[发明专利]用于仿真耦合混合动态系统的离线控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明公开涉及仿真领域，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

在例如车辆和车辆部件等复杂的动态系统的设计和评估中，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。在测试车辆中的部件中已经采用了多种方法和系统。

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，在测试道路12上行使物理车辆10，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。这些响应指示为附图标记14。例如支柱等特定部件的响应用作测试控制过程的参考测量值。

参照图2，向测试装备(test rig)18输入一般性(即，随机幅度，宽带频率)驱动16，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提供测量值，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变化。

测试部件响应24与测试装备驱动16一起用于计算总体系统动态响应模型26。该响应模型表示测试系统和部件的耦合动态变化。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变化。可以对响应模型26(典型的是频率响应函数FRF)求逆，并用于仿真控制过程中的测试装备驱动预测。在该示例中，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定义好的FRF。

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，来产生任何所需的部件响应。

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。

在初始迭代(N＝0)中，认为测试装备响应为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的逆(FRF^-1)一起用来创建初始驱动。在每次迭代中，将当前的测试装备响应30与所需响应相比较。比较器34提供仿真误差，以使用逆(FRF^-1)来产生驱动校正38。此时，递增迭代次数。

将驱动校正38与先前的测试装备驱动40相加，以产生下一测试装备驱动42。响应于先前测试装备驱动对下一测试装备驱动的确定是离线过程。

将下一测试装备驱动42施加至测试装备18，并测量部件响应30。迭代地重复图3的过程，直到结果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。换言之，确定测试装备驱动42，其将产生在图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。

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。

虽然常规的迭代测试方法具有一些优点，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用处不大。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型，每一个变型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，必须调整测试，以使测试保持有效。