用于耦合混合動態(tài)系統(tǒng)的仿真的離線控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及仿真領(lǐng)域，具體涉及用于控制動態(tài)系統(tǒng)的仿真的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]以下討論僅提供用于總體背景信息，而不旨在用作輔助確定請求保護主題的范圍。
[0003]在復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)(例如車輛和車輛部件)的設(shè)計和評估中，需要并且常常有必要測試和調(diào)諧這些部件。這是為了確定車輛部件對車輛性能的影響、以及車輛對部件的影響?？梢詧?zhí)行耐久性測試以及需要的其他類型的測試。多種不同的方法和系統(tǒng)已經(jīng)用于車輛中部件的測試。
[0004]圖1-4示出了常規(guī)實驗室仿真測試的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和方法。在這種方法中，物理車輛10在測試道路12上行使，并測量特定部件響應(yīng)。例如，可以測量物理車輛10中安裝的懸垂支柱(未示出)的位移，并將其存儲在合適的數(shù)據(jù)庫中。這些響應(yīng)具有附圖標(biāo)記14。特定部件(例如支柱)的響應(yīng)用作測試控制過程的參考測量。
[0005]參照圖2，將通用(S卩，隨機幅度，寬帶頻率)驅(qū)動16輸入到測試裝備(testrig) 18，這里也稱作隨機裝備驅(qū)動。特定車輛部件(在本示例中是懸垂支柱20)安裝在測試裝備18中。裝備控制器22轉(zhuǎn)換來自隨機裝備驅(qū)動16的驅(qū)動信號，以控制測試裝備18的運動。在測試裝備18處測量測試部件的響應(yīng)，例如支柱20的位移。在24提供測量，以形成測試部件響應(yīng)。在圖2的示例中，測試部件響應(yīng)24是響應(yīng)于裝備16的輸入的隨機裝備位移。隨機裝備驅(qū)動16的輸入和隨機裝備位移24的測量是實時過程。裝備控制器22不需要是復(fù)雜的跟蹤控制器，因為它僅僅響應(yīng)于隨機驅(qū)動16。裝備控制器22不執(zhí)行復(fù)雜的實時建模計算來補償裝備或樣品動態(tài)。
[0006]測試部件響應(yīng)24與測試裝備驅(qū)動16 —起用于計算總體系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)模型26。該響應(yīng)模型表不測試系統(tǒng)和部件的親合動態(tài)。在多輸入多輸出測試中，該響應(yīng)模型也可以表示控制輸入之間的交叉耦合動態(tài)。將對響應(yīng)模型26 (—般是頻率響應(yīng)函數(shù)(FRF))求逆，并用于仿真控制過程中的測試裝備驅(qū)動預(yù)測。在本示例中，對總體系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)模型26的確定是離線過程，這是因為需要全部的驅(qū)動和響應(yīng)時間歷史來計算良好定義的FRF。
[0007]因此，在常規(guī)的測試系統(tǒng)和過程中，首個步驟是在測試裝備18處確定實驗室中存在的輸入/輸出關(guān)系。需要理解至測試控制系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)如何響應(yīng)于這些輸入之間的關(guān)系。具備了這種理解，可以開發(fā)出經(jīng)補償?shù)臏y試驅(qū)動信號，來生成任何所需的部件響應(yīng)。
[0008]在確定了車輛環(huán)境中部件如何響應(yīng)(見圖1)以及測試環(huán)境如何影響部件響應(yīng)(見圖2)之后，執(zhí)行迭代的測試驅(qū)動信號開發(fā)過程，如圖3所示。
[0009]在初始迭代(N = O)中，認(rèn)為測試裝備響應(yīng)30為0，并且將在圖1中已確定的所需響應(yīng)32與在圖2確定的總體系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)模型26的逆(FRF-1) 40 —起用來創(chuàng)建初始驅(qū)動42。在每次迭代中，將當(dāng)前的測試裝備響應(yīng)30與所需響應(yīng)進行比較。比較器34提供仿真誤差，以使用逆(FRF-1)來生成驅(qū)動校正38。此時，遞增迭代次數(shù)。
[0010]將驅(qū)動校正38與先前的測試裝備驅(qū)動40相加，以生成下一測試裝備驅(qū)動42。響應(yīng)于先前測試裝備驅(qū)動響應(yīng)30對下一測試裝備驅(qū)動42的確定是離線過程。
[0011]將下一測試裝備驅(qū)動42施加于測試裝備18，并測量部件響應(yīng)30。迭代地重復(fù)圖3的過程，直到得到的仿真誤差減小到所需容限值以下。在執(zhí)行測試驅(qū)動迭代中，遞增地改變測試裝備驅(qū)動42，以獲得先前已測量的來自測試裝備18的響應(yīng)30。換言之，確定測試裝備驅(qū)動42，其將生成在圖1的數(shù)據(jù)采集階段已先前獲得的來自物理車輛部件的相同響應(yīng)30。
[0012]一旦通過迭代過程直到仿真誤差低于預(yù)定值來確定了測試裝備驅(qū)動42，就將當(dāng)前的最終測試裝備驅(qū)動42用于隨后的部件20的測試，如圖4所示?？梢詧?zhí)行不同類型的測試，例如性能測試，耐久性測試等。
[0013]雖然常規(guī)的迭代測試方法具有某些優(yōu)點，但是該方法需要在準(zhǔn)備測試之前確保所需的車輛，應(yīng)用儀器并獲取測試數(shù)據(jù)。這使得常規(guī)的仿真測試系統(tǒng)和方法在一些方面的更不適用。有可能在需要測試車輛部件之前無法獲得用于測量部件響應(yīng)的合適的測試車輛。例如，可能希望確定尚未存在的車輛的車輛部件的響應(yīng)，例如尚未生產(chǎn)或甚至尚無原型的新型號車輛。此外，通常沒有足夠的時間或資源來充分地準(zhǔn)備車輛以測量用于物理部件測試的數(shù)據(jù)。此外，可能需要測試大量的部件變體，每一個變體都會影響車輛中的部件響應(yīng)。此外，例如在耐久性測試中，車輛系統(tǒng)內(nèi)的部件響應(yīng)常常隨時間而逐漸改變，并且測試必須適于測試以保持有效。
[0014]圖5示出了用于測試物理部件62的另一系統(tǒng)和方法。與圖1-4所示的測試方法相反，不在道路上行使其中安裝關(guān)鍵部件的物理車輛。代之以使用未安裝關(guān)鍵部件的虛擬車輛，并在虛擬道路上駕駛。由處理器(未示出)對該車輛建模。表示為附圖標(biāo)記50的車輛模型排除了物理測試部件。車輛模型從在虛擬測試道路上的行駛中生成響應(yīng)52。通過反射存儲器(reflected-memory)處理器鏈接54將該響應(yīng)52作為控制輸入56施加于物理測試系統(tǒng)，例如測試裝備58。
[0015]測試裝備58包括其中提供有模型的復(fù)雜裝備控制器60。虛擬車輛內(nèi)部發(fā)生的任何事件都需要發(fā)生在測試裝備58內(nèi)的物理部件62上。因此，測試裝備58包括車輛模型50中未提供的物理測試部件。
[0016]將測試裝備58中物理部件62的響應(yīng)作為附加輸入64提供給車輛模型50。經(jīng)由反射存儲器鏈接54實時地將該響應(yīng)提供給模型50。
[0017]圖5所示的實時過程是閉環(huán)過程，該閉環(huán)過程允許立即評估物理部件測試響應(yīng)，并自動地自適應(yīng)于測試環(huán)境中的變化。該系統(tǒng)的應(yīng)用限制在于實時車輛模型的保真度、反射存儲器鏈接和處理器的速度、以及測試裝備控制器60的跟蹤性能。為了使這種系統(tǒng)工作，模型50必須進行實時操作。為利用當(dāng)今的技術(shù)來實現(xiàn)這一目的，不得不簡化車輛模型50和裝備控制器60中的建模。此外，具有實時能力的模型可能在高頻上缺少保真度，但是評估耐久性的工程師可能需要這些頻率的仿真來實現(xiàn)精確的測試。因此，圖5的實時過程和布置具有可以限制這種系統(tǒng)的有用性的約束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]這里提供概述和摘要，以介紹以下將在【具體實施方式】中進一步描述的簡化形式構(gòu)思的選擇。該概覽和摘要并不意圖標(biāo)明請求保護主題的關(guān)鍵特征或重要特征，也不用于幫助確定請求保護主題的范圍。請求保護主題不限于解決【背景技術(shù)】任一個或全部缺點的實現(xiàn)。
[0019]需要提供系統(tǒng)和方法，其避免從物理車輛或其他系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的需要，并提供從測試裝備到車輛模型的反饋鏈接。一般而言，混合仿真提供了針對一般測試能力的可能性。這意味著有可能進行對隔離的物理子系統(tǒng)的精確仿真和測試，而不需要知道特定、獨有的系統(tǒng)輸入或響應(yīng)。在虛擬部件動態(tài)耦合至物理系統(tǒng)力和運動的最優(yōu)實施方式中，混合動態(tài)系統(tǒng)能夠精確地響應(yīng)系統(tǒng)輸入中出現(xiàn)的任何變化、或者物理子系統(tǒng)或虛擬部件的行為的變化。
[0020]根據(jù)本發(fā)明公開的系統(tǒng)和方法滿足上述需求，該系統(tǒng)和方法提供了一種用于對耦合混合動態(tài)系統(tǒng)的仿真進行控制的裝置。該裝置包括物理測試裝備，被配置為驅(qū)動系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)部件，并生成測試裝備響應(yīng)，作為將驅(qū)動信號輸入施加到測試裝備的結(jié)果。處理器被配置有物理部件的補充系統(tǒng)的虛擬模型(在本文中還被稱為“虛擬模型”)(即補充系統(tǒng)的虛擬模型和物理部件包括完整的混合動態(tài)系統(tǒng))。該處理器接收測試裝備響應(yīng)作為輸入，并使用接收到的測試裝備響應(yīng)的第一部分以及虛擬驅(qū)動作為輸入，生成補充系統(tǒng)的模型響應(yīng)。處理器還被配置為將測試裝備響應(yīng)的不同的第二部分與來自補充系統(tǒng)的虛擬模型的對應(yīng)響應(yīng)進行比較以形成差，該差用于形成系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)模型，其將用于生成測試裝備驅(qū)動信號。
[0021]在一些實施例中，處理器還被配置為生成測試驅(qū)動信號，接收測試裝備響應(yīng)，根據(jù)補充系統(tǒng)的虛擬模型生成響應(yīng)，并將測試裝備響應(yīng)與來自補充系統(tǒng)的虛擬模型的響應(yīng)進行比較，以生成混合仿真過程誤差。然后，以迭代形式使用系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)模型的逆來減小該誤差，直到來自補充系統(tǒng)的虛擬模型的響應(yīng)與測試裝備響應(yīng)之間的差低于定義的閾值。
[0022]一般地，提供用于控制耦合混合動態(tài)系統(tǒng)的仿真的系統(tǒng)和方法，所述耦合混合動態(tài)系統(tǒng)包括虛擬模型中的已建模部件和物理部件，虛擬模型是物理結(jié)構(gòu)部件的補充系統(tǒng)，虛擬模型包括一個或更多個非實體組件的模型，或者虛擬模型對多個非實體物理組件進行補充。物理測試裝備被配置為驅(qū)動物理結(jié)構(gòu)部件，并生成測試裝備響應(yīng)，所述測試裝備響應(yīng)包括與到虛擬模型的輸入相對應(yīng)的第一分量或耦合響應(yīng)和與虛擬模型的輸出進行比較的第二分量或收斂響應(yīng)。根據(jù)第一分量或親合響應(yīng)、第二分量或收斂響應(yīng)、以及包括一個或更多個非實體組件的模型的虛擬模型或?qū)Χ鄠€非實體物理組件進行補充的虛擬模型，來獲得系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)模型。
[0023]在一個實施例中，一種用于控制耦合混合動態(tài)系統(tǒng)的裝置，所述耦合混合動態(tài)系統(tǒng)包括虛擬模型中的已建模部件和物理部件，所述裝置包括:物理測試裝備，被配置為驅(qū)動物理結(jié)構(gòu)部件并生成測試裝備響應(yīng)。處理器可與所述存儲設(shè)備一起操作，以存儲物理結(jié)構(gòu)部件的補充系統(tǒng)的虛擬模型，所述虛擬模型是多個非實體組件，或者虛擬模型對多個非實體物理組件進行補充。處理器被配置為驅(qū)動物理測試裝備并在存儲設(shè)備中存儲測試裝備響應(yīng)的第一分量和測