用于耦合混合动态系统的仿真的离线控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及仿真领域，具体涉及用于控制动态系统的仿真的方法和系统。
【背景技术】
[0002]以下讨论仅提供用于总体背景信息，而不旨在用作辅助确定请求保护主题的范围。
[0003]在复杂的动态系统(例如车辆和车辆部件)的设计和评估中，需要并且常常有必要测试和调谐这些部件。这是为了确定车辆部件对车辆性能的影响、以及车辆对部件的影响。可以执行耐久性测试以及需要的其他类型的测试。多种不同的方法和系统已经用于车辆中部件的测试。
[0004]图1-4示出了常规实验室仿真测试的数据采集系统和方法。在这种方法中，物理车辆10在测试道路12上行使，并测量特定部件响应。例如，可以测量物理车辆10中安装的悬垂支柱(未示出)的位移，并将其存储在合适的数据库中。这些响应具有附图标记14。特定部件(例如支柱)的响应用作测试控制过程的参考测量。
[0005]参照图2，将通用(S卩，随机幅度，宽带频率)驱动16输入到测试装备(testrig) 18，这里也称作随机装备驱动。特定车辆部件(在本示例中是悬垂支柱20)安装在测试装备18中。装备控制器22转换来自随机装备驱动16的驱动信号，以控制测试装备18的运动。在测试装备18处测量测试部件的响应，例如支柱20的位移。在24提供测量，以形成测试部件响应。在图2的示例中，测试部件响应24是响应于装备16的输入的随机装备位移。随机装备驱动16的输入和随机装备位移24的测量是实时过程。装备控制器22不需要是复杂的跟踪控制器，因为它仅仅响应于随机驱动16。装备控制器22不执行复杂的实时建模计算来补偿装备或样品动态。
[0006]测试部件响应24与测试装备驱动16 —起用于计算总体系统动态响应模型26。该响应模型表不测试系统和部件的親合动态。在多输入多输出测试中，该响应模型也可以表示控制输入之间的交叉耦合动态。将对响应模型26 (—般是频率响应函数(FRF))求逆，并用于仿真控制过程中的测试装备驱动预测。在本示例中，对总体系统动态响应模型26的确定是离线过程，这是因为需要全部的驱动和响应时间历史来计算良好定义的FRF。
[0007]因此，在常规的测试系统和过程中，首个步骤是在测试装备18处确定实验室中存在的输入/输出关系。需要理解至测试控制系统的输入与系统如何响应于这些输入之间的关系。具备了这种理解，可以开发出经补偿的测试驱动信号，来生成任何所需的部件响应。
[0008]在确定了车辆环境中部件如何响应(见图1)以及测试环境如何影响部件响应(见图2)之后，执行迭代的测试驱动信号开发过程，如图3所示。
[0009]在初始迭代(N = O)中，认为测试装备响应30为0，并且将在图1中已确定的所需响应32与在图2确定的总体系统动态响应模型26的逆(FRF-1) 40 —起用来创建初始驱动42。在每次迭代中，将当前的测试装备响应30与所需响应进行比较。比较器34提供仿真误差，以使用逆(FRF-1)来生成驱动校正38。此时，递增迭代次数。
[0010]将驱动校正38与先前的测试装备驱动40相加，以生成下一测试装备驱动42。响应于先前测试装备驱动响应30对下一测试装备驱动42的确定是离线过程。
[0011]将下一测试装备驱动42施加于测试装备18，并测量部件响应30。迭代地重复图3的过程，直到得到的仿真误差减小到所需容限值以下。在执行测试驱动迭代中，递增地改变测试装备驱动42，以获得先前已测量的来自测试装备18的响应30。换言之，确定测试装备驱动42，其将生成在图1的数据采集阶段已先前获得的来自物理车辆部件的相同响应30。
[0012]一旦通过迭代过程直到仿真误差低于预定值来确定了测试装备驱动42，就将当前的最终测试装备驱动42用于随后的部件20的测试，如图4所示。可以执行不同类型的测试，例如性能测试，耐久性测试等。
[0013]虽然常规的迭代测试方法具有某些优点，但是该方法需要在准备测试之前确保所需的车辆，应用仪器并获取测试数据。这使得常规的仿真测试系统和方法在一些方面的更不适用。有可能在需要测试车辆部件之前无法获得用于测量部件响应的合适的测试车辆。例如，可能希望确定尚未存在的车辆的车辆部件的响应，例如尚未生产或甚至尚无原型的新型号车辆。此外，通常没有足够的时间或资源来充分地准备车辆以测量用于物理部件测试的数据。此外，可能需要测试大量的部件变体，每一个变体都会影响车辆中的部件响应。此外，例如在耐久性测试中，车辆系统内的部件响应常常随时间而逐渐改变，并且测试必须适于测试以保持有效。
[0014]图5示出了用于测试物理部件62的另一系统和方法。与图1-4所示的测试方法相反，不在道路上行使其中安装关键部件的物理车辆。代之以使用未安装关键部件的虚拟车辆，并在虚拟道路上驾驶。由处理器(未示出)对该车辆建模。表示为附图标记50的车辆模型排除了物理测试部件。车辆模型从在虚拟测试道路上的行驶中生成响应52。通过反射存储器(reflected-memory)处理器链接54将该响应52作为控制输入56施加于物理测试系统，例如测试装备58。
[0015]测试装备58包括其中提供有模型的复杂装备控制器60。虚拟车辆内部发生的任何事件都需要发生在测试装备58内的物理部件62上。因此，测试装备58包括车辆模型50中未提供的物理测试部件。
[0016]将测试装备58中物理部件62的响应作为附加输入64提供给车辆模型50。经由反射存储器链接54实时地将该响应提供给模型50。
[0017]图5所示的实时过程是闭环过程，该闭环过程允许立即评估物理部件测试响应，并自动地自适应于测试环境中的变化。该系统的应用限制在于实时车辆模型的保真度、反射存储器链接和处理器的速度、以及测试装备控制器60的跟踪性能。为了使这种系统工作，模型50必须进行实时操作。为利用当今的技术来实现这一目的，不得不简化车辆模型50和装备控制器60中的建模。此外，具有实时能力的模型可能在高频上缺少保真度，但是评估耐久性的工程师可能需要这些频率的仿真来实现精确的测试。因此，图5的实时过程和布置具有可以限制这种系统的有用性的约束。
【发明内容】
[0018]这里提供概述和摘要，以介绍以下将在【具体实施方式】中进一步描述的简化形式构思的选择。该概览和摘要并不意图标明请求保护主题的关键特征或重要特征，也不用于帮助确定请求保护主题的范围。请求保护主题不限于解决【背景技术】任一个或全部缺点的实现。
[0019]需要提供系统和方法，其避免从物理车辆或其他系统获取数据的需要，并提供从测试装备到车辆模型的反馈链接。一般而言，混合仿真提供了针对一般测试能力的可能性。这意味着有可能进行对隔离的物理子系统的精确仿真和测试，而不需要知道特定、独有的系统输入或响应。在虚拟部件动态耦合至物理系统力和运动的最优实施方式中，混合动态系统能够精确地响应系统输入中出现的任何变化、或者物理子系统或虚拟部件的行为的变化。
[0020]根据本发明公开的系统和方法满足上述需求，该系统和方法提供了一种用于对耦合混合动态系统的仿真进行控制的装置。该装置包括物理测试装备，被配置为驱动系统的物理结构部件，并生成测试装备响应，作为将驱动信号输入施加到测试装备的结果。处理器被配置有物理部件的补充系统的虚拟模型(在本文中还被称为“虚拟模型”)(即补充系统的虚拟模型和物理部件包括完整的混合动态系统)。该处理器接收测试装备响应作为输入，并使用接收到的测试装备响应的第一部分以及虚拟驱动作为输入，生成补充系统的模型响应。处理器还被配置为将测试装备响应的不同的第二部分与来自补充系统的虚拟模型的对应响应进行比较以形成差，该差用于形成系统动态响应模型，其将用于生成测试装备驱动信号。
[0021]在一些实施例中，处理器还被配置为生成测试驱动信号，接收测试装备响应，根据补充系统的虚拟模型生成响应，并将测试装备响应与来自补充系统的虚拟模型的响应进行比较，以生成混合仿真过程误差。然后，以迭代形式使用系统动态响应模型的逆来减小该误差，直到来自补充系统的虚拟模型的响应与测试装备响应之间的差低于定义的阈值。
[0022]一般地，提供用于控制耦合混合动态系统的仿真的系统和方法，所述耦合混合动态系统包括虚拟模型中的已建模部件和物理部件，虚拟模型是物理结构部件的补充系统，虚拟模型包括一个或更多个非实体组件的模型，或者虚拟模型对多个非实体物理组件进行补充。物理测试装备被配置为驱动物理结构部件，并生成测试装备响应，所述测试装备响应包括与到虚拟模型的输入相对应的第一分量或耦合响应和与虚拟模型的输出进行比较的第二分量或收敛响应。根据第一分量或親合响应、第二分量或收敛响应、以及包括一个或更多个非实体组件的模型的虚拟模型或对多个非实体物理组件进行补充的虚拟模型，来获得系统动态响应模型。
[0023]在一个实施例中，一种用于控制耦合混合动态系统的装置，所述耦合混合动态系统包括虚拟模型中的已建模部件和物理部件，所述装置包括:物理测试装备，被配置为驱动物理结构部件并生成测试装备响应。处理器可与所述存储设备一起操作，以存储物理结构部件的补充系统的虚拟模型，所述虚拟模型是多个非实体组件，或者虚拟模型对多个非实体物理组件进行补充。处理器被配置为驱动物理测试装备并在存储设备中存储测试装备响应的第一分量和测