(57)【要約】多重領域コンボルバ１４０が、物理システム１０の連続するモデル間でテーパ状化することを含む。テーパ状化することは、遷移期間中に実行される。
2004509420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理システムのモデルの形式を使用して、物理システムを制御するための方法であって、
第１のモデル下での動作から第２のモデル下での動作までの遷移期間中、入力を、前記物理システムの第１のモデルおよび第２のモデルに印加するステップであって、前記入力が、第１のモデルおよび第２のモデルに印加されたとき遷移期間中にテーパ状にされる、前記印加するステップと、
遷移期間中に第１のモデルからの出力を第２のモデルからの出力と組み合わせて、物理システムを制御するステップと
を備える方法。
【請求項２】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数が、遷移期間中に時間とともに入力の大きさを減少させ、第２のモデルに関連するテーパ状化関数が、遷移期間中に時間とともに入力の大きさを増大させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数が、第２のモデルに関連するテーパ状化関数の相補形である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に１．０から０．０まで変化し、第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に０．０から１．０まで変化する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
遷移期間中の任意の瞬間に、第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインと第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、１以下である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
遷移期間中の任意の瞬間に、第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインと第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、１に等しい、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
テーパ状化関数のそれぞれが、サイクロイド関数を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記モデルが、前記物理システムの逆モデルを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記モデルが、前記物理システムの順モデルを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
実行されたときコンピュータに物理システムを制御させる、コンピュータによって読取り可能な命令を含むコンピュータ読取り可能媒体において、
前記命令が、
第１のモデル下での動作から第２のモデル下での動作までの遷移期間中に入力を前記物理システムの第１のモデルおよび第２のモデルに印加するステップを含み、前記入力が、第１のモデルおよび第２のモデルに印加されたとき遷移期間中にテーパ状にされ、
さらに、遷移期間中に第１のモデルからの出力を第２のモデルからの出力と組み合わせて、前記物理システムを制御するステップを含む、コンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１１】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数が、遷移期間中に時間とともに入力の大きさを減少させ、第２のモデルに関連するテーパ状化関数が、遷移期間中に時間とともに入力の大きさを増大させる、請求項１０に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１２】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数が、第２のモデルに関連するテーパ状化関数の相補形である、請求項１１に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１３】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に１．０から０．０まで変化し、第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に０．０から１．０まで変化する、請求項１２に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１４】
遷移期間中の任意の瞬間に、第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインと第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、１以下である、請求項１３に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１５】
遷移期間中の任意の瞬間に、第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインと第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、１に等しい、請求項１３に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１６】
テーパ状化関数のそれぞれが、サイクロイド関数を有する、請求項１３に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１７】
前記モデルが、前記物理システムの逆モデルを備える、請求項１０に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１８】
前記モデルが、前記物理システムの順モデルを備える、請求項１０に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１９】
物理システムを制御するためのシステム・コントローラであって、
第１のモデル下での動作から第２のモデル下での動作までの遷移期間中に入力を前記物理システムの第１のモデルおよび第２のモデルに印加する手段であって、前記入力が、第１のモデルおよび第２のモデルに印加されたとき遷移期間中にテーパ状にされる、前記印加する手段と、
遷移期間中に第１のモデルからの出力を第２のモデルからの出力と組み合わせて、前記物理システムを制御する手段と
を備えるシステム・コントローラ。
【請求項２０】
前記印加する手段が、遷移期間中に時間とともに入力の大きさを減少させるための、第１のモデルに関連するテーパ状化関数と、遷移期間中に時間とともに入力の大きさを増大させるための、第２のモデルに関連するテーパ状化関数とを含む、請求項１９に記載のシステム・コントローラ。
【請求項２１】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数が、第２のモデルに関連するテーパ状化関数の相補形である、請求項２０に記載のシステム・コントローラ。
【請求項２２】
第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に１．０から０．０まで変化し、第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインが、遷移期間中に０．０から１．０まで変化する、請求項２１に記載のシステム・コントローラ。
【請求項２３】
遷移期間中の任意の瞬間に、第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインと第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、１以下である、請求項２２に記載のシステム・コントローラ。
【請求項２４】
遷移期間中の任意の瞬間に、第１のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインと第２のモデルに関連するテーパ状化関数のゲインとの和が、１に等しい、請求項２２に記載のシステム・コントローラ。
【請求項２５】
テーパ状化関数のそれぞれが、サイクロイド関数を有する、請求項２２に記載のシステム・コントローラ。
【請求項２６】
前記モデルが、前記物理システムの逆モデルを備える、請求項１９に記載のシステム・コントローラ。
【請求項２７】
前記モデルが、前記物理システムの順モデルを備える、請求項１９に記載のシステム・コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本発明は、性質上繰り返されるか、または少なくともある程度の事前実施に従う、システム、機械、またはプロセスの制御に関する。より具体的には、本発明は、振動システムへの入力として駆動信号を生成することに関する。
【０００２】
供試体に適用される負荷および／または動きをシミュレートできる振動システムが、一般に既知である。振動システムが、製品の開発に非常に有効であるので、性能評価、耐久性テスト、およびその他のさまざまな目的のために、広く使用されている。たとえば、車両またはその下部構造を、道路やテストコースなどの動作条件をシミュレートする研究所環境におくことが、自動車、オートバイ又は類似のものの開発において、極めて一般的である。研究所の物理シミュレーションには、振動システムに印加して、動作環境を再現することのできる駆動信号を生成するための、データ取得および分析の周知の方法が含まれる。本方法は、車両に、動作環境の物理的入力に対して「遠隔にある」トランスデューサを取り付けることを含む。一般的な遠隔トランスデューサには、関心の動作環境を暗黙的に定義する、ひずみゲージ、加速度計、変位センサが含まれるが、これらに限定されるものではない。次いで、車両が、同じ動作環境内で運転される一方、遠隔トランスデューサの応答（内部負荷および／または動き）が、レコード（記録）として記録される。振動システムに取り付けられた車両でのシミュレーション中に、振動システムのアクチュエータが、研究所内の車両上に、記録された遠隔トランスデューサの応答（すなわち、記録）を再現するよう、駆動される。
【０００３】
しかし、シミュレーション試験が起き得る前に、研究所内で、振動システムへの入力駆動信号と遠隔トランスデューサの応答との関係の特性が表れていなければならない。通常、この「システム識別（システムの同一性）」手順には、物理システム全体（たとえば、振動システム、供試体及び遠隔トランスデューサ）（以下、「物理システム」と呼ぶ）の各モデルまたは伝達関数を得ることと、その物理システムの逆モデルまたは伝達関数を計算することと、逆モデルまたは伝達関数を使用して、振動システムのための適切な駆動信号を繰返し得て、動作環境で見られるように、研究所の状況で供試体上の遠隔トランスデューサから同じ応答を実質的に得ることとが含まれる。（当業者なら理解されるであろうが、この適切な駆動信号を得るプロセスは、遠隔トランスデューサが試験システム入力から物理的に遠隔でない場合、たとえば、「遠隔」トランスデューサが、振動システム・コントローラの、力または動きなどのフィードバック変数である場合、変化しない。）
【０００４】
次いで、逆モデルをシミュレーション中に使用して、振動システムの制御のための駆動信号を得る。しかし、所望のシミュレーションに依存して、単一の逆モデルよりも多重領域逆モデルを得て、使用する方が良いであろう。たとえば、時間歴制御の下で、異なる逆モデルを、所望の時間歴入力の異なる領域のために使用する。通常、これには、時間歴の異なる領域のための制御アルゴリズムで異なる逆モデルを使用することが含まれる。しかし、制御アルゴリズムで異なる逆モデルを連続して実施することにより、不安定性やその他の意図されたものでない影響が生じる場合があり、これが、振動システムまたは供試体に損傷を与える原因となりかねない。したがって、これらの問題に対処するための改良が必要である。
【０００５】
［発明の概要］
物理システムのモデルの形式を使用して、物理システムを制御するための方法および装置には、第１のモデル下での動作から第２のモデル下での動作までの遷移期間中に物理システムの第１のモデルおよび第２のモデルに入力を印加することが含まれる。入力は、第１のモデルおよび第２のモデルに印加されるとき遷移期間中にテーパ状にされる。第１のモデルおよび第２のモデルからの出力が、遷移期間中に組み合わされて、物理システムを制御する。上記方法及び装置のためのコンピュータ読取り可能媒体もまた、提供できる。
【０００６】
［実施形態の例の詳細な説明］
図１は、物理システム１０を示す図である。物理システム１０は、一般に、サーボ・コントローラ１４とアクチュエータ１５とを備えた振動システム１３を含む。図１の概略図では、アクチュエータ１５は、適切な機械的インターフェイス１６を通じて供試体１８に結合された１つまたは複数のアクチュエータを表す。サーボ・コントローラ１４は、アクチュエータ指令信号１９をアクチュエータ１５に与え、次いで、アクチュエータ１５が、供試体１８を励起する。適切なフィードバックｌ５Ａが、アクチュエータ１５からサーボ・コントローラ１４に与えられる。変位センサ、ひずみゲージ、加速度計及び類似のもののような、供試体１８上の、１つまたは複数の遠隔トランスデューサ２０が、測定されたまたは実際の応答２１を与える。物理システム・コントローラ２３が、実際の応答２１をフィードバックとして受け取り、駆動１７を物理システム１０への入力として計算する。以下に記載する反復プロセスでは、物理システム・コントローラ２３は、２２で与えられる所望の応答と供試体１８上の遠隔トランスデューサ２０の実際の応答２１との比較に基づいて、物理システム１０のための駆動１７を発生する。単一のチャネルの場合が、図１に例示してあるが、Ｎ個の応答成分を含む応答２１とＭ個の駆動成分を含む駆動１７とを有する、多重チャネルの実施形態は、典型的であり、そしてそれは、本発明の別の実施形態と考えられる。
【０００７】
物理システムが振動システム１３と遠隔ランスデューサ２０とを備えた形が、本明細書に記述されているが、以下に記述する本発明の態様を、他の物理システムに適用できる。たとえば、製造プロセスにおいて、物理システムは製造機械（たとえば、プレス機、鋳型装置、成形機など）を含み、駆動１７は指令信号を前記機械に与え、実際の応答２１は限界寸法などの、製造物品の手動または自動被測定パラメータを備える。別の例には、物理システムが処理工場であり、そして実際の応答２１が製品を出力することに関連する中間または最終パラメータを備える、石油精製所が含まれる。図２および関連記載箇所では、本発明を実施できる、適切な計算環境を簡単に概説する。必要とされるものではないが、物理システム・コントローラ２３は、少なくとも一部、コンピュータ３０によって実行される、プログラム・モジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的なコンテキストにおいて説明される。一般に、プログラム・モジュールには、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象データ・タイプを実行する、ルーチン・プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造などが含まれる。プログラム・モジュールが、ブロック図および流れ図を使用して、以下に例示されている。当業者なら、ブロック図および流れ図をコンピュータ実行可能命令に実現できよう。さらに、本発明が、マルチプロセッサ・システム、ネットワーク化されたパーソナル・コンピュータ、ミニ・コンピュータ、メイン・フレーム・コンピュータ及び類似のものを含む、他のコンピュータシステム構成とともに実施することができることを、当業者なら理解されるであろう。本発明はまた、タスクが、通信ネットワークを通じてリンクされている遠隔処理装置によって実行される、分散型計算環境内で実施することもできる。分散型コンピュータ環境では、プログラム・モジュールを、ローカルおよび遠隔記憶装置内の両方に配置しておくことができる。
【０００８】
図２に例示されているコンピュータ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３２と、メモリ３４と、メモリ３４を含むさまざまなシステム構成要素をＣＰＵ３２に結合するシステム・バス３６とを有する従来のパーソナルまたはデスクトップ・コンピュータを備える。システム・バス３６は、さまざまなバス・アーキテクチャのいずれかを使用する、メモリバスまたはメモリ・コントローラ、周辺バス及びローカル・バスを含む、いくつかのタイプのバス構造のいずれかであり得る。メモリ３４は、読取専用メモリ（ＲＯＭ）とランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）とを含む。スタートアップ中などに、コンピュータ３０内の構成要素間で情報を転送するのに役立つ基本ルーチンを含む基本入出力（ＢＩＯＳ）が、ＲＯＭ内に格納されている。ハード・ディスク、フロッピィ・ディスク・ドライブ（登録商標）、光ディスク・ドライブなどの記憶装置３８が、システム・バス３６に結合されて、プログラムおよびデータを格納するために使用される。磁気カセット、フラッシュ・メモリ・カード、ディジタル・ビデオ・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ、読取専用メモリなどの、コンピュータからアクセス可能なその他のタイプのコンピュータ読取り可能媒体も記憶装置として使用できることは、当業者なら理解されるであろう。一般的に、プログラムが、添付データの有無にかかわらず、少なくとも１つの記憶装置３８からメモリ３４内にロードされる。
【０００９】
キーボードやポインティング・デバイス（マウス）などの入力装置４０により、ユーザがコマンドをコンピュータ３０に与えることができる。モニタ４２またはその他のタイプの出力装置が、適切なインターフェイスを介してシステム・バス３６にさらに接続され、そしてユーザにフィードバックを与える。所望の応答２２を、モデムなどの通信リンクを通じて、または記憶装置３８の取り外し可能媒体を通じて、コンピュータ３０への入力として与えることができる。駆動信号１７は、コンピュータ３０によって実行されるプログラム・モジュールに基づき、かつコンピュータ３０を振動システム１３に結合する適切なインターフェイス４４を通じて、図１の物理システム１０に与えられる。インターフェイス４４はまた、実際の応答２１も受け取る。
【００１０】
本発明について記述する前に、物理システム１０をモデル化し、それに印加する駆動１７を得るための既知の方法についても、詳細に検討することが有益であろう。試験車両に関して以下に記述するが、この従来の技術による方法および以下に記載する本発明が、車両のみを試験することに限定されるのではなく、他のタイプの供試体およびその下部構造または構成要素でも使用できることを理解されたい。その上、スペクトル分析ベースのモデリング推定および実施を想定して説明が行われるが、そうであっても他のいくつかの数学的技術（たとえば、適応逆制御（ＡＩＣ）タイプのモデル、自己回帰外生的（Ａｕｔｏ　Ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ　Ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ）（ＡＲＸ）及び状態空間タイプのモデルのようなパラメトリック回帰技術、又はそれらの組合せ）によって操作（演算）は行うことができる。
【００１１】
図３Ａを参照すると、ステップ５２で、試験車両に遠隔トランスデューサ２０が取り付けられる。ステップ５４で、車両は、関心の実際の動作環境におかれ、そして遠隔トランスデューサの応答が、測定されそして記録される。たとえば、車両を、道路またはテストコース上で運転できる。測定される遠隔トランスデューサの応答は、通常、アナログであるが、一般に既知のように、アナログ／ディジタル変換器を通じて、ディジタル・フォーマットでコンピュータ３０内に格納される。
【００１２】
次に、識別（同一性）フェーズでは、物理システム１０の入力／出力モデルが決定される。この手順には、ステップ５６で、物理システム１０への入力として駆動１７を与えることと、出力として遠隔トランスデューサの応答２１を測定することとが含まれる。モデル推定のために使用される駆動１７は、選択された帯域幅にわたる周波数成分を含むランダムな「白色雑音」であり得る。ステップ５８では、物理システム１０のモデルの推定値が、印加された入力駆動、およびステップ５６で得られた遠隔トランスデューサの応答に基づいて計算される。一実施形態では、このことは、「周波数応答関数」（ＦＲＦ）として、一般に知られている。数学的には、ＦＲＦは、それぞれのエレメントが周波数依存の複素変数（利得および位相対周波数）である、Ｎ×Ｍマトリクスである。マトリクスの列は入力に対応し、行は出力に対応する。当業者なら理解されるであろうが、ＦＲＦはまた、物理システム１０または物理システム１０に実質的に類似の他のシステムを使用して、従来の試験から直接に得ることもできる。
【００１３】
ステップ６０で、遠隔応答の関数として物理駆動１７を決定するために、逆モデルＨ（ｆ）−１が必要とされる。当業者なら理解されるであろうが、逆モデルを直接に計算することができる。また、本明細書で使用されるように、用語「逆」モデルは、非正方形のＮ×ＭシステムのためのＭ×Ｎ「擬似逆」モデルを含む。
【００１４】
従来の技術では、この時点で、本方法は、図３Ｂおよび、一部、図４Ａに例示されている反復フェーズに入り、所望の遠隔トランスデューサの応答２２（以下、「所望の応答」と呼ぶ）を理想的に複製する実際の応答２１を生成する駆動１７を得る。逆物理システム・モデルＨ（ｆ）−１は、７２で表され、一方物理システム（振動システム、試験車両、遠隔トランスデューサ及び計測装置）は１０で表される。図３Ｂを参照すると、ステップ７８で、逆モデル７２が、初期駆動１７ｘ１（ｔ）を決定するために、目標応答修正７７に適用される。目標応答修正７７は、大部分の場合緩和ゲイン係数９５によって減少するものの、初期駆動のための所望の応答２２であり得る。次いで、ステップ８０で、逆モデル７２からの計算された駆動１７ｘ１（ｔ）が、物理システム１０に印加される。次いで、ステップ８６で、印加された駆動１７ｘ１（ｔ）への物理システム１０の、実際の遠隔トランスデューサの応答２１（以下、「実際の応答」と呼ぶ）ｙ１（ｔ）が得られる。物理システム１０全体が線形である（１単位の緩和ゲイン９５を可能にする）場合は、初期駆動１７ｘ１（ｔ）を必要な駆動として使用できる。しかし、物理システムは通常非線形であるので、正しい駆動１７は、反復プロセスによって到達しなければならない。（当業者なら理解されるであろうが、類似の物理システムのための前の試験で使用された駆動１７を初期駆動として使用できる。）
【００１５】
反復プロセスには、初期駆動ｘ１（ｔ）の結果として生じる第１の実際の応答ｙ１（ｔ）を記録することと、それを所望の応答２２と比較することと、ステップ８８でその差として応答誤差８９Δｙ１を計算することとが含まれる。（第１の実際の応答信号ｙ１（ｔ）は、図４Ａの８７で与えられる。）応答誤差８９Δｙ１は、ステップ９０で、あらかじめ選択された閾値と比較され、そして応答誤差８９が閾値を超える場合は、反復が実行される。具体的には、応答誤差８９Δｙ１は、緩和ゲイン係数９５によって減少されて、新しい目標応答修正７７を与える。この実施形態では、逆伝達関数Ｈ（ｆ）−１が、新しい目標応答修正７７に適用されて、第１の駆動ｘ１（ｔ）ｌ７Ａに加えられる駆動修正Δｘ２９４（ステップ９１）を生成して、ステップ９２で第２の駆動ｘ２（ｔ）１７を与える。応答誤差８９が応答のすべてのチャネル上にあらかじめ選択された閾値未満になるまで、反復プロセス（ステップ８０〜９２）を繰り返す。次いで、所望の応答２２の所定の閾値内にあった応答２１を生成した最後の駆動１７を使用して、供試体での試験を実行できる。
【００１６】
記述したように、応答誤差８９Δｙは、一般に、緩和ゲイン係数（または反復ゲイン）９５によって減少して、目標応答修正７７を形成する。反復ゲイン９５は、反復プロセスを安定化し、そして収斂速度と反復オーバシュートとの兼ね合いをとる。さらに、反復ゲイン９５は、物理システム１０内に存在する非線形性のために、試験車両が反復プロセス中に過負荷にされる可能性を最小限に押さえる。当業者なら理解されるであろうが、反復ゲインを、駆動修正９４Δｘおよび／または応答誤差８９に適用できる。図４Ａでは、記憶装置３８を使用して、所望の応答２２と、反復プロセス中の実際の応答２１および前の駆動１７Ａを格納することができることに留意されたい。もちろん、メモリ３４も使用可能である。また、破線９３が示すように、逆モデル７２は、物理システム１０の逆の推定である。上記に記載したように、図４Ａのブロック図は、ミネソタ州イーデンプレーリ（Ｅｄｅｎ　Ｐｒａｉｒｉｅ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）にあるＭＴＳ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＲＰＣＩＩＩ（登録商標）に含まれるものなどの市販されているソフトウェア・モジュールを使用して、当業者によって実施できる。
【００１７】
この時点で、駆動を計算するための従来の技術による修正された方法についても、記載できる。修正された従来の技術による方法には、図３Ａに例示した識別（同一性）フェーズのステップと、図３Ｂに例示した反復フェーズのステップの多くとが含まれる。便宜上、修正された方法の反復ステップが、図３Ｃに例示され、かつ、一部、図４Ｂのブロック図によって例示されている。図４Ｂに例示されているように、目標応答修正７７の計算は、同じである。しかし、実際の応答２１と所望の応答２２の間の応答誤差８９が、選択された閾値より大きい場合は、ステップ９７で、目標応答修正７７が、前の目標応答７９Ａに加えられて、現在の反復のための新しい目標応答７９を得る。逆モデル７２が、目標応答７９に適用されて、新しい駆動１７を得る。図４Ｂに例示されているように、反復ゲイン９５を上記に記載した理由で使用できる。
【００１８】
図５は、統計的に定常でない道路表面からの遠隔トランスデューサの応答データの時間歴記録の例を示す実体図１３０であり、第１のセクション１３２は連続したくぼみを示し、第２のセクション１３４は丸石を示し、第３のセクション１３３は平坦な舗装道路を示す。例示されているように、平坦な舗装道路は、くぼみと丸石の間にあるが、また丸石の後に、このような領域が連続している必要はない。たとえば、丸石の領域は、連続していない部分を有することもあり得る。一般的に、図４Ａおよび図４Ｂに例示されているように、本発明の一態様が、領域間テーパ状化機能付きの多重領域コンボルバ１４０である。多重領域コンボルバ１４０により、複数のモデルまたは逆モデルを使用でき、そこにおいて、モデルまたは逆モデルが、時間歴の特定の領域とともに使用される（たとえば、領域１３２〜１３４について、２つまたはそれ以上のモデルまたは逆モデル）。領域間テーパ状化（ｉｎｔｅｒ−ｒｅｇｉｏｎ　ｔａｐｅｒｉｎｇ）により、モデル間または逆モデル間の滑らかな遷移が提供され、それにより、振動システムまたは供試体への損傷の可能性が最小限に押さえられる。
【００１９】
図６は、領域間テーパ状化機能付きの多重領域コンボルバ１４０を例示する図である。一般に、多重領域の畳込みの使用が、当業界で既知である。図５の時間歴記録１３０に関して、記録１３０の一意の領域のそれぞれのために、逆モデルを作成できる。たとえば、第１の逆モデルＨ−１１を領域１３２のために使用し、第２の逆モデルＨ−１２を領域１３４のために使用し、逆モデルＨ−１３を領域１３３のために使用する。それぞれの逆モデルには、テーパード・ゲート・モジュールＧ１（１５１）とＧ２（１５２）とＧ３（１５３）と（すなわち、対応するモデルＨｋまたは逆モデルＨ−１ｋを有する、それぞれの対応する一意の領域Ｒｋのための１つのテーパード・ゲート・モジュールＧｋ（１６１〜１６３））が含まれる。
【００２０】
一括して、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、およびＨ−１２、Ｈ−１２、Ｈ−１３が、領域間をテーパ状化する組立体（領域間テーパ状化組立体）を備える多重領域コンボルバ１４０を備える。図５に例示されているように、３つの領域が３つの対応するゲート・モジュールおよび３つの逆モデルとともに表されているが、本明細書に記述した技術を、ゲート・モジュールとモデルとの１対１の対応を与える必要のない、「Ｎ個の」領域にまで拡張することができることに留意されたい。
【００２１】
図４Ａでは、多重領域コンボルバ１４０への入力信号は、目標応答修正７７を有し、かつ例示されているように、テーパード・ゲート・モジュールＧ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれに印加される。それぞれのテーパード・ゲート・モジュール１５１〜１５３が、それぞれの領域Ｒｋの外側の０．０の値から領域Ｒｋの内側の１．０の値まで滑らかにテーパ状になるテーパ状化関数（ｔａｐｅｒｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ）によって入力信号を乗算する。言い換えれば、それぞれのテーパード・ゲート・モジュール１５１〜１５３が、入力信号をフィルタリングして、それを、それぞれの各領域のために使用されている逆モデルＨ−１１（１６１）、Ｈ−１２（１６２）、Ｈ−１３（１６３）のそれぞれに正しく印加するようにする。テーパ状化関数は、時間とともに、好ましくは、滑らかに、値を変更するどのような形式もとることができ、従って、線形、または、所望の場合は、非線形であり得る。特定のテーパ状化関数には、半正矢（ヘイバーサイン）、傾斜、多項式などを含むことができる。一実施形態では、テーパ状化関数は、
テーパリング・アップ（０．０−１．０）については、
【数１】
α−ｓｉｎ（２πα）／２π　　　　　ＥＱ．１
または、
テーパリング・ダウン（１．０−０．０）については、
【数２】
（１−α）−ｓｉｎ（２π（１−α））／２π　　ＥＱ．２
によって定義されたサイクロイド関数の形式をとることができる。
【００２２】
図７は、等式ＥＱ．１によって定義されたテーパ状化関数の形を示した図である。ＥＱ．２のためのテーパ状化関数は似ている（鏡像）。前記の等式では、数量αは、領域の中央にある時間変数、または区間終点ｔｋ、±、以下の等式に従って、パラメータである数δ、テーパ状化区間を表す。
【００２３】
【数３】
2004509420.tif 000003
【００２４】
たとえば、図８は、時間、２．０〜３．０および６．０〜７．０秒から構成される領域のための、テーパード・ゲート関数１５５を例示した図である。図９は、これらの領域のためのテーパード・ゲート・モジュールへの仮定の入力信号１５７を例示した図であり、図１０は、図９のプロフィールを有するテーパード・ゲート・モジュールを入力信号を通した結果１５９を例示した図である。
【００２５】
一実施形態では、テーパリング・アップ関数がテーパリング・ダウン関数の相補形であるので、遷移期間中の任意の所与の瞬間に、テーパリング・アップ関数とテーパリング・ダウン関数の値の和が、１．０に等しくなるが、他の実施形態では、テーパリング・アップ関数とテーパリング・ダウン関数の値の和が、遷移期間中に変化することがあることに留意されたい。その上、和が、１．０を超える場合も未満の場合もあるが、１．０を超える値は、一般的には、好ましくない。なぜなら、このような状態により、１つのモデルから次のモデルへの遷移に関連する問題が悪化する恐れがあるためである。
【００２６】
図４Ａに例示されているように、それぞれのテーパード・ゲート・モジュール１５１〜１５３、Ｇｋは、逆モデルＨ−１ｋとともにテーパード・ゲート・モジュールの出力を畳込む対応の逆モジュール１６１〜１６３、Ｈ−１ｋに接続される。すべての逆モデルＨ−１１、Ｈ−１２、Ｈ−１３からの出力が加算されて、組み合わされた信号、本明細書では、駆動修正９４を得る。
【００２７】
入力信号を、意図した使用範囲外にゼロの値を持つテーパ状化関数を有するゲート・モジュール１５１〜１５３のそれぞれに同時に印加できるが、入力信号は、ゲート・モジュール１５１〜１５３に印加でき、したがって、逆モジュール１６１〜１６３にも印加でき、それにより、出力信号が、組み合わされたとき、上記に記載したように、あたかも入力信号が同時に印加されたかのような形になることにも留意すべきである。たとえば、入力信号、またはその関連部分のみを、そこに格納され、後に適切に組み合わされる出力とともに、別個にまたは順次に処理されて、あたかも入力信号が同時に印加されたかのように、同じ出力信号を実現することができる。
【００２８】
図４Ａは、周知の実装形態内での多重領域コンボルバ組立体１４０の使用を例示した図である。多重領域コンボルバ組立体１４０は、以下の実施形態のところで以下に記述するような、このシステムの変形形態とともに使用することもできるという点で、これは単に一実施形態の例に過ぎないことを理解されたい。一般的に、多重領域コンボルバ組立体１４０は、物理システムの順モデル（Ｈ）または物理システムの逆モデル（Ｈ−１）に適用できる。上記に記載したように、負数の順または逆モデルが、所望の記録の異なる領域に使用され、一方テーパ状化ゲート・モジュールにより、適切な順または逆モデルが記録内の任意の所与の瞬間に使用されていること（２つの順または逆モデルが、任意の遷移期間内で使用されていることがあるが）と、１つのモデルから次のモデルへの滑らかな遷移が得られることとが確実になる。以下に記述する実施形態の多くにおいて、順または逆モデル修正値が、反復中に得られ、格納され、使用されて、順または逆モデルを改良する。特に、多重領域コンボルバ組立体１４０は、以下に記述する静的構成要素９８Ａまたは１７２Ａのそれぞれに取って代わることができる。あるいは、多重領域コンボルバ組立体９９は、一括して、モデル１７２または逆モデル９８のそれぞれに取って代わることができる。
【００２９】
図４Ａおよび４Ｂに例示されているように、さらなる実施形態では、本システムは、反復プロセスのそれぞれのステップ中に動作して物理システム逆モデル７２を改良する調整器１００を備える。図４Ａに例示されているように、調整器１００は、単に応答誤差８９の単純な関数として（すなわち、図４Ｂの、前の目標情報７９Ａなしで）目標応答修正７７を直接に受け取る逆モデル７２を修正し、そしてそこでは、物理システム駆動１７は、前の駆動１７Ａと組み合わさって駆動修正９４を有する。逆に、図４Ｂに例示されているように、逆モデル７２は、目標応答修正７７と前の目標応答７９Ａの組合せとして目標応答７９を受け取り、駆動１７は、逆モデル７２を適用することによって直接に得られる。図４Ｂの場合は、調整器１００は、図４Ａと概念上同一の方式で、逆モデル７２を修正する。しかし、図４Ａおよび図４Ｂの構成により、異なる信号が、それぞれが固有の状況上の利点を有する仮想同一性モデル化プロセスで使用可能となる。さらに、調整器１００はまた、反復方式で動作することもできる。
【００３０】
図４Ａおよび図４Ｂの例では、調整器１００が、逆モデル１６１〜１６３のそれぞれについて設けられる。別の実施形態では、同じ調整器が、逆モデル１６１〜１６３のそれぞれのために使用でき、その場合、図４Ａおよび４Ｂでは、調整器が、逆モデル１６１〜１６３のそれぞれに適用されることが分かる。
【００３１】
図１１は、物理システム１０を制御して、所望の応答２２に理想的に一致する、実際の応答２１を生成する方法を例示した図である。本方法は、物理システム１０の別個の領域のための逆モデル９８（たとえば、逆伝達関数Ｈ（ｆ）−１）を生成することを含み、そこにおいては、逆モデル９８が目標応答７９に適用されて、記録のそれぞれの領域のための実際の応答２１として、物理システム１０から所望の応答２２を生成するよう意図された駆動１７を得る。図４Ｂと同様に、目標応答修正７７は、逆モデル９８が目標応答７９に適用されて、完全な駆動１７を実現するときに、前の目標応答７９Ａと組み合わされることができる。あるいは、逆モデル９８は、目標応答修正７７に直接に適用されて、駆動修正９４を実現し、次いで、それは、続いて、図４Ａと同様の方式で、前の駆動１７Ａ組み合わされて、物理システム１０のための新しい駆動１７を与えることができる。
【００３２】
再び、図１１を参照すると、調整器１００は、物理システム１０と組み合わせて、逆モデル９８の同一性の品質をチェックする仮想同一性システム・モデラを備えることができる。逆モデル９８と物理システム１０の組合せは、仮想同一性システム９６として示されている。同一性の品質は、仮想同一性システム・モデラ１００によって測定されて、物理システム１０の動作特性に対する物理システム１０モデルの精度を評価する。この実施形態では、同一性の品質が、逆システム・モデル９８との物理システム１０の直列接続を介して測定される。逆システム・モデル９８が物理システム１０に全く一致する場合、同一性の品質の計算は、理想的な逆システム・モデル推定を示す同一性の結果を生成する。
【００３３】
このアプローチの利点は、仮想同一性システムの品質を向上させる物理システム逆モデルに対する予想修正のモデルが、逆モデル自体より簡単な形式をとることができることである。その結果、逆システム・モデル全体の新しい推定より、モデル修正を得ることの方がはるかに容易になる。このアプローチにより、このような修正モデル推定（たとえば、目標応答と実際の応答間のＦＲＦ）の簡単明瞭なアルゴリズムの公式化ができる。このモデル化技術の簡単な形式により、より小さいセグメントのより雑音の多いより相関のあるデータが使用できるようになり、それにより、非パラメトリック（スペクトル分析など）またはパラメトリック（ＡＲＸなど）のモデル化方法のための適応環境において利点が提供される。
【００３４】
図１１の一実施形態では、位置「Ｇ」でスイッチ１０１Ａおよび１０１Ｂを備え、仮想同一性システム・モデラ１００は、目標応答７９と実際の応答２１とを比較する。別の実施形態では、位置「Ｌ」でスイッチ１０１Ａおよび１０１Ｂを備え、仮想同一性システム・モデラ１００は、目標応答修正７７と、連続反復のために物理システム１０に対して駆動１７を適用することから得られた実際の応答修正１０３とを比較する（応答ｙｉと応答ｙｉ−１との差）。いずれの実施形態においても、仮想同一性システム・モデラ１００は、続いて、反復から反復までの同一性の品質の関数として逆モデル９８を適応させる。言い換えれば、仮想同一性システム・モデラ１００は、出力として、モデル（たとえば、ＦＲＦ）修正値１０４を与えて、記録のそれぞれの領域のために逆モデル９８内に存在する値の少なくともいくつかを調整する。これらの実施形態の両方において、修正値１０４が、仮想同一性システムによって促進された自然な単純化によって、チャネル毎に導出される。次いで、修正値１０４が適用されるときには、一般に、逆モデル９８のすべての項が変化するものの、交差結合の効果は、修正値１０４の一部を形成しない。しかし、これらの実施形態は、交差結合する項のいくつかまたはすべてを修正値１０４に含めるオプションを排除するものではない。
【００３５】
スイッチ１０１Ａおよび１０１Ｂが、仮想同一性システム・モデラ１００に与えられるデータのタイプの選択を表しており、通常は、物理的電気スイッチではないことを理解されたい。むしろ、スイッチ１０１Ａおよび１０１Ｂは、選択されたデータを取得し、仮想同一性システム・モデラ１００に与えるために使用されるソフトウェア・ルーチンまたはモジュールを表す。
【００３６】
図１１では、逆モデル９８は、静的逆モデル構成要素９８Ａと調整可能構成要素９８Ｂとを含む。静的構成要素９８Ａは、上記に記載したように、逆モデル７２と類似している。たとえば、静的構成要素９８Ａは、ステップ５８（図３Ａ）で、順モデルＨ（ｆ）の逆をとることによって計算された逆モデルＨ（ｆ）−１であり得る。逆モデルの静的構成要素９８Ａは、通常、交差結合の効果を含むＭ×Ｎマトリクスを有し、ここで、Ｍは入力（駆動１７）の数であり、Ｎは出力（実際の応答２１）の数である。
【００３７】
調整可能構成要素９８Ｂは、記録のそれぞれの領域のための現在の動作条件に逆モデル９８を反復して適応する目的で、逆モデル修正値１０４を仮想同一性システム・モデラ１００から受け取る。一実施形態では、調整可能構成要素９８Ｂは、対角にあるＮチャネルのそれぞれのための修正値とゼロに等しい他のすべての値（対角からはずれた）とを含むＮ×Ｎマトリクスを有する。
【００３８】
別の実施形態が、図１２に例示されている。目標応答７９（または目標応答修正７７）が順方向反復制御ループ内に存在しない場合については、それは、図１２で明らかにされているように、数学的等価性を用いて明確に計算できる。図１２では、駆動１７が、物理システム１０と、物理システム１０の順モデル１７２とに印加されるが、ここでは、仮想同一性システムが、破線１７５で示されている。仮想同一性システム１７５が、図１１の仮想同一性システム９６に対して数学的に等価であることが分かる。
【００３９】
物理システム１０からの実際の応答２１および順モデル１７２からのモデル化された目標応答１７６が、仮想同一性システム・モデラ１００に与えられる。一実施形態では、信号１７６がスイッチ１７７Ａの位置により図１１の信号７９または信号７７のいずれかに等しいので、仮想同一性システム・モデラ１００は、実際の応答２１とモデル化された目標応答１７６との間のスペクトル分析を実施して、仮想同一性システム１７５の同一性の品質をチェックする。仮想同一性システム・モデラ１００は、続いて、記録のそれぞれの領域のための同一性の品質の関数として、しかるべく、モデル１７２を調整する。
【００４０】
例示されている実施形態では、モデル１７２は、記録のそれぞれの領域のための、静的構成要素１７２Ａと調整可能構成要素１７２Ｂとを含む。静的構成要素１７２Ａは、図３Ａのステップ５８毎に得られることができる。静的構成要素１７２Ａは、通常、交差結合する項を含むＮ×Ｍモデルを備える。
【００４１】
仮想同一性システム・モデラ１００は、修正値１０４をそれぞれの調整可能構成要素ｌ７２Ｂに与える。一実施形態では、調整可能構成要素１７２Ｂは、Ｎ×Ｎ対角モデルを備える。
【００４２】
図１１と同様の方式で、スイッチ１７７Ａおよび１７７Ｂにより、仮想同一性システム・モデラ１００への入力が、モデル化された目標応答および実際の応答、またはモデル化された目標応答修正および実際の応答修正のいずれかになることができる。スイッチ１７７Ａおよび関連加算器と記憶装置もまた、例示されている駆動１７上で動作するのではなく、静的モデル１７２Ａと調整可能構成要素１７２Ｂとの間のデータ経路に適用できることが、当業者なら理解されるであろう。同様に、スイッチ１７７Ａおよび関連加算器と記憶装置もまた、ある状況下では、モデル化された目標応答１７６に適用できる。
【００４３】
本発明から利益を得ることのできる仮想同一性システム・モデラ１００および他の実施形態についての完全な説明が、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／０１２３３（１９９９年１月２１日出願）に記述されており、その全体を本明細書に組み込んである。
【００４４】
本発明を、好ましい実施形態を参照しながら記述してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、形式上および詳細上の変更形態が可能であることは、当業者なら理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明を行うための環境の例を示すブロック図である。
【図２】
図２は、本発明を実施するためのコンピュータを示す図である。
【図３】
図３Ａは、振動試験の、従来の技術による方法の識別フェーズに含まれるステップを示す流れ図である。
図３Ｂは、振動試験の、従来の技術による方法の反復フェーズに含まれるステップを示す流れ図である。
図３Ｃは、振動試験の、従来の技術による方法の別の反復フェーズに含まれるステップを示す流れ図である。
【図４】
図４Ａは、本発明による多重領域コンボルバを備えた振動システムのための駆動信号を得るための反復プロセスを詳細に示すブロック図である。
図４Ｂは、本発明による多重領域コンボルバを備えた振動システムのための駆動信号を得るための別の反復プロセスを詳細に示すブロック図である。
【図５】
図５は、多重領域記録を示す実体図である。
【図６】
図６は、多重領域コンボルバを示す一般的ブロック図である。
【図７】
図７は、テーパ状化関数の例を示す実体図である。
【図８】
図８は、テーパード・ゲート関数の例を示す実体図である。
【図９】
図９は、入力信号の例を示す実体図である。
【図１０】
図１０は、テーパード・ゲート関数への入力信号の適用形態から得られる出力信号を示す実体図である。
【図１１】
図１１は、調整器を備えた多重領域コンボルバを示す一般的ブロック図である。
【図１２】
図１２は、調整器を備えた多重領域コンボルバを示す別の一般的ブロック図である。
【図１】
2004509420.tif 000004
【図２】
2004509420.tif 000005
【図３】
2004509420.tif 000006
2004509420.tif 000007
2004509420.tif 000008
【図４】
2004509420.tif 000009
2004509420.tif 000010
【図５】
2004509420.tif 000011
【図６】
2004509420.tif 000012
【図１０】
2004509420.tif 000013
【図１１】
2004509420.tif 000014
【図１２】
2004509420.tif 000015
【国際公開パンフレット】
2004509420.tif 000016
2004509420.tif 000017
2004509420.tif 000018
2004509420.tif 000019
2004509420.tif 000020
2004509420.tif 000021
2004509420.tif 000022
2004509420.tif 000023
2004509420.tif 000024
2004509420.tif 000025
2004509420.tif 000026
2004509420.tif 000027
2004509420.tif 000028
2004509420.tif 000029
2004509420.tif 000030
2004509420.tif 000031
2004509420.tif 000032
2004509420.tif 000033
2004509420.tif 000034
2004509420.tif 000035
2004509420.tif 000036
2004509420.tif 000037
2004509420.tif 000038
2004509420.tif 000039
2004509420.tif 000040
2004509420.tif 000041
2004509420.tif 000042
2004509420.tif 000043
2004509420.tif 000044
2004509420.tif 000045
2004509420.tif 000046
2004509420.tif 000047
2004509420.tif 000048
2004509420.tif 000049
2004509420.tif 000050
2004509420.tif 000051
2004509420.tif 000052
2004509420.tif 000053
2004509420.tif 000054
2004509420.tif 000055
2004509420.tif 000056
2004509420.tif 000057
2004509420.tif 000058
2004509420.tif 000059
2004509420.tif 000060
2004509420.tif 000061
【国際調査報告】
2004509420.tif 000062
2004509420.tif 000063
2004509420.tif 000064