[发明专利]预处理协同仿真方法和装置

说明书

本发明公开了一种用于利用替换子系统的偏导数的多个子系统的协同仿真的预处理协同仿真方法和装置。在此基础上，通过对误差微分方程求值来近似计算各个子系统的输出变量的精确解，以便估计近似计算的精确输出变量的未来进展；在当前协同仿真时间增量之前通过优化确定相应输入变量。预处理协同仿真方法在计算机可执行程序内实现，并在计算节点网络中实施。

技术领域

本发明涉及一种基于预处理(pre-step)协同仿真系统模拟真实实体模型的方法和基于预处理协同仿真系统模拟真实实体模型的模拟装置。

背景技术

如今，数值模拟在技术系统的设计、分析和工程中的应用是工业中的常见做法，并且有许多不同的建模方法和定制的数值求解器。实体系统的行为通常由常微分方程(ODE)或微分代数方程(DAE)来描述。数值求解器用于在特定时间点近似计算其解析解，但是产生离散误差。存在有不同的校正方法，通常使用迭代(隐式)求解器。在实时仿真即时间并发仿真的情况下，迭代导致未定义的运行时行为，因此，在显式仿真时间增量之后采用校正措施。然而，在协同仿真中也发生类似的情况。

协同仿真是一门特殊仿真学科，其中多个子系统在协同仿真时间增量上独立地进行模拟，并且在特定时间点交换数据以实现同步。当无法在单个仿真工具内对整个系统进行建模或仿真时，该方法通常用于整体系统仿真。

与上述传统的数值模拟方法相比，在协同仿真的情况下，需要另外的主算法，即更高级数值求解器来求解整个系统仿真。由于所涉及的仿真工具的接口连接和协同仿真能力有限或受限，迭代(隐式)协同仿真方法通常不适用；它们只用于少数(通常是两个或三个)子系统模拟的专用集成。另一方面，非迭代协同仿真是常见做法，其缺点是在较高的主算法级别上产生了较大的耦合误差，即协同仿真离散误差。与传统的数值模拟方法相比，由于所涉及的仿真工具的接口连接和协同仿真能力有限，例如，无法访问子系统内部的系统状态或重置子系统模拟增量，这种协同仿真离散误差的减小受到限制。近年来，随着协同仿真在不同行业的应用越来越广泛，为了解决这一特定问题，人们开发了几种方法。

EP 2442248 B1描述了一种对子系统输入进行修改用于补偿后续协同仿真时间增量上的协同仿真离散误差的方法。最近，Sadjina-2016提出了对这种方法的扩展，其中利用另外的模型信息即被称为接口-雅可比行列的输出和输入偏导数来修正相关的子系统输入，尤其是用于处理代数循环。EP 2 680 157 A1示例性地使用接口-雅可比矩阵的交换和利用。这种另外的子系统信息使主算法能够处理与系统仿真关键属性(如刚度或代数循环)相关的稳定性问题。然而，目前在非迭代协同仿真中用于减小协同仿真离散误差的现有方法仅在耦合时刻处即后处理的当前协同仿真时间增量之后应用，并对整个系统仿真产生延迟影响。这可能导致稳定性问题或降低整体协同仿真的准确性。此外，当前方法基于可限制协同仿真性能的中央式方案。

发明内容

本发明的目的可以是提供一种可以更精确且更有效地模拟真实实体模型的方法和装置。

该目的可以通过根据独立权利要求的主题的用于模拟真实实体模型的方法和模拟装置来解决。

根据本发明的第一方面，提出一种基于预处理协同仿真系统模拟真实实体模型的方法。根据该方法，提供第一子系统，其在第一方程组(例如，行为模型)(局部)的基础上模拟真实实体模型的至少一个第一参数(例如，车辆的速度v)，其中第一方程组被配置为用于在至少一个第二参数(例如，车辆的推进力F)的基础上来确定第一参数(v)。

此外，提出第二子系统，其在第二方程组(局部)的基础上模拟真实实体模型的至少一个第二参数(F)，其中第二方程组被配置为用于在至少一个第一参数(v)的基础上来确定第二参数(F)。在第一耦合时间点通过外推法来估计第二子系统中第一参数(v)的第一输入值(v_in)和第一子系统中第二参数(F)的第二输入值(F_in)。该方法进一步包括由第一子系统确定第一参数(v)的第一输出值(v_out)和由第二子系统确定第二参数(F)的第二输出值(F_out)。