本發(fā)明涉及提供用于控制技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化的控制信號(hào)的控制器和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，以及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、由于環(huán)境和/或操作條件中潛在的不確定性，工業(yè)機(jī)械的控制極具挑戰(zhàn)性。例如，模型預(yù)測(cè)控制是一種成熟的、廣泛使用的控制工業(yè)機(jī)械的方法，并且計(jì)算機(jī)輔助模擬模型是其主干。這些模擬模型通常被饋送關(guān)于機(jī)械操作和/或環(huán)境的信息，并且被期望產(chǎn)生最合適的控制決策。

2、通常，傳感器用于收集關(guān)于周圍環(huán)境的信息，以及在給定致動(dòng)下的系統(tǒng)響應(yīng)。然而，傳感器信息可能不準(zhǔn)確或不精確，因?yàn)樗鼈兊淖x數(shù)通常與距現(xiàn)實(shí)的偏差有關(guān)。如果在模型預(yù)測(cè)控制環(huán)境中使用這種誤導(dǎo)信息，則模擬模型將輸出誤導(dǎo)控制作為其輸入。

3、傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)(例如bang-bang/pid控制器)只考慮單回路反饋、小系統(tǒng)類集合和單輸入/單輸出系統(tǒng)。然而，不確定性未被考慮?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)基于模型預(yù)測(cè)控制(mpc)，是多變量的，并且可以處理多輸入多輸出系統(tǒng)。它們通常與卡爾曼濾波器結(jié)合，用于估計(jì)不可直接測(cè)量的狀態(tài)。但是不確定性的存在會(huì)降低mpc的性能，并且魯棒的模型預(yù)測(cè)控制變得很有必要。然而，實(shí)現(xiàn)魯棒的mfc通常是不切實(shí)際的。魯棒的mfc依賴于解決要被控制的系統(tǒng)的機(jī)械學(xué)的逆問題。該逆問題容易出現(xiàn)幾個(gè)問題。首先，逆問題可能并不總是適定的，或者更糟的是還沒有定義。此外，在不使用一些模型簡化(諸如線性化)的情況下，通常不可能創(chuàng)建逆映射。因此，魯棒的mfc在許多情況下通常無法提供實(shí)用的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于技術(shù)系統(tǒng)的控制，其將傳感器輸入的不準(zhǔn)確性考慮在內(nèi)。

2、該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來解決。從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展。

3、根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種用于提供用于控制技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化的控制信號(hào)的控制器，所述控制器包括：

4、-輸入模塊，其被配置為讀入與技術(shù)系統(tǒng)相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)，

5、-配置模塊，其被配置為提供用于配置優(yōu)化模塊的第一配置參數(shù)和用于配置不確定性量化模塊的第二配置參數(shù)，

6、-優(yōu)化模塊，其被配置成根據(jù)第一配置參數(shù)提供控制信號(hào)，

7、-不確定性量化模塊，其被配置成

8、-根據(jù)第二配置參數(shù)提供控制信號(hào)的不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布，

9、-借助于考慮傳感器數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助模擬，確定不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布內(nèi)的控制信號(hào)的相應(yīng)性能值，以及

10、-分析相應(yīng)性能值并提供分析結(jié)果，以及

11、-輸出模塊，其被配置為根據(jù)分析結(jié)果輸出用于控制技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化的控制信號(hào)。

12、如果沒有不同地指出，術(shù)語“運(yùn)算”、“執(zhí)行”、“計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的”、“計(jì)算”、“確定”、“生成”、“配置”、“重建”等優(yōu)選地涉及改變和/或生成數(shù)據(jù)的動(dòng)作和/或過程和/或步驟，其中數(shù)據(jù)可以特別地呈現(xiàn)為物理數(shù)據(jù)，并且可以由計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行。術(shù)語“計(jì)算機(jī)”可以廣義地解釋，并且可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備或處理器，諸如中央處理單元(cpu)或微處理器。

13、在本發(fā)明的實(shí)施例的上下文中，“模塊”可以被理解為意為例如處理器和/或用于存儲(chǔ)程序指令的存儲(chǔ)器單元。舉例來說，處理器被具體配置為執(zhí)行程序指令，使得處理器執(zhí)行功能以實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法或根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的步驟。

14、所提出的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)，在確定用于控制技術(shù)系統(tǒng)的控制信號(hào)時(shí)，考慮了傳感器測(cè)量的不確定性以及其他系統(tǒng)參數(shù)的不確定性。換句話說，通過顯式地處理不確定性，系統(tǒng)不會(huì)使用關(guān)于不確定性形式的可能不正確的輸入值來控制。因此，可以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的控制。

15、根據(jù)控制器的優(yōu)選實(shí)施例，優(yōu)化模塊還可以被配置成根據(jù)由不確定性量化模塊提供的分析結(jié)果來選擇優(yōu)化的控制信號(hào)或者提供另一控制信號(hào)。

16、優(yōu)化模塊可以例如包括適合于黑盒型優(yōu)化的一組算法，例如進(jìn)化算法、基于梯度的算法、強(qiáng)力算法等?；诶缢褂玫乃惴?，優(yōu)化模塊可以例如通過重新觸發(fā)由不確定性量化模塊管理的新的分析和新的模擬鏈來提議要進(jìn)一步研究的附加控制信號(hào)。因此，可以實(shí)現(xiàn)迭代優(yōu)化方法。替代地，一旦已經(jīng)達(dá)到終止條件，例如最大選項(xiàng)數(shù)、預(yù)期改進(jìn)、分配的時(shí)間等，優(yōu)化模塊可以選擇具有最優(yōu)分析結(jié)果的控制信號(hào)作為最優(yōu)。

17、根據(jù)控制器的另一實(shí)施例，第一配置參數(shù)和/或第二配置參數(shù)可以取決于傳感器數(shù)據(jù)。

18、例如，傳感器數(shù)據(jù)可以呈現(xiàn)用于選擇第一控制信號(hào)和/或相應(yīng)不確定性范圍的第一選擇標(biāo)準(zhǔn)。因此，可以限制可能的控制信號(hào)的選擇范圍。

19、根據(jù)控制器的優(yōu)選實(shí)施例，第一配置參數(shù)可以與控制信號(hào)的預(yù)定義范圍相關(guān)。

20、優(yōu)選地，優(yōu)化模塊從預(yù)定義的控制信號(hào)范圍中挑選出要分析的第一控制信號(hào)。因此，可以加快優(yōu)化過程。

21、根據(jù)控制器的優(yōu)選實(shí)施例，第二配置參數(shù)可以與傳感器數(shù)據(jù)的給定測(cè)量不確定性和/或計(jì)算機(jī)輔助模擬的參數(shù)的給定參數(shù)不確定性相關(guān)。

22、因此，可以考慮不確定性的不同來源。這進(jìn)一步提高了所得到的優(yōu)化的控制信號(hào)的質(zhì)量。

23、根據(jù)控制器的另一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)化模塊可以被配置成借助于優(yōu)化算法來提供控制信號(hào)。

24、根據(jù)控制器的優(yōu)選實(shí)施例，不確定性量化模塊可以被配置成借助于還考慮傳感器數(shù)據(jù)的給定測(cè)量不確定性和/或計(jì)算機(jī)輔助模擬的參數(shù)的給定參數(shù)不確定性的技術(shù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助模擬來確定不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布內(nèi)的控制信號(hào)的相應(yīng)性能值。

25、這樣，可以考慮不確定性的若干來源。

26、根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種提供用于控制技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化的控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括以下步驟：a)讀入與技術(shù)系統(tǒng)相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)，b)提供用于配置優(yōu)化模塊的第一配置參數(shù)和用于配置不確定性量化模塊的第二配置參數(shù)，c)由優(yōu)化模塊根據(jù)第一配置參數(shù)提供控制信號(hào)，d)由不確定性量化模塊根據(jù)第二配置參數(shù)提供控制信號(hào)的不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布，e)借助于考慮傳感器數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助模擬，確定不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布內(nèi)的控制信號(hào)的相應(yīng)性能值，f)分析相應(yīng)性能值并提供分析結(jié)果，以及g)根據(jù)分析結(jié)果輸出用于控制技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化的控制信號(hào)。

27、根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述方法還包括以下步驟：根據(jù)分析結(jié)果，輸出優(yōu)化的控制信號(hào)或提供另一控制信號(hào)并重復(fù)前述方法步驟d)-f)。

28、根據(jù)所述方法的優(yōu)選實(shí)施例，提供了多于一個(gè)的控制信號(hào)和對(duì)應(yīng)的不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布，并且對(duì)于這些控制信號(hào)中的每一個(gè)并行執(zhí)行上述方法步驟e)-f)。

29、此外，要求保護(hù)一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品(具有指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)，所述指令執(zhí)行動(dòng)作)，其具有用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的前述方法的程序指令，其中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法之一、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所有方法或根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的組合每次借助于計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來執(zhí)行。

技術(shù)特征：

1.一種用于提供用于控制技術(shù)系統(tǒng)(ts)的優(yōu)化的控制信號(hào)的控制器(ctl)，所述控制器包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(ctl)，其中所述優(yōu)化模塊(opt)還被配置成根據(jù)由不確定性量化模塊(uq)提供的分析結(jié)果(anr)來選擇優(yōu)化的控制信號(hào)(csopt)或提供另一控制信號(hào)(cs)。

3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的控制器(ctl)，其中，第一配置參數(shù)(c1)和/或第二配置參數(shù)(c2)取決于傳感器數(shù)據(jù)(sd)。

4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的控制器，其中，第一配置參數(shù)(c1)與控制信號(hào)的預(yù)定義范圍相關(guān)。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的控制器，其中，第二配置參數(shù)(c2)與傳感器數(shù)據(jù)的給定測(cè)量不確定性和/或計(jì)算機(jī)輔助模擬的參數(shù)的給定參數(shù)不確定性相關(guān)。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的控制器，其中，所述優(yōu)化模塊(opt)被配置成通過優(yōu)化算法提供控制信號(hào)(cs)。

7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的控制器，其中，所述不確定性量化模塊(uq)被配置成借助于還考慮傳感器數(shù)據(jù)的給定測(cè)量不確定性和/或計(jì)算機(jī)輔助模擬的參數(shù)的給定參數(shù)不確定性的技術(shù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助模擬，來確定所述不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布內(nèi)的控制信號(hào)的相應(yīng)性能值。

8.一種用于提供用于控制技術(shù)系統(tǒng)(ts)的優(yōu)化的控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，還包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中提供多于一個(gè)控制信號(hào)和對(duì)應(yīng)的不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布，并且針對(duì)這些控制信號(hào)中的每一個(gè)并行執(zhí)行權(quán)利要求8的方法步驟e)-f)。

11.可直接加載到數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括軟件代碼部分，其用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求8至10之一的方法步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了用于提供用于控制技術(shù)系統(tǒng)(TS)的優(yōu)化的控制信號(hào)的控制器(CTL)和方法?？刂破?CTL)包括：?輸入模塊(INP)，其被配置為讀入技術(shù)系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)(SD)，?配置模塊(CFG)，其被配置為提供用于配置優(yōu)化模塊的第一配置參數(shù)(C1)和用于配置不確定性量化模塊的第二配置參數(shù)(C2)，?優(yōu)化模塊(OPT)，其被配置為根據(jù)第一配置參數(shù)提供控制信號(hào)(CS)，?不確定性量化模塊(UQ)，其被配置成?根據(jù)第二配置參數(shù)提供控制信號(hào)的不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布，以及?借助于考慮傳感器數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助模擬來確定不確定性范圍或統(tǒng)計(jì)分布內(nèi)的控制信號(hào)的相應(yīng)性能值，?分析相應(yīng)性能值，以及?向優(yōu)化模塊提供分析結(jié)果(ANR)，以及?輸出模塊，其被配置成輸出用于根據(jù)分析結(jié)果(ANR)控制技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

技術(shù)研發(fā)人員：M·哈利勒,B·李,M·帕弗拉特
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西門子股份公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10