(57)【要約】  ここに記載されかつ説明されているのは、プロセスインタフェース（２）を有するプロセス計算機（１）上で、連続する時間ステップにおいてハイブリッド微分代数プロセスモデル（ハイブリッドＤＡＰ，ｈＤＡＰ）の状態量（ｘ）を計算する方法である。上記のプロセス計算機（１）を構成して、上記のプロセスインタフェース（２）を介して、プロセス計算機（１）により、物理プロセス（３）の少なくとも１つのプロセス量（ｘp）が検出され、および／または物理プロセス（３）に影響を与えるための出力量が前記プロセス計算機（１）から出力され、１計算プロセスにおいて状態量（ｘ）を評価することにより、上記のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の実際モード（ｍt+1）が求められるようにし、上記のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の実際のモード（ｍt+1）と、このハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の前に有効となっていたモード（ｍt）とが偏差する場合、実行可能な固有モードプロセスモデル（ｍＤＡＰexe）のグループ（４）から、実際モード（ｍt+1）に相応する実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰt+1,exe）を選択して、後続の計算のベースにする。  ここではプロセス計算機の記憶装置の負荷を低減しながら、上記のハイブリッドＤＡＰの種々異なるモードの高速な計算が可能になり、これは計算実行時に、予測プロセスにおいて上記の状態量（ｘ）を評価することにより、発生することが見込まれるハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の少なくとも１つの将来のモード（ｍi，ｍj，ｍk）を求め、このハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）から、発生することが見込まれる求めた将来のモード（ｍi，ｍj，ｍk）に相応するモード固有ＤＡＰ（ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰj，ｍＤＡＰk）を抽出し、この抽出したモード固有ＤＡＰ（ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰj，ｍＤＡＰk）から、実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰi,exe，ｍＤＡＰj,exe，ｍＤＡＰk,exe）を形成して上記のグループ（４）に供給することによって行われる。
2013503408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスインタフェース（２）を有するプロセス計算機（１）上で、連続した時間ステップにおいて、ハイブリッド微分代数プロセスモデル（ハイブリッドＤＡＰ，ｈＤＡＰ）の状態量（ｘ）を計算する方法であって、
前記のプロセス計算機（１）を構成して、
前記のプロセスインタフェース（２）を介して、プロセス計算機（１）により、物理プロセス（３）の少なくとも１つのプロセス量（ｘp）が検出され、および／または
物理プロセス（３）に影響を与えるための出力量が前記プロセス計算機（１）から出力され、
１計算プロセスにおいて前記状態量（ｘ）を評価することにより、前記ハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の実際モード（ｍt+1）が求められるようにし、
前記のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の実際モード（ｍt+1）と、当該のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の前に有効となっていたモード（ｍt）とが偏差する場合、実行可能な固有モードプロセスモデル（ｍＤＡＰexe）のグループ（４）から、実際モード（ｍt+1）に相応する実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰt+1,exe）を選択して後続の計算のベースにする、ハイブリッド微分代数プロセスモデル（ハイブリッドＤＡＰ，ｈＤＡＰ）の状態量（ｘ）を計算する方法において、
前記の計算実行時に予測プロセスにおいて前記の状態量（ｘ）を評価することにより、発生することが見込まれる、ハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の少なくとも１つの将来のモード（ｍi，ｍj，ｍk）を求め、
当該のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）から、当該の求めた発生することが見込まれる将来のモード（ｍi，ｍj，ｍk）に相応するモード固有ＤＡＰ（ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰj，ｍＤＡＰk）を抽出し、
当該の抽出したモード固有ＤＡＰ（ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰj，ｍＤＡＰk）から、実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰi,exe，ｍＤＡＰj,exe，ｍＤＡＰk,exe）を形成して、前記グループ（４）に供給することを特徴とする、
ハイブリッド微分代数プロセスモデル（ハイブリッドＤＡＰ，ｈＤＡＰ）の状態量（ｘ）を計算する方法。
【請求項２】
前記の予測プロセスと、計算プロセスとを同時に実行し、
殊に当該の計算プロセスおよび予測プロセスを異なる計算ユニット上で実行し、殊に前記プロセス計算機（１）の異なる計算ユニット上で実行し、殊に前記プロセス計算機（１）の異なるプロセッサ上で実行する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予測プロセスを一貫性のある状態量をベースにして実行し、殊に前記の計算プロセスを予測プロセスよりも高い優先度で実行する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記の予測プロセス内の状態量（ｘ）の評価を当該状態量（ｘ）の外挿によって行い、
殊に前記のモードに関連する状態量の外挿だけによって行う、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前に有効となっていたモードに隣接するハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の将来のモード（ｍi，ｍj，ｍk）を、すなわち殊に前記の状態量の最小限度の変化によって得られるモードを、発生することが見込まれると評価する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
発生することが見込まれる求めた前記のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の将来のモード（ｍi，ｍj，ｍk）については、形成した実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰi,exe，ｍＤＡＰj,exe，ｍＤＡＰk,exe）を前記のグループにとどめておき、殊に前記グループにおいて実行可能なモード固有プロセスモデルの最大数が得られるまでとどめる、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の求めた実際モード（ｍt+1）に相応する実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰt+1,exe）が前記グループに存在しない場合、発生することが見込まれる求めた将来のモード（ｍt+1）に相応するモード固有のＤＡＰ（ｍＤＡＰt+1）を前記ハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）から抽出し、
当該の抽出したモード固有ＤＡＰ（ｍＤＡＰt+1）から、実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰt+1,exe）を形成して使用し、殊に前記のグループにも供給する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記のハイブリッドＤＡＰ（ｈＤＡＰ）の求めた実際モード（ｍt+1）に相応する実行可能なモード固有プロセスモデル（ｍＤＡＰt+1,exe）が前記グループにない場合、前記の実行可能なハイブリッドプロセスモデル（ｈＤＡＰexe）を使用して前記状態量（ｘ）を計算する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
プロセス計算機（１）と物理プロセス（４）とを結合するプロセスインタフェース（２）を有するプロセス計算機（１）であって、
前記プロセス計算機（１）により、前記プロセスインタフェース（２）を介して物理プロセスの少なくとも１つのプロセス量（ｘp）を検出することができ、および／または
前記の物理プロセスに影響を与える出力量（４）を出力することができる、プロセス計算機（１）において、
当該プロセス計算機（１）を構成して、当該プロセス計算機により、請求項１から８までのいずれか１項に記載の、連続する時間ステップにおいてハイブリッド微分代数プロセスモデル（ｈＤＡＰ）の状態量（ｘ）を計算する方法を実行できるようにしたことを特徴とする、
プロセス計算機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスインタフェースを有するプロセス計算機上において、連続する時間ステップでハイブリッド微分代数プロセスモデル（ハイブリッドＤＡＰ＝ｈＤＡＰ）の状態量を計算する方法に関する。ここでは上記のプロセス計算機はつぎのように構成されている。すなわち、このプロセス計算機により、プロセスインタフェースを介して物理プロセスの少なくとも１つのプロセス量を検出し、および／またはこの物理プロセスに影響を与えるための出力量を出力することができ、また計算プロセスにおいて上記の状態量を評価することにより、上記のハイブリッド式ＤＡＰの実際モードを求め、このハイブリッドＤＡＰの実際モードと、前に有効となっているハイブリッドＤＡＰのモードとが偏差する場合、実行可能なモード固有プロセスモデルのグループから、この実際モードに相応する実行可能なモード固有プロセスモデルを選択して、後続の計算のベースにするように構成されているのである。さらに本発明は、プロセス計算機と物理プロセスとを結合するプロセスインタフェースを有するプロセス計算に関しており、このプロセス計算機により、上記のプロセスインタフェースを介して物理プロセスの少なくとも１つのプロセス量を検出することができ、および／または上記の物理プロセスに影響を与える出力量を出力することができる。
【０００２】
上で説明したタイプのプロセス計算機およびこのプロセス計算機上で実施される方法は、技術的な課題において極めて一般的に使用されて物理プロセスを所期のように観察し、および／または上記の物理プロセスに所期のように影響を与えて、この物理プロセスを所望ように変化させる。上記のようなプロセス計算機にはプロセスモデル（すなわち数学の式によって表される関数による物理−技術な関係）が実装されることが多く、これらの関係は、例えば、制御を目的として、接続される物理プロセスの数学モデルを表すか、または接続される物理プロセスとは異なるプロセスを数学的にシミュレートする。ここでこのプロセスは、例えば「真の」物理プロセスを励起するために現実の一部をシミュレーションする。このことは、例えばシミュレータについて知られている。このようなプロセス計算機は、例えば、制御装置開発分野（Rapid-Control-Prototyping，Hardware-in-the-Loop-Test）には不可欠である。
【０００３】
上記のプロセス計算機上でモデル化かつ計算すべきプロセスのタイプに応じて上記のプロセスモデルは、異なる数学的な特性を有する。多くのプロセスモデルは、（線形または非線形の）複数の微分方程式からなる系から構成され、最も簡単なケースではただ１つの微分方程式から構成される。これらの微分方程式は、公知の数値的な手法で解かれる。上記のプロセス計算機はふつう実際の物理プロセスと関係しているため、プロセスモデルをリアルタイムで計算して、物理プロセスのプロセス量が、所望の（プロセス計算機上で連続する時間ステップによって定められる）時間グリッドで検出されて後続処理できなればならないか、ないしはプロセス計算機により、物理プロセスに影響を与える出力量が出力できなればならないのである。
【０００４】
多くのプロセスモデルには、微分方程式または微分方程式系の他に代数方程式も含まれており、これらの代数方程式により、ふつうプロセスにおける保存量の特性が表される。上記のタイプの簡単な関係は、例えば、電気回路のノードにおける電流、系におけるエネルギ保存則、非圧縮媒体の体積流、多体系における運動量保存則、および他の運動学的な副次条件などである。これらのようなモデルは、微分代数プロセスモデルと称され、以下では略して「ＤＡＰ」と称することにする。
【０００５】
ＤＡＰは構造不変であることが多い。すなわち、上記のプロセスモデルの状態量および状態量間の関係は、アプリオリに確定しており、数学的な骨格は骨格にふさわしく、時間経過と共に変化することも、また別の条件に依存して変化することもない。これらのシステムは、その構造不変性に起因して計算実行の前に完全なアルゴズム上のモデルに（例えばＣコードの形態で）移行させることができ、計算を開始する前に上記の構造不変モデルを、既知の数学モデルによって最適化して計算コストを最小化することができる。すなわち、例えばBLT変換、TearingまたはSparse-Matrix方式によって最小化することができるのである。この場合、実行時間が最適化されたアルゴリズムモデルから、上記のプロセス計算機上で実行可能なプロセスモデルを作成することができる。すなわち、例えば上で挙げたＣコードのコンパイルによって作成することができるのである。
【０００６】
しかしながら一層複雑なプロセスモデルは構造不変ではないことが多く、種々異なるモードを有する。これらのモードの特徴は、例えば、状態量の選択が同じままである間、状態量の種々異なる組み合わせ方または種々異なる関係により、プロセスモデルの機能が表されることである。プロセスモデルの種々異なるこれらのモードは、所定の条件に依存してアクティブ化または非アクティブ化される。構造不変でない微分代数プロセスモデルは、ハイブリッドＤＡＰと称される。上記の条件が２値の場合、ｎ個の条件を有するハイブリッドＤＡＰは全体として２nの考えられ得るモードを有する。すなわち上記のプロセスモデルの状態量に依存して、上記のハイブリッドＤＡＰの種々異なる部分がアクティブ化または非アクティブ化されるため、上記のハイブリッドＤＡＰの固有モードは、全能でありかつ考えられ得るすべてのモードを含むハイブリッドＤＡＰよりも（範囲が限られるという意味で）複雑ではないのである。
【０００７】
ハイブリッドＤＡＰは、これに発生しかつ状態量に結合されたすべての条件と共に、実行可能なモード非固有のプロセスモデルに移行する。ここで上記の条件は、このハイブリッドＤＡＰの種々異なるモードに導くものであり、また上記のプロセスモデルは、全体として上記の計算プロセスのベースになる。このようなハイブリッドＤＡＰの複雑さには、単にこのようなプロセスモデルの一部が極めて大きいということにだけよっても、大きな困難、殊にリアルタイム計算可能性についての困難さが伴う。さらにハイブリットＤＡＰは、そこに含まれる条件分けに起因して数学的に良好に最適化することができず、このことは、実行時の特性についても同様に不利である。
【０００８】
スリムなモード固有プロセスモデルをベースにして各時間ステップにおいて上記の計算プロセスを実行できるようにするために考えられるのは、上記のハイブリッドＤＡＰから、考えられるすべてのモード固有ＤＡＰを抽出することである。ここでこれらのモード固有ＤＡＰにはそれぞれ条件分けはなく、またしたがってこれらのモード固有ＤＡＰは、ハイブリッドＤＡＰの必要でないすべての部分によって処理される。これにより、モード固有の各ＤＡＰは、既知の数学モデルによって最適化可能であり、また「高速に」実行可能なモード固有プロセスモデルに移行させることができるのである。この場合、考えられ得るすべての実行可能なモード固有プロセスモデルの全体は、実行可能なモード固有プロセスモデルからなるグループに供給することができる。この手法は実際的には問題である。それは、実行可能なモード固有プロセスモデルのグループは極めて大きくなり得る（ｎ個の２値の条件分けでは２n個の実行可能なモード固有プロセスモデルが得られる）からであり、また所要のメモリが格段に大きくなり、さらにハイブリッドＤＡＰのプリプロセッシングに極めて長い時間がかかり得るからである。このことはつぎのような場合にもしばしば当てはまることである。すなわち、リアルタイム実行の前に、実際に発生するモードが既知であり、発生し得るすべての実行可能なモード固有プロセスモデルではなく、所定の実行可能なモード固有プロセスだけを抽出して、これを形成しなければならない場合にもしばしば当てはまるのである。
【０００９】
この場合、１つの計算プロセスにおいて上記の状態量を評価することにより、ハイブリッドＤＡＰの実際モードを求め、このハイブリッＤＡＰの実際モードと、このハイブリッドＤＡＰの前に有効となっていたモードとが偏差している場合、つぎに複数の実行可能なモード固有のプロセスモデルからなるグループから、この実際モードに相応する実行可能なモード固有のプロセスモデルを選択して後続の計算のベースにする。
【００１０】
したがって本発明の課題は、ハイブリッドＤＡＰの状態量を計算する方法を提供し、この方法により、プロセス計算機のメモリ負荷を低減できるようにして、ハイブリッドＤＡＰの種々異なるモードを高速に計算することである。
【００１１】
上のように導き出しかつ説明した課題は、上で説明したハイブリッド微分代数プロセスモデルの状態量を計算する方法により、つぎようにして解決される。すなわち上記の計算の実行時に予測プロセスにおいて上記の状態量を評価することにより、発生することが見込まれる、ハイブリッドＤＡＰの少なくとも１つの将来のモードを求め、このハイブリッドＤＡＰから、上で求めた、発生することが見込まれる将来のモードに相応するモード固有ＤＡＰを抽出し、この抽出したモード固有ＤＡＰから、実行可能なプロセスモデルを形成し、上記の実行可能なプロセスモデルのグループに供給するのである。
【００１２】
実行可能なモード固有プロセスモデルからなる上記のグループには、上記の状態量の実際値に基づいて将来使用されることが見込まれるモード固有プロセスモデルが蓄積される。このグループには、ただ１つの実行可能なモード固有プロセスモデルだけが含まれることも可能である。例えばこれは、このモード固有プロセスモデルが、ハイブリッドＤＡＰの将来的に発生し得るただ１つの結果モードであるか、またはこのモード固有プロセスモデルが、ハイブリッドＤＡＰの発生することが優先的に見込まれる結果モードである場合である。
【００１３】
例えば所属のパワートレインを有する原動機が、プロセス計算機上のハイブリッドＤＡＰによって計算を行うことを前提とする場合、変速段が変われば、相応するハイブリッドＤＡＰのモードが変わることが考えられる。さらに変速段の切り換えがふつう１段で行われると仮定する場合、将来的に使用される変速段に対する合理的な仮定、したがって発生することが見込まれる、ハイブリッドＤＡＰの将来のモードは、実際に使用されている変速段の直ぐ隣の変速段である。
【００１４】
上記の予測プロセスでは、つねにプロセスモデルの状態量の評価に基づく考察が考慮される。この場合、すべてのケースのパターンが考慮された包括的なハイブリッドＤＡＰからは、発生することが見込まれる将来のモードに相応するモード固有ＤＡＰが抽出され（ただ１つのモード固有ＤＡＰしか抽出されないこともあり得る）、つぎに抽出された各モード固有ＤＡＰから、実行可能なモード固有プロセスモデル、すなわちプロセス計算機上で実行可能なコードが形成されるのである。
【００１５】
本発明による方法の殊に有利な１実施形態では、上記の予測プロセスを計算プロセスと同時に実行する。有利にはこれは装置技術的に実現され、上記の計算プロセスと予測プロセスとを別の計算ユニット上で、すなわち例えばプロセス計算機の異なる計算ユニット上で実行することによって実現される。上記の計算ユニットは、例えばプロセス計算機の異なるプロセッサとするか、またはプロセス計算機のプロセッサの異なるコアとすることも可能であり、ここで重要であるのは、上記の計算プロセスおよび予測プロセスの真の並列性が実現できればよいことだけである。
【００１６】
（たとえどのようなタイプであっても）プロセスモデルは、プロセス計算機上で、数値的な手法により、連続する時間ステップで計算される。この計算は、まったく異なる時間グリッド（サンプリング周波数）で実行することができる。いずれにせよ各時間ステップのはじめ、したがって計算ステップのはじめには、計算のベースになる実際データ、すなわち状態量の値を検出しなければならない。状態量は、前に計算した時間ステップの結果であるか、またはプロセスインタフェースを介してプロセスによって実際に検出した状態量とすることが可能である。このような時間ステップ内の計算プロセスの結果は、状態量の新しい集合であり、これらの状態量は、場合によっては、プロセス計算機のプロセスインタフェースを介して出力量として出力されて、接続された物理プロセスに影響を及ぼすこともある。
【００１７】
この場合、新たに求めた実際の状態量に基づき、モード切り換えが行われ得るか否かを決定することができる。したがって上記の予測プロセス全体を統一されたデータベース上で実行するため、本発明の方法の有利な１実施形態では、一貫性のある状態量に基づいて上記の予測プロセスを実行する。すなわち、異なる時間ステップから得られる状態量の集合に基づくのではなく、共通の時間ステップから得られる状態量の集合に基づいて予測プロセスを実行するのである。殊にここでは上記の計算プロセスを、予測プロセスよりも高い優先度で実行して、予測プロセスがリセットされた場合であってもいずれにせよ、使用される時間グリッドに実際の状態量が存在するようにする。これは、上記の計算プロセスに対する多くの時間ステップ、したがって計算ステップはほとんど、モード切り換えが行われる前に、ハイブリッドＤＡＰの１モード内で実行されるという経験に基づいているのである。
【００１８】
本発明による方法の別の有利な１実施形態では、上記の状態量の評価は、上記の予測プロセス中に状態量の外挿によって行われる。すなわちこれは、相応する数学的な外挿手法により、計算プロセスの将来の時間ステップの領域に状態量の過去の展開を射影することによって行われるのである。これは、例えば直線外挿によって行うことができ、または多項式外挿によって行うこともでき、ここでは、先行する状態量の値の個数は異なっていてよい。本発明による方法の別の有利な１実施形態では、モードに関連する状態量だけを上記の外挿に使用する。すなわち、ハイブリッドＤＡＰの種々異なるモードを切り換えるための条件に依存する状態量だけを使用するのである。
【００１９】
本発明による方法の殊に有利な別の１実施形態では、前に有効となっていたモードに隣接するハイブリッドＤＡＰの将来のモードを、発生する見込みがあると評価する。ここでは、本発明にしたがって結果モードとして発生するモードを隣接しているモードとみなすことができる。このことは、冒頭にトランスミッションの変速段の例で説明した通りである。しかしながら広く一般的に、状態量の最小限度の変化によって得られるモードを隣接しているモードとみなすことも可能である。この方法は、殊に、別に求めた状態量によって影響を受けるハイブリッドＤＡＰのモードにおいて有利である。これは、例えばオペレータに依存しひいてはこのオペレータの恣意にしたがう状態量とすることができ、または、プロセスインタフェースを介して接続された物理プロセスの状態量でありかつプロセスインタフェースを介してプロセス計算機によって記録された状態量とすることも可能である。ここまでの点で本発明において殊に有利であるのは、別に求めた状態量の最小限度の変化によって得られる複数のモードが、前に有効となっていたモードの隣接するモードとみなされる場合である。
【００２０】
本発明を構成する方法の別の有利な１実施形態では、発生する見込みのある、ハイブリッドＤＡＰのモードについては、形成した実行可能なモード固有プロセスモデルが、上記のグループにおいてとどまるため、このグループには、実際に求めた発生する見込みのある将来のモード、ないしはこれらのモードに相応するモード固有プロセスモデルだけが含まれるのではなく、過去に発生する見込みがあるとして求めた将来のモードに相応するないしは相応していた別の実行可能なモード固有プロセスモデルも含まれているのである。この変形実施形態によって考慮されるのは、発生する見込みのある将来のモードを求めることには大きな計算コストが伴い、また例えば実行可能なモード固有プロセスモデルを形成することにも大きな計算コストが伴うという状況である、この計算コストは、プロセス計算機上にいずれにせよ十分な記憶装置が設けられている場合には、上で説明した手段によって低減することができる。これによって全体的に上記の計算プロセスおよび予測プロセスを共に同時にリアルタイムで実行できるという確率が高まるため、上記の方法に対するリアルタイム性の要求を一層高い確率で維持することができる。殊に有利であるのは、上記のグループにおいて実行可能なモード固有プロセスモデルの最大数がつねに設けられている（すなわち維持される）場合である。
【００２１】
選択した実行可能なモード固有プロセスモデルを絶え間なく上記のグループに挿入したとしても、理論的にみればつぎのような可能性がある。すなわち、上記の状態量の評価により、ハイブリッドＤＡＰの実際モードが求められるが、このモードに対し、上記のグループには、相応する実行可能なモード固有プロセスモデルが含まれず、この結果、このプロセスモデルは、後続の計算のベースにすることもできないという可能性があるのである。このようなケースにおいて、ハイブリッドＤＡＰの求めた実際モードに相応する実行可能なモード固有プロセスモデルが上記のグループに存在しない場合、発生することが見込まれる求めた将来のモードに相応するモード固有のＤＡＰを上記のハイブリッドＤＡＰから抽出し、抽出したこのモード固有ＤＡＰから、実行可能なモード固有プロセスモデルを形成して使用し、殊に前記のグループにも供給する。
【００２２】
本発明の方法のこの発展形態とは択一的につぎのようにすることも可能である。すなわち、相応する実行可能なモード固有プロセスモデルがハイブリッドＤＡＰからまだ抽出されていない時間ステップにおいて状態量を計算するため、完全なハイブリッドＤＡＰに相応する実行可能なプロセスモデルを単純に使用して状態量を計算することも可能であり、これは、この計算が、モード固有の実行可能なプロセスモデルを計算するよりも格段に長くかかり得る場合であっても行われる。
【００２３】
最終的には上で示した課題はまた、プロセス計算機を物理プロセスに結合するためのプロセスインタフェースを有する冒頭に述べたプロセス計算機においてつぎのようにすることによっても解決される。すなわち、このプロセス計算機を構成して、このプロセス計算機が、連続する時間ステップでハイブリッド微分代数プロセスモデルの状態量を計算する本発明による上記の方法、および上で説明したこの方法の有利な発展形態を実行できるようにすることによっても解決されるのである。
【００２４】
具体的にはハイブリッド微分代数プロセスモデルの状態量を計算する本発明による方法を構成し、またこれを発展させるためには多数の選択肢がある。これについては、一方では請求項１に従属する請求項を、また他方では図面に関連した実施例の以下の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による方法が適用される具体的な状況を示す図である。
【図２】ハイブリッド微分代数プロセスモデルの状態量を計算する本発明による方法の一部、例えば計算プロセスを示す図である。
【図３】本発明による方法の予測プロセスを補足した図２による方法を示す図である。
【図４】グループが所要の実行可能なモード固有プロセスモデルを有しない場合の本発明による方法の１実施形態を示す図である。
【００２６】
図１にはプロセスインタフェース２を有するプロセス計算機１が示されており、ここではプロセス計算機１はつぎのように構成されている。すなわち、プロセスインタフェース２を介して、物理プロセス３の少なくとも１つのプロセス量ｘpがプロセス計算機１によって検出され、および／または（明確に示していない）出力量が、プロセス計算機１によって出力されて物理プロセス３に影響を与えるように構成されているのである。これは典型的なハードウェア的な状況であり、この状況において以下で詳しく説明する方法が実施されて、連続する時間ステップにおいてハイブリッド微分代数プロセスモデルｈＤＡＰの状態量ｘが計算される。
【００２７】
上記の状態量ｘの集合は、プロセス計算機上でハイブリッド微分代数プロセスモデルｈＤＡＰを計算するためにだけに使用される状態量からなり、これらの状態量そのものは、部分的に出力量としてプロセス計算機１から出力されて物理プロセス３に影響を与えることができ、またこれらの状態量ｘpは、物理プロセス３のプロセス量であり、したがって物理プロセス３から得られ、またプロセス計算機２に、プロセスインタフェース２を介してプロセス計算機１に通知することができる。
【００２８】
プロセス計算機１は、例えば、複雑な制御課題を実現するためにハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰを計算する制御装置とすることが可能である。しかしながらプロセス計算機は、シミュレータとすることも可能であり、このシミュレータには、プロセスインタフェースを介し、プロセス３として、テストすべきハードウェアコンポーネント（Device Under Test，ＤＵＴ）（例えば制御装置）を接続することができる。シミュレータとして機能するプロセス計算機３は、接続された物理プロセス３の外界をほとんどシミュレートする。
【００２９】
物理プロセス３は当然のことながらリアルタイムには動作するため、プロセス計算機１上でのハイブリッドＤＡＰ ｈＤＡＰの計算もリアルタイムに行わなければならない。このことが意味するのは、ハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰを計算するためにふつう使用されるプロセス計算機１上の数値式の方法を、連続する時間ステップによって定められるサンプリング周波数で実施しなければならないことである。ふつうのサンプリング周期時間は、ミリ秒およびその数分の１の範囲である。リアルタイムについての要求を満足できるようにするため、ハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰの数学的な処理および最適化の観点から、極めて大きな努力を払わなければならない。
【００３０】
プロセス計算機１上でハイブリッドＤＡＰを数学的に処理するための１つの選択肢は、ＤＡＰのハイブリッド性を構成する条件を上記のプロセスモデルにそのままにしておいて、このハイブリッドＤＡＰから、実行可能なハイブリッドプロセスモデル（ｈＤＡＰexe）を形成することである。上記の状態量を計算するこの実行可能なハイブリッドプロセスモデルｈＤＡＰexeは、一方では網羅的であり、すなわちハイブリッドプロセスモデルのあらゆるケースの構成を含んでいるが、他方では極めて大きくかつ計算コストを要する。
【００３１】
ここでは上記の理由から、図２ないし４に示した方法が設けられており、この方法では、計算プロセスにおける計算実行時に、上記の状態量ｘを評価することにより、ハイブリッドＤＡＰの実際モードｍt+1を求め、このハイブリッドＤＡＰの実際モードｍt+1と、前に有効となっていたこのハイブリッドＤＡＰのモードｍtとが偏差している場合、実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰexeのグループ４から、実際モードｍt+1に相応する実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt+1,exeを選択して、後続の計算のベースにするのである。
【００３２】
すなわち上記の計算プロセスのベースにあるのは、完全に実行可能なハイブリッドプロセスモデルｈＤＡＰexeを使用して状態量ｘを計算するのではなく、グループ４にあらかじめ蓄えられかつ都度必要なモード用に仕立られた実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt+1,exeを使用するのである。上記のモード固有プロセスモデルには、ハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰからの抽出物として、上記の方程式系の構造変化を生じさせ得る条件がもはや含まれることはない。したがって実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt+1,exeは、実行可能な全体プロセスモデルｈＤＡＰexeよりも格段に高速に実行することができる。
【００３３】
図２からわかるのは、上記の計算の１時間ステップにおいて、前に有効となっていた状態量ｘtから、実際の状態量ｘt+1が計算されることであり、ここでは状態量ｘt，ｘt+1の値は、前に有効となっていたモードｍtと、実際のモードｍt+1とを介して決定される。前に有効となっていた状態量ｘtからの実際の状態量ｘt+1の計算は、現在識別されたモードに所属しかつ実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt,exeを用いて行われる。
【００３４】
１計算ステップの後、チェックされるのは、ハイブリッドＤＡＰ ｈＤＡＰの実際モードｍt+1と、ハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰの前に求めたモードｍtとが一致するか否かであり、２つのモードが異なる場合、新たな実際モードｍt+1に相応する、グループ４の実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt+1,exeが取り出されて、後続の計算のベースにされる。このことは図２において、グループ４と計算プロセスとの間の弓なりになっている矢印によって示されている。
【００３５】
さらにここで説明する方法の特徴は予測プロセスにもあり、この予想プロセスは図３において図２の計算プロセスを補足して示されている。予測プロセスでは、状態量ｘを評価することにより、発生することが見込まれる、ハイブリッドＤＡＰの少なくとも１つの将来のモードｍi，ｍj，ｍkが求められ、ハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰから、求められた発生することが見込まれるこれらの将来のモードｍi，ｍj，ｍkに相応するモード固有ＤＡＰ  ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰj，ｍＤＡＰkが抽出され、抽出されたモードモード固有ＤＡＰ  ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰjから、実行可能なモード固有のプロセスモデルｍＤＡＰi,exe，ｍＤＡＰj,exe，ｍＤＡＰk.exeが形成されてグループ４に供給される。
【００３６】
モード切り換えが発生したことが判明した場合、すなわち前に有効となっていたモードｍtと、実際モードｍt+1との間に違いがある場合、（上で説明した計算プロセスにしたがって）、実際モードｍt+1に相応する実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt+1,exeがグループ４にあるか否かがチェックされる。図３からわかるのは、グループ４に実際に所要の実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt+1,exeが存在することであり、すなわちこれは、実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰj,exeの形態で存在するのである。
【００３７】
また図３に同様に示されているのは、上記の予測プロセスの枠内において、発生することが見込まれるハイブリッドＤＡＰの将来のモードｍi，ｍj，ｍkが既知であれば、ハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰから、相応するモード固有ＤＡＰ  ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰj，ｍＤＡＰkが抽出されることである。このことが意味するのはまさに、ハイブリッドＤＡＰ  ｈＤＡＰが、ＤＡＰのハイブリッド性を構成するすべての条件によって処理され、また相応するモードを計算するのに必要なプロセスモデルの一部分だけが維持されていることである。この場合、例えばＣコードの形態した上記の抽出したモード固有ＤＡＰ  ｍＤＡＰi，ｍＤＡＰj，ｍＤＡＰkから、実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰi,exe，ｍＤＡＰj,exe，ｍＤＡＰk,exeが有利にはＣコードをコンパイルすることによって形成される。
【００３８】
グループ４には、後続の処理に必要な実行可能なモード固有プロセスモデルが含まれないことがあり得る。このような状況が図４に示されており、この図には、グループ４の構成要素のどの構成要素も、すなわち、発生することが見込まれる将来のモードｍi，ｍj，ｍkに相応する実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰi,exe，ｍＤＡＰj,exe，ｍＤＡＰk,exeは、実際に必要な実行可能なモード固有プロセスモデルｍＤＡＰt+1,exeには相応しないことが示されている。この場合には回避的な解決手段として、例外的に上記の実行可能なハイブリッドプロセスモデルｈＤＡＰexeを使用して上記の状態量ｘを計算する。このプロセスモデルは、計算がより遅いという欠点を有するが、このプロセスモデルにより、計算が正しいモードにおいて行われることが保証されるのである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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