darin, daß das Optimalitatskπterium zur Auswahl unter mehreren Parametervektoren ein D-Optimalitatskriterium ist.A further development consists in particular in that the optimality criterion for selection from a plurality of parameter vectors is a D optimality criterion.
Auch ist es eine Weiterbildung, daß das statistische Modell ein Verfahren der statistischen Ausgleichsrechnung ist. Dabei kann insbesondere ein Approximativen mittels eineIt is also a further development that the statistical model is a method of statistical compensation calculation. In particular, an approximative can be created using a
Polynomialansatzes, vorzugsweise anhand quadratischer Polynome, durchgeführt werden. Alternativ kann die statistische Ausgleichsrechnung eine Funktion ausnutzen, die vorgegebene Eigenschaften des zugrundeliegenden technischen Systems berücksichtigt (zum Beispiel eine e-Funktion) .Polynomial approach, preferably using quadratic polynomials. Alternatively, the statistical compensation calculation can use a function that takes into account the specified properties of the underlying technical system (for example an e-function).
Die Optimierung selbst kann nach einem der folgenden Verfahren durchgeführt werden:The optimization itself can be carried out using one of the following methods:
• Wird für das statistische Modell als Klasse der Modelierungsfunktionen die Menge aller quadratischen• Is the set of all quadratic for the statistical model as a class of modeling functions
Polynome verwendet, so können für die Optimierungsberechnung spezielle Verfahren der quadratischen Optimierung (QP) eingesetzt werden.If polynomials are used, special quadratic optimization (QP) methods can be used for the optimization calculation.
• Werden für die statistische Modellbildung komplizierte Modellklassen verwendet oder sind komplexe nichtlmeare Restriktionen zu berücksichtigen, so können universelle Verfahren für nichtlineare Optimierung, z.B. Sequential Quadratic Programming (SQP) eingesetzt werden.• If complicated model classes are used for statistical modeling or if complex non-linear restrictions have to be taken into account, universal methods for nonlinear optimization, e.g. Sequential Quadratic Programming (SQP) can be used.
Ferner wird zur Lösung der Aufgabe eine Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems angegeben, die eineFurthermore, an arrangement for designing a technical system is specified to solve the problem, the one
Prozessoreinheit aufweist, die derart eingerichtet ist, daß a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelbar ist; b) mindestens ein Modellparameter des statistischen Modells ermittelbar ist; c) eine Optimierung in einem vorgegebenen Bereich des technischen Systems anhand des statistischen Modells durchführbar ist und mindestens ein Parametervektor bestimmbar ist; d) der mindestens eine Parametervektor zum Entwurf des technischen Systems einsetzbar ist.Processor unit which is set up in such a way that a) a statistical model can be determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) at least one model parameter of the statistical model can be determined; c) an optimization in a predetermined area of the technical system can be carried out on the basis of the statistical model and at least one parameter vector can be determined; d) the at least one parameter vector can be used to design the technical system.
Zusätzlich wird zur Lösung der Aufgabe eine Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems angegeben, die eine Prozessoreinheit aufweist, die derart eingerichtet ist, daß a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelbar ist; b) eine Streuung des statistischen Modells berücksichtigt wird, indem mehrere Modellparameter, die in einem Konfidenzbereich liegen, ermittelbar sind; c) Optimierungen jeweils für die durch die mehreren Modellparameter bestimmten Modelle durchführbar sind, wobei für jede Optimierung ein Parametervektor bestimmt wird; d) anhand eines Optimalitätskriteriums ein hinsichtlich Signifikanz und Prozessverhalten geeigneter Parametervektor ermittelbar ist; e) der geeignete Parametervektor zum Entwurf des technischen Systems einsetzbar ist. Auch wird zur Lösung der Aufgabe ein Computerprogramm angegeben, das derart eingerichtet ist, daß es bei Ablauf auf einer Prozessoreinheit die folgenden Schritte ausführt: a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems wird ein statistisches Modell ermittelt; b) es wird mindestens ein Modellparameter des statistischen Modells ermittelt; c) eine Optimierung in einem vorgegebenen Bereich des technischen Systems wird anhand des statistischen Modells durchgeführt, und es wird mindestens ein Parametervektor bestimmt; d) der mindestens eine Parametervektor wird zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt.In addition, to achieve the object, an arrangement for designing a technical system is provided, which has a processor unit which is set up in such a way that a) a statistical model can be determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) a dispersion of the statistical model is taken into account in that several model parameters which lie in a confidence range can be determined; c) optimizations can be carried out for the models determined by the several model parameters, a parameter vector being determined for each optimization; d) a parameter vector suitable in terms of significance and process behavior can be determined on the basis of an optimality criterion; e) the suitable parameter vector can be used to design the technical system. To solve the problem, a computer program is also specified which is set up in such a way that it executes the following steps when it runs on a processor unit: a) a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) at least one model parameter of the statistical model is determined; c) an optimization in a predetermined area of the technical system is carried out on the basis of the statistical model, and at least one parameter vector is determined; d) the at least one parameter vector is used to design the technical system.
Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Computerprogramm angegeben, das derart eingerichtet ist, daß es bei Ablauf auf einer Prozessoreinheit die folgenden Schritte ausführt: a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems wird ein statistisches Modell bestimmt; b) es wird eine Streuung des statistischen Modells berücksichtigt, indem mehrere Modellparameter, die in einem Konfidenzbereich liegen, ermittelt werden; c) es werden Optimierungen jeweils für die durch die mehreren Modellparameter bestimmten Modelle durchgeführt, wobei für jede Optimierung ein Parametervektor bestimmt wird; d) anhand eines Optimalitätskriteriums wird ein hinsichtlich Signifikanz und Prozessverhalten geeigneter Parametervektor ermittelt; e) der geeignete Parametervektor wird zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt.Furthermore, to solve the problem, a computer program is specified which is set up in such a way that it executes the following steps when running on a processor unit: a) a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) a dispersion of the statistical model is taken into account by determining several model parameters that lie within a confidence range; c) optimizations are carried out in each case for the models determined by the multiple model parameters, a parameter vector being determined for each optimization; d) on the basis of an optimality criterion, a parameter vector that is suitable with regard to significance and process behavior is determined; e) the appropriate parameter vector is used to design the technical system.
Die Anordnung bzw. das Computerprogramm sind jeweils insbesondere geeignet, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner vorstehend erläuterten Weiterbildungen. Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt und erläutert.The arrangement or the computer program are each particularly suitable for carrying out the method according to the invention or one of its developments explained above. Exemplary embodiments of the inventions are illustrated and explained below with reference to the drawing.
Es zeigenShow it
Fig.l ein Blockdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zum Entwurf eines technischen Systems;Fig.l is a block diagram with steps of a method for designing a technical system;
Fig.2 ein Blockdiagramm mit Schritten eines alternativen Verfahrens zum Entwurf eines technischen Systems;2 shows a block diagram with steps of an alternative method for designing a technical system;
Fig.3 eine Skizze eines Funktionsverlaufs in Abhängigkeit eines Parametervektors;3 shows a sketch of a function course as a function of a parameter vector;
Fig.4 eine Prozessoreinheit.4 shows a processor unit.
In Fig.l ist ein Blockdiagramm gezeigt, das Schritte eines Verfahrens zum Entwurf eines technischen Systems darstellt. Der Entwurf kann dabei, gemäß obiger Ausführung, sowohl ein Neuentwurf, eine Anpassung, eine Validierung, eine Simulation, eine Realisierung oder eine Steuerung des technischen Systems sein.In Fig.l is a block diagram showing steps of a method for designing a technical system. According to the above, the draft can be a redesign, an adaptation, a validation, a simulation, a realization or a control of the technical system.
In einem Block 101 wird ein Meßwert bestimmt, anhand dessen in einem Block 102 ein statistisches Modell, vorzugsweise mittels statistischer Ausgleichsrechnung, insbesondere anhand eines polynomialen Ansatzes, berechnet wird. Als Vorgabe kann die Anpassung des Meßwertes (bzw. der Meßwerte, sobald deren mehrere vorliegen) an das Modell gemäß folgender Beziehung (für den quadratischen Ansatz) dienen:A measured value is determined in a block 101, on the basis of which a statistical model is calculated in a block 102, preferably using a statistical compensation calculation, in particular using a polynomial approach. The adjustment of the measured value (or the measured values, as soon as there are several) to the model can serve as a default according to the following relationship (for the quadratic approach):
T MW = a + bx + x ex + ε,T MW = a + bx + x ex + ε,
wobei MW den Meßwert bzw. die bereits existierenden Meßwerte, x einen Parametervektor, a bis c Modellparameter und ε eine statistische Streuung bezeichnen. Hierbei sei angemerkt, daß der Parametervektor x vorzugsweise Einflußfaktoren, also beeinflußbare Größen des technischen Systems umfaßt. Zusätzlich kann der Parametervektor x auch nichtbeeinflußbare Größen des technischen Systems aufweisen. Vorzugsweise soll für den Entwurf des technischen Systems eine Wertebelegung des Parametervektors x ermittelt werden, anhand derer das System optimal eingestellt bzw. ausgelegt ist. Die Modellparameter a, b und c sind vorgesehen zur Anpassung des quadratischen Modells an die reale Vorgabe. Dazu werden allgemein übliche Verfahren derwhere MW denotes the measured value or the already existing measured values, x a parameter vector, a to c model parameters and ε a statistical scatter. It should be noted that the parameter vector x preferably includes influencing factors, that is to say influenceable variables of the technical system. In addition, the parameter vector x can also have variables of the technical system that cannot be influenced. For the design of the technical system, a value assignment of the parameter vector x is preferably to be determined, on the basis of which the system is optimally set or designed. The model parameters a, b and c are intended to adapt the quadratic model to the real specification. For this purpose, common methods of
Ausgleichsrechnung eingesetzt. Die Modellparameter a, b und c unterliegen, falls sie das technische System nicht exakt modellieren (was selten der Fall ist) einer Streuung; diese Streuung ergibt eine Variationsmöglichkeit bei der Auswahl der Modellparameter innerhalb eines Konfidenzintervalls .Compensation calculation used. The model parameters a, b and c are subject to variation if they do not model the technical system exactly (which is rarely the case); this variation gives a possibility of variation in the selection of the model parameters within a confidence interval.
Anschaulich dargestellt bedeutet dies, daß jede Wertebelegung der Modellparameter a, b und c zu einer Modellierung führt. Im Rahmen des Konfidenzintervalls werden bevorzugt mehrere Wertebelegungen von Modellparametern bestimmt.This means that each value assignment of the model parameters a, b and c leads to a modeling. Within the scope of the confidence interval, several value assignments of model parameters are preferably determined.
In Fig.l wird in Schritt 103 eine Wertebelegung für die Modellparameter ermittelt. Es ergibt sich eine Modellierung, die in einem Schritt 104 optimiert wird. Die Optimierung erfolgt zweckmäßig im Hinblick auf eine Zielfunktion; beispielsweise soll eine Zielfunktion "Energieverbrauch" unter ökonomischen Gesichtspunkten minimiert werden. Für die Modellierung wird aus dem Raum der möglichen Parametervektoren (Auslegungsvarianten des technischen Systems) diejenige Belegung ermittelt, die für das momentane Modell optimal ist (vergleiche Block 105) . Dazu eignet sich z.B. ein Verfahren der quadratischen Optimierung.In FIG. 1, a value assignment for the model parameters is determined in step 103. A modeling results which is optimized in a step 104. The optimization is expediently carried out with regard to a target function; For example, an objective function "energy consumption" should be minimized from an economic point of view. For the modeling, the assignment that is optimal for the current model is determined from the space of the possible parameter vectors (design variants of the technical system) (see block 105). For this, e.g. a method of quadratic optimization.
An der Stelle des ermittelten Parametervektors, d.h. für die Auslegung bzw. Einstellung des realen Systems, wird - simuliert oder tatsächlich - eine Messung durchgeführt und in Schritt 106 ein Wert für die Zielfunktion bestimmt. Dieser Wert dient für einen Bereich, der einen Ausschnitt aus dem gesamten Verlaufs der Zielfunktion im Raum des Parametervektors angibt (Schritt 107) . Mit Verschiebung des Bereichs für den neuen Wert des Parametervektors folgt, daß sich schrittweise eine Entwicklung hin zu dem lokal optimalen Wert des Parametervektors ergibt. Das Verfahren kann somit terminieren, sobald ein weiterer Iterationsschritt keine ausreichende Verbesserung mehr ergibt, d.h. daß die erzielte Verbesserung unterhalb einer vorgegebenen Schranke ist.At the location of the determined parameter vector, ie for the design or setting of the real system, a measurement is carried out - simulated or actually - and a value for the target function is determined in step 106. This value is used for an area that contains a section of the indicates the entire course of the target function in the space of the parameter vector (step 107). When the range for the new value of the parameter vector is shifted, it follows that there is a gradual development towards the locally optimal value of the parameter vector. The method can thus terminate as soon as a further iteration step no longer results in a sufficient improvement, ie that the improvement achieved is below a predetermined limit.
Fig.2 ist teilweise analog zu Fig.l (insbesondere dieFig.2 is partially analogous to Fig.l (especially the
Schritte 201 und 202) mit der zusätzlichen Voraussetzung, daß mehrere Belegungen der Modellparameter a, b und c ermittelt werden, die im Bereich des Konfidenzintervalls liegen (vgl. Schritt 203) . Es erfolgt dann eine Optimierung für jede Modellierung, also jede Belegung der Modellparameter resultiert in einer eigenen Optimierung, die als Ergebnis eine Belegung des Parametervektors liefert (Schritt 204) . Aus der Vielzahl von auf diese Art bestimmten Wertebelegungen der Parametervektoren wird anhand eines D-Optimalitätskriteriums in einem Schritt 205 diejenige Wertebelegung desSteps 201 and 202) with the additional requirement that several assignments of the model parameters a, b and c are determined which are in the range of the confidence interval (cf. step 203). There is then an optimization for each modeling, that is to say each assignment of the model parameters results in its own optimization, which as a result provides an assignment of the parameter vector (step 204). From a multiplicity of value assignments of the parameter vectors determined in this way, using a D-optimality criterion, the value assignment of the
Parametervektors (vgl. Schritt 206) bestimmt, die im Hinblick auf eine Signifikanz und die Größe der Zielfunktion optimal ist. Dabei stellt das D-Optimalitätskriterium in erster Linie auf die Signifikanz ab. So kann durch Erhöhung der Signifikanz ein Konfidenzintervall mit höhere Zuverlässigkeit ("Konfidenz") erreicht werden, die Aussagekraft über den Wert der Zielfunktion nimmt mit wachsendem Konfidenzintervall und damit mit verminderter Streuung zu. Durch Hinzunahme eines weiteren Meßwerts (Schritt 207) an der Stelle des mittels D- Optimalitätskriteriums bestimmten Parametervektors ergibt sich im Mittel ein im Hinblick auf die Signifikanz qualitativ hochwertigere Aussage in den folgenden Iterationsschritten. Durch Verschieben des Bereichs (Erläuterung siehe oben bei Fig.l) wird im Mittel ein Drift zu dem lokalen Optimum erreicht. Hierbei sei angemerkt, daß die Optimierung vorzugsweise auf den Bereich beschränkt ist und somit zumeist erst durch die Driftbewegung des Bereichs (die Verschiebung ist verursacht durch neue Parametervektoren, die außerhalb der Mitte liegen) mittelfristig in Richtung des lokalen Optimums bewegt wird. Dabei kann auch der sich bei Betrachtung des Bereichs im Zuge der Optimierung ein Parametervektor ergeben, der auf der Begrenzung des Bereichs liegt. Dies führt zu einer Verschiebung in Richtung dieses Parametervektors, wobei vorzugsweise der Parametervektor die Mitte des verschobenen Bereichs ausweist.Parameter vector (cf. step 206) is determined, which is optimal in terms of significance and the size of the target function. The D optimality criterion is primarily based on the significance. Thus, by increasing the significance, a confidence interval with higher reliability ("confidence") can be achieved, the meaningfulness of the value of the objective function increases with increasing confidence interval and thus with reduced scatter. By adding a further measured value (step 207) at the location of the parameter vector determined by means of the D-optimality criterion, on average, a statement of higher quality with regard to the significance results in the following iteration steps. By shifting the range (for an explanation, see Fig. 1 above), a drift to the local optimum is achieved on average. It should be noted here that the optimization is preferably limited to the area and is therefore usually only moved in the medium term towards the local optimum by the drift movement of the area (the shift is caused by new parameter vectors which lie outside the center). When looking at the area in the course of the optimization, a parameter vector can also result that lies on the limitation of the area. This leads to a shift in the direction of this parameter vector, the parameter vector preferably indicating the center of the shifted area.
Ferner sei angemerkt, daß die anschauliche Darstellung der Verschiebung nicht auf einen vorstellbaren Raum (z.B. der Dimension drei) beschränkt ist. Der Parametervektor umfaßt zumeist eine Vielzahl von Komponenten, deren jede eine Dimension zu dem Raum des Parametervektors hinzufügt. Zusätzlich gibt es noch den Wert der Zielfunktion. Auch in diesen hochdimensionalen Räumen erfolgen die Mechanismen des Entwurfs wie beschrieben, lediglich der Anschaulichkeit wegen wird ein niederdimensionales Beispiel aufgegriffen.It should also be noted that the illustrative representation of the displacement is not limited to an imaginable space (e.g. dimension three). The parameter vector usually comprises a large number of components, each of which adds a dimension to the space of the parameter vector. There is also the value of the objective function. In these high-dimensional rooms, too, the design mechanisms are as described, only for reasons of clarity, a low-dimensional example is taken up.
Fig.l und Fig.2 enthalten jeweils eine Iterationsschleife von Schritt 107 zu Schritt 102 bzw. von Schritt 208 zu Schritt 202. Wie erwähnt kann eine Abbruchbedingung sicherstellen, daß dies keine Endlosschleife darstellt.1 and 2 each contain an iteration loop from step 107 to step 102 and from step 208 to step 202. As mentioned, an abort condition can ensure that this is not an endless loop.
Fig.3 zeigt eine Skizze eines Funktionsverlaufs 301 in Abhängigkeit eines Parametervektors xl . Beispielhaft ist der Parametervektor x von der Dimension eins, angedeutet durch die einzige Komponente xl.3 shows a sketch of a function curve 301 as a function of a parameter vector xl. An example is the parameter vector x of dimension one, indicated by the only component xl.
Es wird vorteilhaft der BereichIt will take advantage of the area
A < xl < B betrachtet, wobei wahlweise die Grenzen A, B enthalten sein können oder nicht (wie hier) . In diesem Bereich sind mehrere Meßwerte 302, 303, 304, 305 und 306 enthalten. Der Kurvenverlauf 301 zeigt den tatsächlichen aber unbekannten Verlauf der Zielfunktion. Als Zielfunktion diene derA <xl <B considered, where the limits A, B may or may not be included (as here). Several measured values 302, 303, 304, 305 and 306 are contained in this area. The curve course 301 shows the actual but unknown course of the target function. The objective function is the
Energieverbrauch, der zu minimieren sei. Eine Modellierung anhand der in dem Bereich bekannten Meßwerte ergibt beispielhaft einen Kurvenverlauf 307, dessen Minimum an der Stelle B (oder kurz davor, wenn B selbst nicht in dem Bereich enthalten ist) liegt.Energy consumption that should be minimized. Modeling on the basis of the measured values known in the area results, for example, in a curve 307, the minimum of which lies at point B (or shortly before if B itself is not contained in the area).
In dem nächsten Iterationsschritt wird der Parameterwert xl=B zur Bestimmung eines neuen Meßwerts benutzt. Der Bereich wandert und ist damit bestimmt durchIn the next iteration step, the parameter value xl = B is used to determine a new measured value. The area wanders and is thus determined by
C < xl < D.C <xl <D.
Nun werden für diesen Bereich Modellierungen (durch Variation der Modellparameter innerhalb eines Konfidenzintervalls) bestimmt. Jede Modellierung ergibt einen optimierten Wert xl. Die Menge aller Werte xl für den jeweiligen Bereich werden in einem D-Optimalitätskriterium berücksichtigt, woraus derjenige Wert xl folgt, der hinsichtlich Signifikanz und Verbesserung der Zielfunktion "Energieverbrauch" die beste Wahl ist.Now modeling is determined for this area (by varying the model parameters within a confidence interval). Each modeling gives an optimized value xl. The set of all values xl for the respective area are taken into account in a D optimality criterion, from which the value xl follows that is the best choice in terms of significance and improvement of the target function "energy consumption".
In Fig.4 ist eine Prozessoreinheit PRZE dargestellt. Die Prozessoreinheit PRZE umfaßt einen Prozessor CPU, einen Speicher SPE und eine Input/Output-Schnittstelle IOS, die über ein Interface IFC auf unterschiedliche Art und Weise genutzt wird: Über eine Grafikschnittstelle wird eine Ausgabe auf einem Monitor MON sichtbar und/oder auf einem Drucker PRT ausgegeben. Eine Eingabe erfolgt über eine Maus MAS oder eine Tastatur TAST. Auch verfügt die Prozessoreinheit PRZE über einen Datenbus BUS, der die Verbindung von einem SpeicherA processor unit PRZE is shown in FIG. The processor unit PRZE comprises a processor CPU, a memory SPE and an input / output interface IOS, which is used in different ways via an interface IFC: output is visible on a monitor MON and / or on a printer via a graphic interface PRT issued. An entry is made using a mouse MAS or a keyboard TAST. The processor unit PRZE also has a data bus BUS, which connects a memory
MEM, dem Prozessor CPU und der Input/Output-Schnittstelle IOS gewährleistet. Weiterhin sind an den Datenbus BUS zusätzliche Komponenten anschließbar, z.B. zusätzlicher Speicher, Datenspeicher (Festplatte) oder Scanner. Zum Zugriff auf gespeicherte Meßdaten ist insbesondere eine Datenbankschnittstelle vorgesehen. MEM, the processor CPU and the input / output interface IOS guaranteed. There are also additional data buses Components can be connected, e.g. additional memory, data storage (hard disk) or scanner. A database interface is provided in particular for access to stored measurement data.
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems, a) bei dem anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelt wird; b) bei dem mindestens ein Modellparameter des statistischen Modells ermittelt wird; c) bei dem eine Optimierung in einem vorgegebenen Bereich des technischen Systems anhand des statistischen1. Method for designing a technical system, a) in which a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) in which at least one model parameter of the statistical model is determined; c) in which an optimization in a predetermined area of the technical system based on the statistical
Modells durchgeführt und mindestens ein Parametervektor bestimmt wird; d) bei dem der mindestens eine Parametervektor zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt wird.Model and at least one parameter vector is determined; d) in which the at least one parameter vector is used to design the technical system.
2. Verfahren nach Anspruch 1, e) bei dem für den Wert des mindestens einen Parametervektors ein weiterer Meßwert ermittelt und das statistische Modell unter Berücksichtigung des weiteren Meßwerts bestimmt wird; f) bei dem zu Schritt b) verzweigt wird.2. The method of claim 1, e) in which a further measured value is determined for the value of the at least one parameter vector and the statistical model is determined taking into account the further measured value; f) branching to step b).
3. Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems, a) bei dem anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelt wird; b) bei dem eine Streuung des statistischen Modells berücksichtigt wird, indem mehrere Modellparameter, die in einem Konfidenzbereich liegen, ermittelt werden; c) bei dem Optimierungen jeweils für die durch die mehreren Modellparameter bestimmten Modelle durchgeführt werden, wobei für jede Optimierung ein Parametervektor bestimmt wird; d) bei dem anhand eines Optimalitätskriteriums ein hinsichtlich Signifikanz und Prozessverhalten geeigneter Parametervektor ermittelt wird; e) bei dem der geeignete Parametervektor zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt wird.3. Method for designing a technical system, a) in which a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) in which a dispersion of the statistical model is taken into account by determining several model parameters which lie in a confidence range; c) in which optimizations are carried out in each case for the models determined by the multiple model parameters, a parameter vector being determined for each optimization; d) in which a parameter vector that is suitable in terms of significance and process behavior is determined on the basis of an optimality criterion; e) in which the appropriate parameter vector is used to design the technical system.
4. Verfahren nach Anspruch 3, f) bei dem für den Wert des geeigneten Parametervektors ein weiterer Meßwert ermittelt und das statistische Modell anhand des weiteren Meßwerts bestimmt wird; g) bei dem zu Schritt b) verzweigt wird.4. The method according to claim 3, f) in which a further measured value is determined for the value of the suitable parameter vector and the statistical model is determined on the basis of the further measured value; g) branching to step b).
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Optimalitätskriterium ein D-Optimalitäts- kriterium ist.5. The method according to claim 3 or 4, wherein the optimality criterion is a D-optimality criterion.
6. Verfahren nach Anspruch 2, 4 oder 5, bei dem das Verfahren iterativ angewandt wird.6. The method according to claim 2, 4 or 5, in which the method is applied iteratively.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Verfahren solange iterativ angewandt wird, bis ein Drift des neu zu ermittelnden Meßwerts gegenüber dem zuletzt bestimmten Meßwert innerhalb des vorgegebenen Bereichs unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt.7. The method according to claim 6, in which the method is applied iteratively until a drift of the newly determined measured value compared to the last determined measured value lies within the predetermined range below a predetermined threshold value.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der vorgegebene Bereich einen Ausschnitt des durch den Parametervektor aufgespannten Raums unter8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the predetermined area under a section of the space spanned by the parameter vector
Berücksichtigung mindestens einer Zielgröße darstellt.Consideration of at least one target.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das statistische Modell ein Verfahren der statistischen Ausgleichsrechnung ist.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the statistical model is a method of statistical compensation calculation.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Verfahren der statistischen Ausgleichsrechnung eine Approximation mittels eines Polynomialansatzes durchgeführt wird. 10. The method of claim 9, wherein the method of statistical compensation calculation an approximation is carried out by means of a polynomial approach.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Approximation mittels quadratischer Polynome durchgeführt wird.11. The method according to claim 10, in which the approximation is carried out by means of quadratic polynomials.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Verfahren der statistischen Ausgleichsrechnung eine Funktion ausnutzt, die vorgegebene Eigenschaften des technischen Systems berücksichtigt .12. The method of claim 10, wherein the method of statistical compensation calculation uses a function that takes into account the specified properties of the technical system.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Optimierung nach einem der folgenden Verfahren durchgeführt wird: a) QP-Verfahren; b) SQP-Verfahren.13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the optimization is carried out according to one of the following methods: a) QP method; b) SQP procedure.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Entwurf eine Anpassung, einen Neuentwurf, ein Betrieb oder eine Steuerung des technischen Systems umfaßt.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the design comprises an adaptation, a redesign, an operation or a control of the technical system.
15. Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems, mit einer Prozessoreinheit, die derart eingerichtet ist, daß a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelbar ist; b) mindestens ein Modellparameter des statistischen Modells ermittelbar ist; c) eine Optimierung in einem vorgegebenen Bereich des technischen Systems anhand des statistischen Modells durchführbar ist und mindestens ein Parametervektor bestimmbar ist; d) der mindestens eine Parametervektor zum Entwurf des technischen Systems einsetzbar ist. 15. Arrangement for designing a technical system, with a processor unit, which is set up in such a way that a) a statistical model can be determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) at least one model parameter of the statistical model can be determined; c) an optimization in a predetermined area of the technical system can be carried out on the basis of the statistical model and at least one parameter vector can be determined; d) the at least one parameter vector can be used to design the technical system.
16. Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems, mit einer Prozessoreinheit, die derart eingerichtet ist, daß a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems ein statistisches Modell ermittelbar ist; b) eine Streuung des statistischen Modells berücksichtigt wird, indem mehrere Modellparameter, die in einem Konfidenzbereich liegen, ermittelbar sind; c) Optimierungen jeweils für die durch die mehreren Modellparameter bestimmten Modelle durchführbar sind, wobei für jede Optimierung ein Parametervektor bestimmt wird; d) anhand eines Optimalitätskriteriums ein hinsichtlich Signifikanz und Prozessverhalten geeigneter Parametervektor ermittelbar ist; e) der geeignete Parametervektor zum Entwurf des technischen Systems einsetzbar ist.16. Arrangement for designing a technical system, with a processor unit, which is set up in such a way that a) a statistical model can be determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) a dispersion of the statistical model is taken into account in that several model parameters which lie in a confidence range can be determined; c) optimizations can be carried out for the models determined by the several model parameters, a parameter vector being determined for each optimization; d) a parameter vector suitable in terms of significance and process behavior can be determined on the basis of an optimality criterion; e) the suitable parameter vector can be used to design the technical system.
17. Computerprogramm zum Entwurf eines technischen Systems, welches Computerprogramm bei Ausführung auf einer17. Computer program for the design of a technical system, which computer program when executed on a
Prozessoreinheit die folgenden Schritte durchführt: a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems wird ein statistisches Modell ermittelt; b) es wird mindestens ein Modellparameter des statistischen Modells ermittelt; c) eine Optimierung in einem vorgegebenen Bereich des technischen Systems wird anhand des statistischen Modells durchgeführt, und es wird mindestens ein Parametervektor bestimmt; d) der mindestens eine Parametervektor wird zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt.Processor unit carries out the following steps: a) a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) at least one model parameter of the statistical model is determined; c) an optimization in a predetermined area of the technical system is carried out on the basis of the statistical model, and at least one parameter vector is determined; d) the at least one parameter vector is used to design the technical system.
18. Computerprogramm zum Entwurf eines technischen Systems, welches Computerprogramm bei Ausführung auf einer Prozessoreinheit die folgenden Schritte durchführt: a) anhand mindestens eines Meßwerts des technischen Systems wird ein statistisches Modell bestimmt; b) es wird eine Streuung des statistischen Modells berücksichtigt, indem mehrere Modellparameter, die in einem Konfidenzbereich liegen, ermittelt werden; c) es werden Optimierungen jeweils für die durch die mehreren Modellparameter bestimmten Modelle durchgeführt, wobei für jede Optimierung ein Parametervektor bestimmt wird; d) anhand eines Optimalitätskriteriums wird ein hinsichtlich Signifikanz und Prozessverhalten geeigneter Parametervektor ermittelt; e) der geeignete Parametervektor wird zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt. 18. Computer program for designing a technical system, which computer program executes the following steps when executed on a processor unit: a) a statistical model is determined on the basis of at least one measured value of the technical system; b) a dispersion of the statistical model is taken into account by determining several model parameters that lie in a confidence range; c) optimizations are carried out in each case for the models determined by the multiple model parameters, a parameter vector being determined for each optimization; d) on the basis of an optimality criterion, a parameter vector which is suitable with regard to significance and process behavior is determined; e) the appropriate parameter vector is used to design the technical system.
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