WO2001007972A1 - Method and device for designing a technical system - Google Patents

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WO2001007972A1
WO2001007972A1 PCT/DE2000/002403 DE0002403W WO0107972A1 WO 2001007972 A1 WO2001007972 A1 WO 2001007972A1 DE 0002403 W DE0002403 W DE 0002403W WO 0107972 A1 WO0107972 A1 WO 0107972A1
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WO
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parameter vector
technical system
new parameter
determined
valid
Prior art date
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PCT/DE2000/002403
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German (de)
French (fr)
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Claus Hillermeier
Stefan SCHÄFFLER
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
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/024Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G05B13/025Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance using a perturbation signal

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for designing a technical system.
  • the object of the invention is to provide a method and an arrangement which avoids the disadvantages described above and thus ensures that an efficient design or adjustment takes place automatically for a complex technical system.
  • a target function is given as a function that specifies a target variable, for example the cost or efficiency of the technical system, depending on predetermined parameters of the system. Such parameters can be design parameters or drive parameters.
  • the target function comprises a predetermined set n parameters, which are combined in a parameter vector x:
  • Dimensions of the technical system are an example of design parameters, while operating parameters preferably indicate adjustable sizes.
  • a working point in space D should now be determined, which represents an "efficient" (working) point there.
  • An efficient working point is characterized by the fact that no parameter of this working point can be changed without a deterioration of the associated objective function.
  • the efficient working point thus represents at least a local optimum of a value assignment of the parameters of the parameter vector in the space of the parameter vectors (working points) predetermined as permissible.
  • the subsequent labeling of a draft of a technical system includes both an interpretation, i.e. the draft related to a new creation, and an adaptation of an already existing system.
  • the efficient operating point to be determined characterizes the design or setting of the technical system, which results in optimized operation of the same.
  • a target function is specified for the technical system, which is influenced by a parameter vector x with n parameters.
  • a new parameter vector x n is determined, starting from the parameter vector x, by moving in the direction of the gradient overlaid with the random variable with a predetermined step size.
  • the new parameter vector x n is not a valid working point, ie is not in space D of all permissible working points, and the termination condition is not met, the new parameter vector x n is projected into space D and the projected parameter vector as new Parameter vector x n used. The program then branches to step b).
  • step b If the new parameter vector x n is a valid operating point and the termination condition is not met, the new parameter vector x n is used as the parameter vector x and a branch is made to step b).
  • the determined parameter vector is used as the operating point for the design of the technical system.
  • This efficient operating point can include both operating parameters or design parameters of the technical system.
  • a further development consists in the fact that the projection takes into account secondary conditions. There may be several additional conditions that must be taken into account when determining the operating point. A constraint is formulated too
  • h j _ (x) denotes a constraint i for the parameter vector x.
  • a step size can be halved in addition to the projection into the space of permissible working points.
  • the iterative determination of a respective next parameter vector x n results in a path that leads from a start parameter vector to an efficient point.
  • the path is continued from one parameter vector to the next with a specified length.
  • the new parameter vector x n has less than a predetermined minimum distance from the edge of space D, the following steps are carried out:
  • the termination condition is met when the gradient falls below a predetermined threshold. If a negligibly small improvement is achieved (repeatedly) with a new parameter vector along the path, the method is ended automatically.
  • the working point from a set of working points is determined as the efficient working point which concludes the method and which leads quantitatively, used in the respective objective function, to the best result.
  • the working points determined step by step in the method are temporarily stored, so that the best of all stored working points can be determined in a final comparison.
  • the technical system is implemented on the basis of the efficient working point found. For example, a power plant is built according to the design parameters that are the result of one of the described methods, or an existing power plant is set according to the operating parameters determined by the parameters.
  • the gradient of the target function overlaid with a random variable is given by
  • an arrangement for designing a technical system which technical system comprises a number of valid operating points.
  • the arrangement has a processor unit which is set up in such a way that
  • the technical system comprises a target function, which target function is derived from a parameter vector x with n parameters ter values can be influenced;
  • a new parameter vector x n can be determined starting from the parameter vector x with a predetermined step size in the direction of the gradient superimposed with a random variable;
  • step b) if the new parameter vector x n is a valid working point and the termination condition is not met, this new parameter vector x n is set as parameter vector x and a branch is made to step b);
  • the determined parameter vector is used as the operating point for the design of the technical system.
  • This arrangement is particularly suitable for performing the method according to the invention or one of its developments explained above.
  • Fig.l is a sketch representing a space D c R n ;
  • Fig.2 is a sketch that shows a section of Fig.l and shows what each an invalid parameter vector
  • FIG. 3 shows a sketch which shows how an area D is determined by several secondary conditions
  • Fig. 6 is a flowchart illustrating a first method of designing a technical system
  • FIG. 7 shows a processor unit.
  • Figure 1 shows a sketch representing a space D c R n .
  • a function value f (x) is checks whether it is in the permissible area D of the operating points or not.
  • a level is spanned by parameters xi and X2.
  • the parameters are accepted as positive without restriction.
  • the parameters xi and X2 are combined in a parameter vector x.
  • a parameter vector x lying within the area D is a valid operating point, outside the area D the parameter vector x contains an invalid value assignment of its parameters x and X2 for the technical system.
  • a parameter vector xo with the parameters (coordinates) xio and X20 represents a starting point.
  • a path Pf which shows a possible course to an efficient working point, ends at a point x_. Starting from this point xi, a next direction with a predetermined length points to a point outside the area D. How to proceed in such a case is shown in FIGS. 2 and 3 and is explained below.
  • the course of the path Pf is shown in FIG. 1 as a continuous course, but in fact it is discrete in sections, that is to say in each section in a determined direction with a predetermined step size. If the sections are chosen to be sufficiently small, the path Pf appears as a continuous curve.
  • this function value is calculated for any given value assignment of the parameter vector using a simulator with any effort.
  • the result provides a value for the parameter vector, which (generally) represents a point in space R. This point is checked to see whether it is in the range of the valid working points D.
  • the further steps are described in detail below. It is only important in this context that it does not matter how the function values are obtained. Most of them cannot be determined analytically.
  • Figure 2 shows the detail 101 from Figure 1 enlarged. Again, the space D (here a surface) and the point xi can be seen. A part of the path Pf that led to the point x ⁇ is also shown.
  • the path Pf here comprises several discrete sections.
  • a new direction 204 is now determined, which points to a point 202 with a predetermined length.
  • the point 202 lies outside the area D of the permissible operating points. Accordingly, the point 202 does not become part of the path Pf.
  • the point 202 is discarded and a point (eg point 203) along which the path within the Area D can continue. How an admissible point 203 is determined from an impermissible point 202 is explained below.
  • a region D is shown by way of example in FIG. 3, which is determined by a plurality of secondary conditions hi, h2 and I13.
  • the parameter vector x lies in this area D and is therefore a permissible assignment, since all secondary conditions for this parameter vector x are fulfilled.
  • Figure 4 shows a projection of a lying outside the area D parameter vector Xi + 1 'to the parameter vector x 401 is a new parameter vector X + ⁇ 402 is determined, the outside of the area D indicated by the limiting secondary condition HJ_ lies.
  • the point 402 (parameter vector x_i + ⁇ ) is projected onto the edge of the area D, so the point 403 results as a valid new parameter vector i + i. This ensures that the path Pf does not leave the area D.
  • the projection is carried out by dropping the solder onto a tangent (in the case n> 2: tangential plane) through the point xi, the intersection of the solder with the edge of D determining the point 403.
  • FIG. 5 An alternative projection is shown in FIG. 5. Starting from a point 501, the subsequent point 502 is projected into the area D, in that at 502 the solder is dropped onto the route from point 501 to point 502. The intersection with the area boundary hi defines point 503 as the new, permissible parameter vector following point 501.
  • an edge R is determined for the area D at a predetermined distance from the area boundary, which is given by the respective secondary condition hi. If a next parameter vector lies in the area between the edge R and the area boundary hi, a projection is already taking place in order to deflect a next point from area D with a high degree of certainty.
  • FIG. 6 shows steps of a flow chart for designing a technical system, in particular for determining the operating point of the same.
  • step 601 there is a target function, which target function is influenced by a parameter vector x with a number n parameters.
  • a subsequent step 602 preferably starting from a start Parameter vector xrj determined a gradient of the target function superimposed with a random variable.
  • a predetermined step size is used in the direction of the gradient superimposed on the random variable, and a new parameter vector x n results. If an abort condition is fulfilled (cf. step 604), ie if a predetermined limit for a number of iteration steps has already been exceeded, the method is ended in a step 608 and the best working point from a set of valid working points determined using the method becomes certainly.
  • step 605 a query is made in step 605 as to whether the newly determined parameter vector x n is a valid working point, that is to say whether the parameter vector x n is in space D. If this is the case, then the new parameter vector x n is set as parameter vector x (cf. step 607) and a jump is made to step 602. If, on the other hand, this is not the case, a projection takes place in a step 606 (as described above), the projected parameter editor is set as the new parameter vector (cf. step 607) and a branch is made to step 602.
  • 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: an output on a monitor MON becomes visible and / or on via a graphic interface output to a printer PRT. An entry is made using a mouse MAS or a keyboard TAST.
  • the processor unit PRZE also has a data bus BUS, which ensures the connection of a memory MEM, the processor CPU and the input / output interface IOS.
  • additional components can be connected to the data bus BUS, e.g. additional memory, data storage (hard disk) or scanner.

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Abstract

The invention concerns an operating point for designing a technical system which is defined by iteration, a present operating point being determined in the direction of a gradient whereto is superposed a random value. If the present operating point is located outside the permissible range, it is projected into said permissible range.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Anordnung zum Entwurf eines technischen SystemsProcess and arrangement for the design of a technical system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems.The invention relates to a method and an arrangement for designing a technical system.
Für den Entwurf eines komplexen technischen Systems sind bereits in einer frühzeitigen Planungsphase signifikante Größen dieses Systems, z.B. Kosten für die Herstellung oder Wirkungsgrad während der Laufzeit, von großem Interesse. Eine Realisierung des Systems erfolgt oft anhand empirisch bekannt gewordener Parameter (Auslegungsparameter) .For the design of a complex technical system, significant sizes of this system are already in an early planning phase, e.g. Cost of manufacture or efficiency during the runtime, of great interest. The system is often implemented on the basis of empirically known parameters (design parameters).
Weiterhin sind oftmals Betriebsparameter für einen Betrieb des bereits bestehenden technischen Systems anzupassen. Diese Anpassung (Einstellung) basiert zumeist auf speziellem Fachwissen.Furthermore, operating parameters for operating the already existing technical system are often to be adapted. This adjustment (setting) is mostly based on specialist knowledge.
Dabei ist es von Nachteil, daß sowohl die Auslegung als auch die Einstellung des technischen Systems lediglich auf empirischem Wissen beruht.It is disadvantageous that both the design and the setting of the technical system are based only on empirical knowledge.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die oben beschriebene Nachteile vermeidet und somit sicherstellt, daß für ein komplexes technisches System eine effiziente Auslegung bzw. Einstellung automatisch erfolgt.The object of the invention is to provide a method and an arrangement which avoids the disadvantages described above and thus ensures that an efficient design or adjustment takes place automatically for a complex technical system.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved in accordance with the features of the independent claims. Further developments result from the dependent claims.
Eine Zielfunktion ist gegeben als eine Funktion, die eine Zielgröße, z.B. Kosten oder Wirkungsgrad des technischen Systems, abhängig von vorgegebenen Parametern des Systems angibt. Derartige Parameter können Auslegungsparameter oder Be- triebsparameter sein. Die Zielfunktion umfaßt eine vorgegebene Menge n Parameter, die in einem Parametervektor x zusammengefaßt sind:A target function is given as a function that specifies a target variable, for example the cost or efficiency of the technical system, depending on predetermined parameters of the system. Such parameters can be design parameters or drive parameters. The target function comprises a predetermined set n parameters, which are combined in a parameter vector x:
xi, *2' • • • ' xn> =T (1) • xi, * 2 '• • •' x n> =T (1) •
Das hochgestellte "T" deutet an, daß der Vektor x transponiert ist.The superscript "T" indicates that the vector x has been transposed.
Ein Beispiel für Auslegungsparameter sind Abmessungen des technischen Systems, während Betriebsparameter vorzugsweise einstellbare Größen benennen.Dimensions of the technical system are an example of design parameters, while operating parameters preferably indicate adjustable sizes.
Die Zielfunktion f ist von n Parameter abhängig, die n Para- meter spannen demnach eine Raum R auf. In diesem Raum R sind nicht alle möglichen Kombinationen an Werten für die n Parameter zulässig. In vielen Fällen würde das technische System entweder einen sicherheitskritischen Zustand erreichen oder auf eine unzulässige Wertebelegung der Parameter nicht geeignet reagieren. Demzufolge wird ein Raum D ς: Rn bestimmt, der eine (echte) Teilmenge des Raums R ist. In dem Raum D sind alle zulässigen Kombinationen von Wertebelegungen der Parameter zusammengefaßt. Nachfolgend werden diese zulässigen Kombinationen von Wertebelegungen auch als Arbeitspunk- te (=gültige Auslegungs- bzw. Betriebsparameter des technischen Systems) bezeichnet.The target function f depends on n parameters, so the n parameters span a space R. Not all possible combinations of values for the n parameters are permissible in this space R. In many cases, the technical system would either reach a safety-critical state or not respond appropriately to an impermissible value assignment of the parameters. Accordingly, a space D ς: R n is determined, which is a (real) subset of the space R. All admissible combinations of parameter assignments are summarized in room D. In the following, these permissible combinations of value assignments are also referred to as working points (= valid design or operating parameters of the technical system).
Es soll nun ein Arbeitspunkt im Raum D bestimmt werden, der dort einen "effizienten" (Arbeits-) Punkt darstellt. Ein effi- zienter Arbeitspunkt zeichnet sich dadurch aus, daß kein Parameter dieses Arbeitspunkts mehr verändert werden kann, ohne daß dadurch eine Verschlechterung der zugehörigen Zielfunktion herbeigeführt würde. Der effiziente Arbeitspunkt stellt somit zumindest ein lokales Optimum einer Wertebelegung der Parameter des Parametervektors im Raum der als zulässig vorbestimmten Parametervektoren (Arbeitspunkte) dar. Die nachfolgende Kennzeichnung eines Entwurfs eines technischen Systems umfaßt sowohl eine Auslegung, also den Entwurf bezogen auf eine Neuschaffung, als auch eine Anpassung eines bereits bestehenden Systems. Der zu ermittelnde effiziente Arbeitspunkt kennzeichnet die Auslegung bzw. Einstellung des technischen Systems, was in einem optimierten Betrieb desselben resultiert.A working point in space D should now be determined, which represents an "efficient" (working) point there. An efficient working point is characterized by the fact that no parameter of this working point can be changed without a deterioration of the associated objective function. The efficient working point thus represents at least a local optimum of a value assignment of the parameters of the parameter vector in the space of the parameter vectors (working points) predetermined as permissible. The subsequent labeling of a draft of a technical system includes both an interpretation, i.e. the draft related to a new creation, and an adaptation of an already existing system. The efficient operating point to be determined characterizes the design or setting of the technical system, which results in optimized operation of the same.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems angegeben, welches technische System eine Menge gültiger Arbeitspunkte umfaßt. Das Verfahren umfaßt dabei die folgenden Schritte:To solve the problem, a method for designing a technical system is specified, which technical system comprises a number of valid operating points. The process comprises the following steps:
a) Für das technische System ist eine Zielfunktion vorge- geben, die von einem Parametervektor x mit n Parametern beeinflußt wird.a) A target function is specified for the technical system, which is influenced by a parameter vector x with n parameters.
b) Ein mit einer Zufallsgröße überlagerter Gradient der Zielfunktion wird bezüglich des Parametervektors x er- mittelt.b) A gradient of the target function overlaid with a random variable is determined with respect to the parameter vector x.
c) Ein neuer Parametervektor xn wird, ausgehend von dem Parametervektor x ermittelt, indem in Richtung des mit der Zufallsgröße überlagerten Gradienten mit einer vorgegebenen Schrittweite verfahren wird.c) A new parameter vector x n is determined, starting from the parameter vector x, by moving in the direction of the gradient overlaid with the random variable with a predetermined step size.
d) Anhand vorgegebener Nebenbedingungen wird überprüft, ob der neue Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt (im oben beschriebenen Raum D) ist bzw. ob eine Abbruchbedingung erfüllt ist.d) On the basis of predetermined secondary conditions, it is checked whether the new parameter vector x n is a valid working point (in room D described above) or whether an abort condition is fulfilled.
e) Falls der neue Parametervektor xn kein gültiger Arbeitspunkt ist, also nicht im Raum D aller zulässigen Arbeitspunkte liegt, und zusätzlich die Abbruchbedin- gung nicht erfüllt ist, wird der neue Parametervektor xn in den Raum D projiziert und der projizierte Parametervektor als neuer Parametervektor xn eingesetzt. Danach wird zu Schritt b) verzweigt.e) If the new parameter vector x n is not a valid working point, ie is not in space D of all permissible working points, and the termination condition is not met, the new parameter vector x n is projected into space D and the projected parameter vector as new Parameter vector x n used. The program then branches to step b).
f) Ist der neue Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt und ist die Abbruchbedingung nicht erfüllt, so wird der neue Parametervektor xn als Parametervektor x eingesetzt und zu Schritt b) verzweigt.f) If the new parameter vector x n is a valid operating point and the termination condition is not met, the new parameter vector x n is used as the parameter vector x and a branch is made to step b).
g) Falls die Abbruchbedingung erfüllt ist, wird der ermittelte Parametervektor als Arbeitspunkt zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt.g) If the termination condition is met, the determined parameter vector is used as the operating point for the design of the technical system.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist es somit möglich, aus einem Raum D zulassiger Arbeitspunkte einen effizienten Arbeitspunkt zu bestimmen. Dieser effiziente Arbeitspunkt kann sowohl Betriebsparameter oder Auslegungsparameter des technischen Systems umfassen.With the described method, it is thus possible to determine an efficient working point from a space D of permissible working points. This efficient operating point can include both operating parameters or design parameters of the technical system.
Eine Weiterbildung besteht darin, daß die Projektion unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen erfolgt. Es können meh- rere Nebenbedingungen gegeben sein, die bei der Bestimmung des Arbeitspunktes zu berücksichtigen sind. Eine Nebenbedingung wird formuliert zuA further development consists in the fact that the projection takes into account secondary conditions. There may be several additional conditions that must be taken into account when determining the operating point. A constraint is formulated too
hx(x) < 0 (1),h x (x) <0 (1),
wobei hj_(x) eine Nebenbedingung i für den Parametervektor x bezeichnet.where h j _ (x) denotes a constraint i for the parameter vector x.
Gemäß einer Ausgestaltung kann zusatzlich zur Projektion in den Raum zulässiger Arbeitspunkte eine Schrittweitenhalbierung erfolgen. Durch iterative Ermittlung eines jeweils nächsten Parametervektors xn ergibt sich ein Pfad, der von einem Start-Parametervektor hin zu einem effizienten Punkt fuhrt. Von einem Parametervektor zum nächsten wird mit einer vorge- gebenen Lange der Pfad fortgesetzt. Diese vorgegebene Lange (= Schrittweite) kann verkürzt, insbesondere halbiert, werden, falls der nächste Parametervektor außerhalb des Raums D liegt. Liegt der nächste Parametervektor dann immer noch au¬ ßerhalb des Raums D, so kann eine erneute Verkürzung und/oder die Projektion erfolgen.According to one embodiment, a step size can be halved in addition to the projection into the space of permissible working points. The iterative determination of a respective next parameter vector x n results in a path that leads from a start parameter vector to an efficient point. The path is continued from one parameter vector to the next with a specified length. This predetermined length (= step size) can be shortened, in particular halved, if the next parameter vector outside of space D lies. If by then the next parameter vector still au ¬ ßerhalb the space D so again shortening and / or the projection can take place.
Weist im Rahmen einer Weiterbildung der neue Parametervektor xn weniger als einen vorgegebenen Mindestabstands vom Rand des Raums D auf, so werden folgende Schritte durchgeführt:If, as part of a further development, the new parameter vector x n has less than a predetermined minimum distance from the edge of space D, the following steps are carried out:
a) Führt ein nachfolgender Parametervektor aus dem Raum D, so wird von diesem nachfolgenden (außerhalb des Raums D liegenden) Parametervektor ein Lot auf eine Tangentialebene des Randes des zulässigen Raums D gefällt und dort der nachfolgende Parametervektor festgelegt.a) If a subsequent parameter vector leads out of space D, a plumb line is dropped from this subsequent (outside of space D) vector vector onto a tangential plane of the edge of the permissible space D and the subsequent parameter vector is defined there.
b) Ansonsten wird der nachfolgende Parametervektor nicht verändert, falls er nicht außerhalb des Raums D liegt.b) Otherwise, the following parameter vector is not changed if it is not outside of space D.
Eine zusätzliche Weiterbildung besteht darin, daß die Ab- bruchbedingung erfüllt ist, wenn eine vorgegebene Anzahl Iterationen durchgeführt worden ist.An additional development consists in the fact that the termination condition is fulfilled when a predetermined number of iterations has been carried out.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß die Abbruchbedingung erfüllt ist, wenn der Gradient einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Wird mit einem neuen Parametervektor entlang des Pfades (wiederholt) eine verschwindend geringe Verbesserung erreicht, so wird das Verfahren automatisch beendet.Another development is that the termination condition is met when the gradient falls below a predetermined threshold. If a negligibly small improvement is achieved (repeatedly) with a new parameter vector along the path, the method is ended automatically.
Auch ist es eine Weiterbildung der Erfindung, daß derjenige Arbeitspunkt aus einer Menge von Arbeitspunkten als das Verfahren abschließender effizienter Arbeitspunkt bestimmt wird, der quantitativ, eingesetzt in die jeweilige Zielfunktion, zu dem besten Ergebnis führt. Dazu werden die im Verfahren schrittweise bestimmten Arbeitspunkte zwischengespeichert, so daß in einem abschließenden Vergleich der beste aller gespeicherten Arbeitspunkte ermittelt werden kann. Insbesondere ist es nützlich, die auf diese Art ermittelten Arbeitspunkte ihrer Güte nach zu sortieren, um ggf. auf einen nächstbesten Arbeitspunkt ausweichen zu können, falls eine Auslegung oder eine Einstellung eines technischen Systems nicht gewünscht oder nicht realisierbar ist.It is also a further development of the invention that the working point from a set of working points is determined as the efficient working point which concludes the method and which leads quantitatively, used in the respective objective function, to the best result. For this purpose, the working points determined step by step in the method are temporarily stored, so that the best of all stored working points can be determined in a final comparison. In particular, it is useful to sort the working points determined in this way according to their quality, in order to be able to switch to a next best working point if a design or adjustment of a technical system is not desired or cannot be implemented.
Schließlich ist es auch eine Weiterbildung, daß das technische System anhand des gefundenen effizienten Arbeitspunktes realisiert wird. So wird z.B. ein Kraftwerk nach den Auslegungsparametern, die Ergebnis eines der beschriebenen Verfahren sind, gebaut oder ein bereits bestehendes Kraftwerk nach durch die Parameter bestimmten Betriebsparametern eingestellt.Finally, it is also a further development that the technical system is implemented on the basis of the efficient working point found. For example, a power plant is built according to the design parameters that are the result of one of the described methods, or an existing power plant is set according to the operating parameters determined by the parameters.
Im Rahmen einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der mit einer Zufallsgröße überlagerte Gradient der Zielfunktion gegeben durchIn the context of an additional embodiment, the gradient of the target function overlaid with a random variable is given by
dx = -Vf(x)dt + ε • dB (2) ,dx = -Vf (x) dt + ε • dB (2),
wobei x den Parametervektor,where x is the parameter vector,
-Vf(x) den negativen Gradienten der Zielfunktion f, ab- hängig vom Parametervektor x, ε eine Skalierungskonstante der Zufallsgröße B und-Vf (x) the negative gradient of the objective function f, depending on the parameter vector x, ε a scaling constant of the random variable B and
B die Zufallsgröße bezeichnen.B denote the random size.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin eine Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems angegeben, welches technische System eine Menge gültiger Arbeitspunkte umfaßt. Dabei weist die Anordnung eine Prozessoreinheit auf, die derart eingerichtet ist, daßTo solve the problem, an arrangement for designing a technical system is also specified, which technical system comprises a number of valid operating points. The arrangement has a processor unit which is set up in such a way that
a) das technische System eine Zielfunktion umfaßt, welche Zielfunktion von einem Parametervektor x mit n Parame- terwerten beeinflußbar ist;a) the technical system comprises a target function, which target function is derived from a parameter vector x with n parameters ter values can be influenced;
b) ein mit einer stochastischen Größe überlagerter Gradient der Zielfunktion bezüglich des Parametervektors x ermittelbar ist;b) a gradient of the target function with respect to the parameter vector x superimposed with a stochastic variable can be determined;
c) ein neuer Parametervektor xn ausgehend von dem Parametervektor x mit vorgegebener Schrittweite in Richtung des mit einer Zufallsgröße überlagerten Gradienten er- mittelbar ist;c) a new parameter vector x n can be determined starting from the parameter vector x with a predetermined step size in the direction of the gradient superimposed with a random variable;
d) anhand vorgegebener Nebenbedingungen überprüfbar ist, ob der neue Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt ist oder ob eine Abbruchbedingung erfüllt ist;d) it can be checked on the basis of predetermined auxiliary conditions whether the new parameter vector x n is a valid operating point or whether an abort condition is fulfilled;
e) falls der neue Parametervektor xn kein gültiger Arbeitspunkt ist und die Abbruchbedingung nicht erfüllt ist, eine Projektion des neuen Parametervektors xn in den Raum gültiger Arbeitspunkte durchgeführt und zu Schritt b) verzweigt wird;e) if the new parameter vector x n is not a valid working point and the termination condition is not met, a projection of the new parameter vector x n into the space of valid working points is carried out and branching to step b);
f) falls der neue Parametervektor xn ein gültiger Ar- beitspunkt ist und die Abbruchbedingung nicht erfüllt ist, dieser neue Parametervektor xn als Parametervektor x gesetzt und zu Schritt b) verzweigt wird;f) if the new parameter vector x n is a valid working point and the termination condition is not met, this new parameter vector x n is set as parameter vector x and a branch is made to step b);
g) falls die Abbruchbedingung erfüllt ist, der ermittelte Parametervektor als Arbeitspunkt zum Entwurf des tech- nischen Systems eingesetzt wird.g) if the termination condition is met, the determined parameter vector is used as the operating point for the design of the technical system.
Diese Anordnung ist insbesondere geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner vorstehend erläuterten Weiterbildungen.This arrangement is particularly suitable for performing the method according to the invention or one of its developments explained above.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt und erläutert.Further developments of the invention also result from the dependent claims. A execution examples of the invention are illustrated and explained below with reference to the drawing.
Es zeigenShow it
Fig.l eine Skizze, die einen Raum D c Rn darstellt;Fig.l is a sketch representing a space D c R n ;
Fig.2 eine Skizze, die einen Ausschnitt von Fig.l darstellt und zeigt, was jeweils ein ungültiger ParametervektorFig.2 is a sketch that shows a section of Fig.l and shows what each an invalid parameter vector
(außerhalb des Raums D) und ein gültiger Arbeitspunkt ist;(outside of room D) and is a valid working point;
Fig.3 eine Skizze, die zeigt, wie ein Gebiet D durch mehre- re Nebenbedingungen bestimmt ist;3 shows a sketch which shows how an area D is determined by several secondary conditions;
Fig.4 eine erste Möglichkeit für eine Projektion des nächsten Parametervektors in das Gebiet D;4 shows a first possibility for a projection of the next parameter vector into the area D;
Fig.5 eine zweite Möglichkeit für eine Projektion des nächsten Parametervektors in das Gebiet D;5 shows a second possibility for a projection of the next parameter vector into the area D;
Fig.6 ein Flußdiagramm, das ein erstes Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems darstellt;Fig. 6 is a flowchart illustrating a first method of designing a technical system;
Fig.7 eine Prozessoreinheit.7 shows a processor unit.
Figur 1 zeigt eine Skizze, die einen Raum D c Rn darstellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist eine Dimension n=2 gewählt, der "Raum" entspricht somit einer Ebene. Bei realen Systemen und Anlagen wird in der Regel ein hochdimensionaler Raum eingesetzt, die Einflüsse der Parameter auf die Zielfunktion f ist in diesem Raum hochkomplex und oft nur anhand einer Computersimulation bestimmbar. So wird in dem hochdi- mensionalen Raum ein Funktionswert f(x) dahingehend über- prüft, ob er in dem zulässigen Gebiet D der Arbeitspunkte liegt oder nicht.Figure 1 shows a sketch representing a space D c R n . For reasons of clarity, a dimension n = 2 is selected, the "space" thus corresponds to one level. In real systems and systems, a high-dimensional space is generally used; the influences of the parameters on the target function f are highly complex in this space and can often only be determined using a computer simulation. In this way, a function value f (x) is checks whether it is in the permissible area D of the operating points or not.
Im vorliegenden Fall von Figur 1 ist durch die Übersichtlich- keit der zweidimensionalen Darstellung der Zusammenhang anschaulich erklärbar. Die Übertragung in einen n-dimensionalen Raum (n>2) erfolgt analog.In the present case of FIG. 1, the clarity of the two-dimensional representation clearly explains the relationship. The transfer into an n-dimensional space (n> 2) takes place analogously.
Wie erwähnt, wird durch die Parameter xi und X2 eine Ebene aufgespannt. Die Parameter werden dabei ohne Einschränkung als positiv angenommen. Die Parameter xi und X2 werden in einem Parametervektor x zusammengefaßt. Es ist ferner das Gebiet D (hier eine Fläche, da n=2; bei n>2 ist D ein Raum) eingezeichnet, das einen Teil der gesamten x ,X2~Fläche (ge-As mentioned, a level is spanned by parameters xi and X2. The parameters are accepted as positive without restriction. The parameters xi and X2 are combined in a parameter vector x. Furthermore, the area D (here an area since n = 2; if n> 2 D is a space) is drawn in which part of the total x, X2 ~ area (
2 kennzeichnet durch R ) einnimmt. Ein innerhalb der Fläche D liegender Parametervektor x ist ein gültiger Arbeitspunkt, außerhalb der Fläche D enthält der Parametervektor x eine für das technische System ungültige Wertebelegung seiner Parameter x und X2.2 characterized by R). A parameter vector x lying within the area D is a valid operating point, outside the area D the parameter vector x contains an invalid value assignment of its parameters x and X2 for the technical system.
Ein Parametervektor xo mit den Parametern (Koordinaten) xio und X20 stellt einen Startpunkt dar. Ein Pfad Pf, der einen möglichen Verlauf zu einem effizienten Arbeitspunkt zeigt, endet in einem Punkt x_ . Ausgehend von diesem Punkt xi zeigt eine nächste Richtung mit einer vorgegebenen Länge auf einen Punkt außerhalb des Gebiets D. Wie in so einem Fall verfahren wird, ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt und wird nachfolgend erläutert.A parameter vector xo with the parameters (coordinates) xio and X20 represents a starting point. A path Pf, which shows a possible course to an efficient working point, ends at a point x_. Starting from this point xi, a next direction with a predetermined length points to a point outside the area D. How to proceed in such a case is shown in FIGS. 2 and 3 and is explained below.
Hierbei sei angemerkt, daß der Verlauf des Pfades Pf in Figur 1 als kontinuierlicher Verlauf dargestellt ist, tatsächlich aber abschnittsweise diskret, also je Abschnitt in eine ermittelte Richtung mit einer vorgegebenen Schrittweite, verläuft. Wählt man die Abschnitte hinreichend klein, so er- scheint der Pfad Pf als kontinuierlicher Kurvenverlauf. Wie bereits erwähnt, ist es nicht immer möglich, den Funktionswert der Zielfunktion analytisch zu ermitteln. Vielfach wird dieser Funktionswert zu einer bestimmten Wertebelegung des Parametervektors anhand eines Simulators mit beliebigem Aufwand errechnet. Das Ergebnis liefert einen Wert für den Parametervektor, der (allgemein) einen Punkt im Raum R darstellt. Dieser Punkt wird dahingehend überprüft, ob er im Bereich der gültigen Arbeitspunkte D liegt. Die weiteren Schritte werden nachfolgend eingehend beschrieben. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, daß es keine Rolle spielt, auf welche Art die Funktionswerte erhalten werden. Lediglich analytisch können sie zumeist nicht bestimmt werden.It should be noted here that the course of the path Pf is shown in FIG. 1 as a continuous course, but in fact it is discrete in sections, that is to say in each section in a determined direction with a predetermined step size. If the sections are chosen to be sufficiently small, the path Pf appears as a continuous curve. As already mentioned, it is not always possible to determine the functional value of the objective function analytically. In many cases, this function value is calculated for any given value assignment of the parameter vector using a simulator with any effort. The result provides a value for the parameter vector, which (generally) represents a point in space R. This point is checked to see whether it is in the range of the valid working points D. The further steps are described in detail below. It is only important in this context that it does not matter how the function values are obtained. Most of them cannot be determined analytically.
Figur 2 stellt den Ausschnitt 101 aus Figur 1 vergrößert dar. Wieder sind der Raum D (hier eine Fläche) und der Punkt xi zu erkennen. Auch ein Teil des Pfades Pf, der zu dem Punkt x^ geführt hat, ist eingezeichnet. Der Pfad Pf umfaßt hier mehrere abschnittsweise diskrete Strecken.Figure 2 shows the detail 101 from Figure 1 enlarged. Again, the space D (here a surface) and the point xi can be seen. A part of the path Pf that led to the point x ^ is also shown. The path Pf here comprises several discrete sections.
Nun wird ausgehend vom Punkt i 201 eine neue Richtung 204 ermittelt, die mit einer vorgegebenen Länge zu einem Punkt 202 zeigt. Der Punkt 202 liegt außerhalb des Gebiets D der zulässigen Arbeitspunkte. Demnach wird der Punkt 202 nicht Bestandteil des Pfades Pf. Um einen gültigen Punkt zu erhal- ten, über den der Pfad Pf fortgesetzt werden kann, wird der Punkt 202 verworfen und ein Punkt (z.B. Punkt 203) bestimmt, entlang dessen der Pfad innerhalb des Gebiets D fortgesetzt werden kann. Wie aus einem unzulässigen Punkt 202 ein zulässiger Punkt 203 ermittelt wird, wird nachfolgend erläutert.Starting from point i 201, a new direction 204 is now determined, which points to a point 202 with a predetermined length. The point 202 lies outside the area D of the permissible operating points. Accordingly, the point 202 does not become part of the path Pf. In order to obtain a valid point via which the path Pf can be continued, the point 202 is discarded and a point (eg point 203) along which the path within the Area D can continue. How an admissible point 203 is determined from an impermissible point 202 is explained below.
In Figur 3 ist beispielhaft ein Gebiet D gezeigt, das durch mehrere Nebenbedingungen hi, h2 und I13 bestimmt ist. Der Parametervektor x liegt in diesem Gebiet D und ist somit eine zulässige Belegung, da alle Nebenbedingungen für diesen Para- metervektor x erfüllt sind. Figur 4 zeigt eine Projektion eines außerhalb des Gebiets D liegenden Parametervektors Xi+Zu dem Parametervektor x 401 wird ein neuer Parametervektor X +ι 402 bestimmt, der außerhalb des Gebiets D, angezeigt durch die begrenzende Neben- bedingung hj_, liegt. Der Punkt 402 (Parametervektor x_i+ι) wird auf den Rand des Gebiets D projiziert, es ergibt sich somit der Punkt 403 als gültiger neuer Parametervektor i+i- Somit ist gewährleistet, daß der Pfad Pf das Gebiet D nicht verläßt. Die Projektion erfolgt, indem das Lot auf eine Tan- gente (im Fall n>2 : Tangentialebene) durch den Punkt xi gefällt wird, wobei der Schnittpunkt des Lots mit dem Rand von D den Punkt 403 bestimmt.A region D is shown by way of example in FIG. 3, which is determined by a plurality of secondary conditions hi, h2 and I13. The parameter vector x lies in this area D and is therefore a permissible assignment, since all secondary conditions for this parameter vector x are fulfilled. Figure 4 shows a projection of a lying outside the area D parameter vector Xi + 1 'to the parameter vector x 401 is a new parameter vector X + ι 402 is determined, the outside of the area D indicated by the limiting secondary condition HJ_ lies. The point 402 (parameter vector x_i + ι) is projected onto the edge of the area D, so the point 403 results as a valid new parameter vector i + i. This ensures that the path Pf does not leave the area D. The projection is carried out by dropping the solder onto a tangent (in the case n> 2: tangential plane) through the point xi, the intersection of the solder with the edge of D determining the point 403.
Eine alternative Projektion ist in Figur 5 gezeigt. Ausgehend von einem Punkt 501 wird der nachfolgende Punkt 502 in das Gebiet D projiziert, indem in dem Punkt 502 das Lot auf die Strecke vom Punkt 501 zum Punkt 502 gefällt wird. Der Schnittpunkt mit der Gebietsgrenze hi legt den Punkt 503 als neuen, zulässigen, dem Punkt 501 nachfolgenden Parametervek- tor fest.An alternative projection is shown in FIG. 5. Starting from a point 501, the subsequent point 502 is projected into the area D, in that at 502 the solder is dropped onto the route from point 501 to point 502. The intersection with the area boundary hi defines point 503 as the new, permissible parameter vector following point 501.
Weiterhin wird für das Gebiet D in einem vorgegebenen Abstand von der Gebietsgrenze, die durch die jeweilige Nebenbedingung hi gegeben ist, ein Rand R bestimmt. Liegt ein nächster Para- etervektor im Bereich zwischen dem Rand R und der Gebietsgrenze hi, so erfolgt bereits eine Projektion, um einen nächsten Punkt mit hoher Sicherheit von einer Richtung, aus dem Gebiet D abzulenken.Furthermore, an edge R is determined for the area D at a predetermined distance from the area boundary, which is given by the respective secondary condition hi. If a next parameter vector lies in the area between the edge R and the area boundary hi, a projection is already taking place in order to deflect a next point from area D with a high degree of certainty.
Figur 6 zeigt Schritte eines Flußdiagramms zum Entwurf eines technischen Systems, insbesondere zu einer Arbeitspunktbestimmung desselben.FIG. 6 shows steps of a flow chart for designing a technical system, in particular for determining the operating point of the same.
In einem Schritt 601 ist eine Zielfunktion gegeben, welche Zielfunktion durch einen Parametervektor x mit einer Anzahl n Parameter beeinflußt wird. In einem anschließenden Schritt 602 wird, vorzugsweise ausgehend von einem Start- Parametervektor xrj ein mit einer Zufallsgröße überlagerter Gradient der Zielfunktion ermittelt. In einem Schritt 603 wird in Richtung des mit der Zufallsgröße überlagerten Gradienten mit einer vorgegebenen Schrittweite verfahren, es er- gibt sich ein neuer Parametervektor xn. Ist eine Abbruchbedingung erfüllt (vgl. Schritt 604), d.h. falls eine vorgegebene Schranke für eine Anzahl von Iterationsschritten bereits überstiegen worden ist, wird das Verfahren in einem Schritt 608 beendet, und es wird der beste Arbeitspunkt aus einer mit dem Verfahren ermittelten Menge gültiger Arbeitspunkte bestimmt. Ist hingegen die Abbruchbedingung in Schritt 604 (noch) nicht erfüllt, so wird in einem Schritt 605 abgefragt, ob der neu ermittelte Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt ist, also ob der Parametervektor xn in dem Raum D liegt. Ist dies der Fall, so wird der neue Parametervektor xn als Parametervektor x gesetzt (vgl. Schritt 607) und zu Schritt 602 gesprungen. Ist dies hingegen nicht gegeben, so erfolgt in einem Schritt 606 eine Projektion (wie oben beschrieben) , es wird der projizierte Parameteberktor als neuer Parametervektor gesetzt (vgl. Schritt 607) und zu Schritt 602 verzweigt .In step 601 there is a target function, which target function is influenced by a parameter vector x with a number n parameters. In a subsequent step 602, preferably starting from a start Parameter vector xrj determined a gradient of the target function superimposed with a random variable. In a step 603, a predetermined step size is used in the direction of the gradient superimposed on the random variable, and a new parameter vector x n results. If an abort condition is fulfilled (cf. step 604), ie if a predetermined limit for a number of iteration steps has already been exceeded, the method is ended in a step 608 and the best working point from a set of valid working points determined using the method becomes certainly. If, on the other hand, the termination condition in step 604 has not (yet) been fulfilled, a query is made in step 605 as to whether the newly determined parameter vector x n is a valid working point, that is to say whether the parameter vector x n is in space D. If this is the case, then the new parameter vector x n is set as parameter vector x (cf. step 607) and a jump is made to step 602. If, on the other hand, this is not the case, a projection takes place in a step 606 (as described above), the projected parameter editor is set as the new parameter vector (cf. step 607) and a branch is made to step 602.
In Figur 7 ist eine Prozessoreinheit PRZE dargestellt. Die Prozessoreinheit PRZE umfaßt einen Prozessor CPU, einen Spei- eher 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 Speicher MEM, dem Prozessor CPU und der Input/Output-Schnittstelle IOS gewährleistet. Weiterhin sind an den Datenbus BUS zusätzliche Komponenten anschließbar, z.B. zusätzlicher Speicher, Daten- Speicher (Festplatte) oder Scanner. 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: an output on a monitor MON becomes visible and / or on via a graphic interface output to a printer PRT. An entry is made using a mouse MAS or a keyboard TAST. The processor unit PRZE also has a data bus BUS, which ensures the connection of a memory MEM, the processor CPU and the input / output interface IOS. Furthermore, additional components can be connected to the data bus BUS, e.g. additional memory, data storage (hard disk) or scanner.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems, welches technische System eine Menge gültiger Arbeitspunkte umfaßt,1. Procedure for designing a technical system, which technical system comprises a set of valid working points,
a) bei dem das technische System eine Zielfunktion umfaßt, welche Zielfunktion von einem Parametervektor x mit n Parameterwerten beeinflußt wird;a) in which the technical system comprises a target function, which target function is influenced by a parameter vector x with n parameter values;
b) bei dem ein mit einer stochastischen Größe überlagerter Gradient der Zielfunktion bezüglich des Parametervektors x bestimmt wird;b) in which a gradient of the target function with respect to the parameter vector x is overlaid with a stochastic variable;
c) bei dem ein neuer Parametervektor xn ausgehend von dem Parametervektor x mit vorgegebener Schrittweite in Richtung des mit einer Zufallsgröße überlagerten Gradienten ermittelt wird;c) in which a new parameter vector x n is determined starting from the parameter vector x with a predetermined step size in the direction of the gradient superimposed with a random variable;
d) bei dem anhand vorgegebener Nebenbedingungen geprüft wird, ob der neue Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt ist oder ob eine Abbruchbedingung erfüllt ist;d) in the case of which it is checked on the basis of predetermined secondary conditions whether the new parameter vector x n is a valid operating point or whether an abort condition is fulfilled;
e) bei dem, falls der neue Parametervektor xn kein gültiger Arbeitspunkt und die Abbruchbedingung nicht erfüllt sind, eine Projektion des neuen Parametervektors xn in den Raum gültiger Arbeitspunkte durchgeführt und zu Schritt b) verzweigt wird;e) in which, if the new parameter vector x n is not a valid working point and the termination condition is not met, a projection of the new parameter vector x n into the space of valid working points is carried out and branching to step b);
bei dem, falls der neue Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt und die Abbruchbedingung nicht erfüllt sind, dieser neue Parametervektor xn als Parametervektor x gesetzt und zu Schritt b) verzweigt wird; g) bei dem, falls die Abbruchbedingung erfüllt ist, der ermittelte Parametervektor als Arbeitspunkt zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt wird.in which, if the new parameter vector x n is a valid operating point and the termination condition is not met, this new parameter vector x n is set as parameter vector x and branched to step b); g) in which, if the termination condition is met, the determined parameter vector is used as the operating point for the design of the technical system.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Projektion durchgeführt wird, indem eine der Nebenbedingungen ermittelt wird, die der neue Parametervektor xn nicht erfüllt, und der neue Parametervektor xn derart modifiziert wird, daß2. The method according to claim 1, wherein the projection is carried out by determining one of the secondary conditions that the new parameter vector x n does not meet and the new parameter vector x n is modified such that
hi(x) < 0hi (x) <0
gilt, wobei hi(x) eine Nebenbedingung i für den Parametervektor x bezeichnet.applies, where hi (x) denotes a secondary condition i for the parameter vector x.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich zur Projektion eine Schrittweitenhalbierung durchgeführt wird, indem der neue Parametervektor xn derart modifiziert wird, daß die Schrittweite auf ei- nen vorgegebenen Teil verkürzt wird.3. Method according to one of the preceding claims, in which, in addition to the projection, a step size is halved by modifying the new parameter vector x n in such a way that the step size is shortened to a predetermined part.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der vorgegebene Teil die Hälfte ist.4. The method of claim 3, wherein the predetermined part is half.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Schrittweitenhalbierung iterativ angewandt wird, so daß eine allmähliche Annäherung an einen von den Nebenbedingungen als zulässiger Raum markierten Gebietes erfolgt .5. The method according to claim 3 or 4, in which the step size halving is applied iteratively, so that there is a gradual approach to an area marked by the secondary conditions as a permissible space.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem bei Unterschreiten eines vorgegebenen Abstands des neuen Parametervektors xn vom Rand des zulässigen Raums folgende Schritte durchgeführt werden: a) falls ein nächster Schritt außerhalb des zulässigen Raums führt, so wird von einem aus dieser Richtung folgenden nächsten Parametervektors xnn ein Lot auf eine Tangentialebene des Randes des zulässigen Raums gefällt und dort der neue Parametervektor xn festgelegt; b) falls der nächste Schritt nicht außerhalb des zulässi- gen Raums führt, so wird dadurch neue Parametervektor xn bestimmt.6. The method as claimed in claim 5, in which the following steps are carried out when the new parameter vector x n falls below a predetermined distance from the edge of the permissible space: Parameter vector x nn plumb a tangential plane of the edge of the permissible space is dropped and the new parameter vector x n is defined there; b) if the next step does not lead outside the permissible space, new parameter vector x n is thereby determined.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abbruchbedingung erfüllt ist, wenn eine vor- gegebene Anzahl Iterationen durchgeführt worden ist.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the termination condition is met if a predetermined number of iterations has been carried out.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abbruchbedingung erfüllt ist, wenn der Gradient einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the termination condition is met when the gradient falls below a predetermined threshold.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Arbeitspunkt für den Entwurf des technischen Systems derjenige von mehreren ermittelten Arbeitspunkten ist, der quantitativ besten Funktionswert aufweist.9. The method as claimed in one of the preceding claims, in which the working point for the design of the technical system is that of a plurality of determined working points which has the best quantitative functional value.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das technische System anhand des Arbeitspunktes realisiert wird.10. The method according to any one of the preceding claims, in which the technical system is implemented on the basis of the operating point.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gradient der Zielfunktion bezüglich des Parametervektors x, überlagert mit einer Zufallsgröße, bestimmt ist durch11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the gradient of the objective function with respect to the parameter vector x, superimposed with a random variable, is determined by
dx = -Vf(x)dt + ε dB,dx = -Vf (x) dt + ε dB,
wobei x den Parametervektor,where x is the parameter vector,
-Vf(x) den negativen Gradienten der Zielfunktion f, ab- hängig vom Parametervektor x, ε eine Skalierungskonstante der Zufallsgröße B und-Vf (x) the negative gradient of the objective function f, depending on the parameter vector x, ε a scaling constant of the random variable B and
B die Zufallsgröße bezeichnen.B the random size describe.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Parametervektor Betriebspunkte und/oder Aus- legungspunkte des technischen Systems enthält.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the parameter vector contains operating points and / or design points of the technical system.
13. Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems, welches technische System eine Menge gültiger Arbeitspunkte um- faßt, mit einer Prozessoreinheit, die derart eingerichtet ist, daß13. Arrangement for the design of a technical system, which technical system comprises a number of valid operating points, with a processor unit which is set up in such a way that
a) das technische System eine Zielfunktion umfaßt, welche Zielfunktion von einem Parametervektor x mit n Para e- terwerten beeinflußbar ist;a) the technical system comprises a target function, which target function can be influenced by a parameter vector x with n parameter values;
b) ein mit einer stochastischen Größe überlagerter Gradient der Zielfunktion bezüglich des Parametervektors x ermittelbar ist;b) a gradient of the target function with respect to the parameter vector x superimposed with a stochastic variable can be determined;
c) ein neuer Parametervektor xn ausgehend von dem Parametervektor x mit vorgegebener Schrittweite in Richtung des mit einer Zufallsgröße überlagerten Gradienten ermittelbar ist;c) a new parameter vector x n can be determined starting from the parameter vector x with a predetermined step size in the direction of the gradient overlaid with a random variable;
d) anhand vorgegebener Nebenbedingungen überprüfbar ist, ob der neue Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt ist oder ob eine Abbruchbedingung erfüllt ist;d) it can be checked on the basis of predetermined auxiliary conditions whether the new parameter vector x n is a valid operating point or whether an abort condition is fulfilled;
e) falls der neue Parametervektor xn kein gültiger Arbeitspunkt ist und die Abbruchbedingung nicht erfüllt ist, eine Projektion des neuen Parametervektors xn in den Raum gültiger Arbeitspunkte durchgeführt und zu Schritt b) verzweigt wird; f) falls der neue Parametervektor xn ein gültiger Arbeitspunkt ist und die Abbruchbedingung nicht erfüllt ist, dieser neue Parametervektor xn als Parametervektor x gesetzt und zu Schritt b) verzweigt wird;e) if the new parameter vector x n is not a valid working point and the termination condition is not met, a projection of the new parameter vector x n into the space of valid working points is carried out and branching to step b); f) if the new parameter vector x n is a valid operating point and the termination condition is not met, this new parameter vector x n is set as parameter vector x and a branch is made to step b);
g) falls die Abbruchbedingung erfüllt ist, der ermittelte Parametervektor als Arbeitspunkt zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt wird. g) if the termination condition is met, the determined parameter vector is used as the operating point for the design of the technical system.
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