用于求得基于数据的函数模型的梯度的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于求得基于数据的函数模型的梯度的方法，尤其在使用带有 硬件单元的控制组件（Steuerbaustein)的情况下，该硬件单元构造用于硬接线地 (hartverdrahtet)计算基于数据的函数模型。
【背景技术】
[0002] 为了在控制设备、尤其在用于内燃机的马达控制设备中执行函数模型，可以设置 基于数据的函数模型。基于数据的函数模型也称作无参数的模型并且可以在没有特殊规定 的情况下从训练数据、也就是训练数据点的量中建立。
[0003] 由现有技术公开了控制组件，其具有主运算单元和单独的模型计算单元用来计算 控制设备中基于数据的函数模型。文件DE 10 2010 028 259 Al例如公开了带有作为模型 计算单元的额外逻辑电路的控制设备，该模型计算单元构造用于计算指数函数，从而支持 贝叶斯回归方法的实施，所述贝叶斯回归方法尤其需要用于计算高斯过程模型。
[0004] 模型计算单元总体设计用于实施基于参数和控制点（StUtzstelle)或者说训练 数据为计算基于数据的函数模型的数学过程。尤其纯粹以硬件实现模型计算单元的用于有 效计算指数函数以及和函数（Summenfunktion)的功能，从而能够实现以比软件控制的主 运算单元中更高的运算速度来运算高斯过程模型。
[0005] 在控制设备、尤其用于内燃机的控制设备中基于数据的函数模型的函数值的计算 足够用于许多应用情况。然而公开了需要基于数据的函数模型的梯度的应用情况，尤其用 于以此计算逆转（inverse)的基于数据的函数模型。
【发明内容】
[0006] 根据本发明提出了根据权利要求1所述的用于求得基于数据的函数模型的梯度、 尤其高斯过程模型的梯度的方法以及根据并列权利要求所述的装置。
[0007] 其它设计方案在从属权利要求中得到说明。
[0008] 根据第一方面提出了用于计算基于数据的函数模型的梯度、尤其高斯过程模型的 梯度的方法。模型计算单元构造用于基于硬件以两个嵌套的循环操作来计算具有指数函 数、和函数以及乘法函数的基于数据的函数模型的函数值，其中使用模型计算单元用于为 预先给出的输入参量的所希望的值计算基于数据的函数模型的梯度。
[0009] 上述方法的构思在于，实施基于数据的函数模型的梯度的计算，其中基本上应该 使用存在的以硬件执行的算法用于计算基于数据的函数模型的函数值。这实现了在基 于硬件的模型计算单元中实施基于数据的函数模型的梯度的计算，在该模型计算单元中 基本上固定地也就是在硬件方面接线地执行用于计算基于数据的函数模型的算法。通 过简化地计算基于数据的函数模型的梯度，尤其可以借助于牛顿迭代法计算反向模型 (RtickwSrtsmode11)，其中针对关于确定的输入维度所给出的目标值可以局部地进 行数值反演（Invertierung)。
[0010] 此外可以提出，通过控制点数据、超参数以及参数矢量定义了基于数据的函 数模型，其中参数矢量包含一定数量的元素，所述元素的数量相应于控制点数据点 (Stutzstellendatenpunkt)的数量，其中为了计算用于预先给出的输入参量的所希望的值 的基于数据的函数模型的梯度而修改基于数据的函数模型，其方式是用取决于控制点数据 点的权重矢量加载参数矢量。
[0011] 根据另一实施方式，基于数据的函数模型的梯度作为用于预先给出的输入参量的 所希望的值的修改的基于数据的函数模型的函数值可在模型计算单元中进行计算并且加 上偏移值。
[0012] 此外在将控制点数据点标准化时，可以将修改的基于数据的函数模型的函数值与 偏移值之和的结果与基于关于输出数据的控制点数据的标准偏差的因子相乘，从而得到基 于数据的函数模型的梯度。
[0013] 在修改的基于数据的函数模型的计算期间可以重复地用取决于控制点数据点的 权重矢量加载参数矢量。
[0014] 根据一种实施方式，基于数据的函数模型可以通过控制点数据、超参数以及参数 矢量定义，其中参数矢量包含一定数量的元素，所述元素的数量相应于控制点数据点的数 量，其中为了关于预先给出的输入参量计算基于数据的函数模型的梯度而修改所述基于数 据的函数模型，其方式是针对预先给出的输入参量的所希望的值在模型计算单元中计算基 于数据的函数模型的函数值，将结果与预先给出的输入参量的所希望的值相乘并且随后在 模型计算单元中用变化的参数矢量重新对基于数据的函数模型实施计算。
[0015] 根据另一方面提出一种用于在具有主运算单元和模型计算单元的控制组件中实 施基于数据的函数模型的牛顿迭代法的方法，其中该模型计算单元构造用于在两个循环 操作中基于硬件地计算具有指数函数、和函数以及乘法函数的基于数据的函数模型的函数 值，其中根据上述方法求得基于数据的函数模型的梯度并且借助于模型计算单元计算基于 数据的函数模型。
[0016] 此外在模型计算单元的第一运算核心中可以计算基于数据的函数模型的梯度，并 且在模型计算单元的第二运算核心中可以计算基于数据的函数模型的函数值。
[0017] 根据另一方面提出了一种装置，尤其是具有主运算单元和模型计算单元的控制组 件，其中模型计算单元构造用于在两个循环操作中基于硬件地计算具有指数函数、和函数 以及乘法函数的基于数据的函数模型的函数值，其中该装置构造用于实施上述方法。
【附图说明】
[0018] 下面根据附图更详细地解释实施方式。在附图中：
[0019] 图1示出了具有主运算单元和单独的模型计算单元的集成的控制组件的示意图；
[0020] 图2示出了用于图解说明求得基于数据的函数模型的梯度的方法的流程图；
[0021] 图3示出了用于图解说明求得基于数据的函数模型的梯度的替代方法的流程图； 以及
[0022] 图4示出了用于图解说明求得基于数据的函数模型的梯度的替代方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023] 图1示出了用于集成的控制组件1、例如微控制器形式的硬件结构的示意图，在该 控制组件中以集成的方式设置了主运算单元2以及单独的用于纯粹基于硬件计算基于数 据的函数模型的模型计算单元3。所述主运算单元2以及模型计算单元3经由内部的通信 连接4、例如系统总线相互处于通信连接之中。
[0024] 原则上所述模型计算单元3基本上硬接线地并且与此相应地未构造成如主运算 单元2 -般实施软件代码。用于计算基于数据的函数模型的模型计算单元3提供受限制的 高度专门化的指令组的解决方案可以是替代的。所述模型计算单元3设计成专门的仅仅用 于计算预先确定的运算过程的运算单元。这能够资源最佳（ressourcenoptimiert)地实现 这种模型计算单元3或者说以集成的构造方式实现面积最佳（f ISchenoptimiert)的