[发明专利]将计算出的曲线拟合到目标曲线的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及测量结果的工程仿真中使用的系统辨识，更具体地说，涉及用于将计算出的曲线拟合到目标曲线以实现系统或材料性能的校准的方法，这样可以在计算机中实现系统或材料的真实工程仿真。工程师和科学家们使用该仿真的结果来改进工程产品的设计。

背景技术

在多输入动态模型中，输出是对每个输入的响应的集合。如果系统输入是可知的，这意味着每一个输入的过程或贡献可以很容易地得知或确定，那么可以通过直接改变相关输入来控制输出。然而，在一个大型的复杂系统中，并不是每一个输入都是可知的。对于具有不可知输入的系统，因为输出不能直接与输入相关，系统的控制和优化更加困难。一个常用的确定每个输入如何影响输出结果的方法是，使用已知的多个输入来测量系统的响应，并试图推导出输入和输出之间的数学关系而不会涉及系统如何对每个独立的输入产生响应的详细问题。这种确定输入-输出关系的方法被称为系统辨识，或者参数辨识法。

应当注意，“输入”也可以为“设计”。每个不同的“输入”可以是不同的“设计”。

执行系统辨识过程的目的是通过调整系统的输入产生一尽可能接近所需物理系统输出的结果。在数值仿真应用中，参数辨识或系统辨识用于控制用来仿真一系统的数学模型的参数输入，使得仿真的输出与系统输出密切拟合。

在某些应用中，输出以二维(2-D)曲线表示，例如，用应力应变关系表示的材料特性。一般来说，用户(例如工程师和/或科学家)希望使用计算机来生成计算或仿真出的曲线以拟合目标曲线，因此可以进行计算机仿真以获得现实预测。一个这样的实例是生成计算机曲线以拟合在物理样品测试中获得的材料特性。

拟合仅在一个坐标上单调递增的目标曲线很简单，例如使用两个曲线之间的坐标差作为系统辨识参数。

然而，将计算出的曲线与非单调递增的目标曲线拟合则并不容易，例如，当目标曲线呈现滞回性能时。在这种情况下，对于每个横坐标值，无论是目标曲线和计算出的曲线都有多个可能的坐标值。因此，如果使用一横坐标来拟合计算出的曲线上的值，插值坐标值将是不唯一的。

拟合两条曲线的另一个问题涉及工程优化。在优化的迭代过度阶段，计算出的曲线和目标曲线可能完全分离，也就是说，在2-D曲线的一个坐标上两者不会共有任何共同的值。在这种情况下，优化迭代过程可能会变得不稳定和失败。

此外，样品试验获得的测试数据可能包含样品测试中的噪音或多余的数据点。有时候，获得的数据只覆盖一部分响应。在这种情况下，需要将测试曲线(即目标曲线)部分拟合到计算出的曲线。

因此，有必要开发出将计算出的曲线与目标曲线拟合以实现真实的计算机辅助工程仿真的改良的方法和系统。

发明内容

本发明涉及用于将计算出的曲线拟合到目标曲线以实现真实工程仿真的方法和系统。例如，首先从样品测试中测量材料特性(例如，应变与应力关系)呈现的目标曲线。接下来，创建计算出的曲线以拟合目标曲线。该计算出的曲线随后用于计算机辅助工程分析中表示材料特性。测量计算出的曲线和目标曲线之间的差异，并在该差异的基础上，决定可以如何调整参数输入来校准系统或材料。聚合材料的示例性应力与拉伸比曲线如图1所示。该拉伸比直接与应变成比例。

通过调节仿真模型的参数输入来实现参数辨识的优化，这样两条曲线之间的差异被最小化。因为待拟合的两条曲线上的点是配对的，所以可以实现任意两条开放曲线的拟合，包括滞回曲线。在其原始坐标中完全分离的曲线可以融合到一共同坐标系统中，以进行参数识别而不存在计算不稳定的问题。

根据本发明的一个方面，目标曲线由“m”个点(即第一组点)表示，而计算出的曲线由“n”个点(即第二组点)表示。该计算出的曲线被创建用于计算机辅助分析(computer aided analysis，CAE)模型(例如，有限元分析模型)中。该计算出的曲线具有多个可调节控制或设计参数。

每条曲线由多条线段组成。每条线段由该特定组点中的两个毗邻的点所定义。例如，目标曲线具有“m-1”条线段，而计算出的曲线具有“n-1”条线段。