[发明专利]用于实时计算混合微分代数过程模型的状态参量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在具有过程接口的过程计算机上以相继的时间步骤实时计算混合微分代数过程模型（DAP）的状态参量的方法，其中过程计算机被设计为，使得通过过程接口可以获取物理过程的至少一个过程参量和/或可以从过程计算机输出用于影响物理过程的输出参量，其中至少通过积分器功能、条件分析功能以及在识别出条件变化的情况下通过针对结构判决参量的一致性识别功能来求解混合DAP，并且混合DAP的部分依据结构判决参量而有效或无效。

背景技术

上述类型的过程计算机和将在过程计算机上执行的方法在技术任务中完全一般性地用于针对性地考察物理过程和/或有针对性地影响物理过程，以按照期望的方式影响该物理过程。通常，在这种过程计算机上实现过程模型—也就是可通过数学方程描述的函数性物理技术关联—，所述过程模型例如为了调节的目的而表示所连接的物理过程的数学模型，或者数学地模拟与所连接的物理过程不同的过程，该过程例如为了激励“真实的”物理过程而模拟“块真实性（Stueck Wirklichkeit）”，这例如由模拟器已知。这种过程计算机和方法尤其是控制设备开发领域（Rapid-Control-Prototyping快速控制原型，Hardware-in-the-Loop-Tests，循环测试中的硬件）所不可缺少的。

根据将在过程计算机上建模和计算的过程的类型，过程模型具有不同的数学特性。很多过程模型都是由线性或不是非线性的微分方程组成，在最简单的情况下由一个唯一的微分方程组成。这些微分方程用已知的数值方法求解，下面称为积分器功能。

由于过程计算机通常与真实的物理过程连接，因此需要实时计算过程模型，使得能够按照期望的时间栅—由过程计算机上的相继的时间步骤定义—获取所连接的物理过程的过程参量并且进一步处理，或可以由过程计算机输出用于影响物理过程的输出参量。

很多过程模型除了微分方程或微分方程组之外还包括典型地描述该过程中的守恒参量的特性的代数方程。这种类型的简单关系例如是电网节点中的电流、封闭系统中的能量恒定性、不可压缩介质的体积流、多体系统中的动量守恒和其它动力学辅助条件。这种模型称为微分代数过程模型，下面简称为“DAP”。

DAP通常是结构不变的，也就是说，过程模型的状态参量以及状态参量之间的关系先验确定，即数学构架本身既不随时间、也不依据其它条件而改变。这样的系统可以由于其结构不变性而在计算的运行时间之前转换为完整的例如按照C代码形式的算法模型，并且在计算启动之前可以利用已知的用于最小化计算开销的数学方法来优化结构不变的模型，也就是例如通过BLT变换、撕裂或稀疏矩阵方法。然后由运行时间优化的算法模型可以建立可在过程计算机上执行的过程模型，也就是例如通过编译上面提到的C代码。

但是，更复杂的过程模型通常是结构可变的，它们具有不同的模式，这些模式的特征在于：例如状态参量的不同组合或者对状态参量的不变的选择当中的不同关系描述过程模型的功能，其中过程模型的不同模式依据确定的条件而是激活的或去活的。判决混合DAP是否经历了结构变化的参量在此称为结构判决参量；结构判决参量通常是离散变量，其值依据条件方程而变化，其中由开头提到的条件分析功能来分析条件方程。结构变化的微分代数模型被称为混合DAP。因此，依据过程模型的结构判决参量来激活或去活混合DAP的不同部分，使得混合DAP的确定模式（在全面的含义下）不如全能的并且包括所有可能模式—也就是混合DAP的可能的活跃（aktive）结构—的混合DAP那么复杂。

为了能计算混合DAP的模式，已知的计算方法具有积分器功能，也就是本身已知的、用于求解微分方程的数值积分器。

在条件分析功能的范围内分析条件方程，由此结构判决参量可以变化。由于一个结构判决参量的变化—或多个结构判决参量的变化，过程模型的模式可以变化，但是这仅涉及模式变换所需要的先决条件。

混合DAP的示例可以是具有所属传动线路的电动机，其中不同的传动级是混合DAP的不同结构，其中例如总是只有一个传动级是有效的。结构判决参量在该示例中可以与电动机转数、驾驶员的功率要求和传动机构上的机械负荷有关。依据这些结构判决参量来判决在一个计算步骤内或从一个计算步骤到下个计算步骤是否存在结构变化。