專利名稱：多輸入多輸出控制結(jié)構(gòu)的交互控制的制作方法
多輸入多輸出控制結(jié)構(gòu)的交互控制相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求在2011年2月14日提交的美國專利申請(qǐng)N0.13/026，823和在2010年9月29日提交的美國專利申請(qǐng)N0.12/893, 670的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用包含于此。


包含在本說明書中并且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并且與說明書一起說明本發(fā)明。在附圖中，圖1示出了用于使用H c 合成技術(shù)的傳統(tǒng)配置；圖2示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例和技術(shù)的示例性系統(tǒng)；圖3示出了可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方面的建模環(huán)境的示例性實(shí)現(xiàn)方式；圖4-6示出了可以應(yīng)用本發(fā)明的示例性實(shí)施例以調(diào)整控制器架構(gòu)的組件的示例性控制器架構(gòu)；圖7示出了本發(fā)明的示例性實(shí)現(xiàn)方式，該實(shí)現(xiàn)方式使用結(jié)構(gòu)化的控制器來與系統(tǒng)的H 00合成表示相結(jié)合地調(diào)整參數(shù)；圖8示出了用于與本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合使用的反饋回路的示例性期望回路形狀；
·
圖9示出了包括被控對(duì)象(plant)和控制器的示例性配置，該控制器具有可以應(yīng)用示例性技術(shù)以調(diào)整組件的可調(diào)整元素；圖10示出了用于可以使用本發(fā)明的實(shí)施例調(diào)整的多輸入多輸出控制問題的示例性期望回路形狀；圖11-14示出了用于顯示可以用于本發(fā)明的實(shí)施例的命令、對(duì)象和輸出的示例性界面；圖15示出了具有可以使用本發(fā)明的實(shí)施例調(diào)整的可調(diào)整組件的示例性控制器；圖16A和16B示出了用于顯示可以用于本發(fā)明的實(shí)施例的命令和/或輸出的示例性界面；圖17和18示出了包括可以使用本發(fā)明的實(shí)施例調(diào)整的可調(diào)整組件的示例性自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)；圖19示出了示例性界面，該示例性界面可以用于接收與圖17和18的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)相關(guān)的輸入和/或顯不與圖17和18的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)相關(guān)的輸出；圖20示出了調(diào)整圖17和18的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的組件的、可以用于本發(fā)明的實(shí)施例的示例性目標(biāo)回路形狀；圖21和22示出了用于接收與圖17和18的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)相關(guān)的輸入和/或顯示與圖17和18的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)相關(guān)的輸出的示例性界面；圖23示出了與圖17和18的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的示例性階躍響應(yīng)；圖24示出了可以用于評(píng)估與圖17和18的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的靈敏度函數(shù)的增益的圖；圖25示出了可以用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的示例性處理；
圖26示出了可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性架構(gòu)；以及圖27示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的分布式實(shí)施例的示例性系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式用于設(shè)計(jì)多輸入多輸出(MIMO)控制器的傳統(tǒng)手段可以包括被稱為H 00合成的技術(shù)。傳統(tǒng)的H QQ合成技術(shù)圖1示出了用于表示標(biāo)準(zhǔn)H c 合成技術(shù)的應(yīng)用的配置。圖1可以包括被控對(duì)象H(s) 110和控制器C(S) 120。在圖1中，標(biāo)準(zhǔn)H Oo合成計(jì)算最小化從輸入W130至輸出z 140的閉環(huán)峰值增益的控制器C (s) 120?？刂破鰿 (s) 120可以表示集中H ^ 控制器，該控制器可以作為黑盒工作(例如，用戶可能未準(zhǔn)備好訪問在黑盒內(nèi)的內(nèi)部表示XH(S) 110可以表示可以使用控制器C(S) 120控制的被控對(duì)象。被控對(duì)象H(S) 110可以是線性被控對(duì)象模型。傳統(tǒng)的H c 合成可以用于最小化用于系統(tǒng)100的閉環(huán)響應(yīng)(所謂的H c 規(guī)范)的峰值輸入/輸出增益。用戶可以具有用于控制問題的設(shè)計(jì)規(guī)范，該控制問題指定設(shè)計(jì)的方面或目標(biāo)，諸如用于被控對(duì)象H(S)的帶寬、滾降(roll-off)、過沖和/或穩(wěn)定裕度?；贖m合成的框架可以適用于幫助用戶實(shí)現(xiàn)規(guī)范；然而，極少用戶(諸如工程師)對(duì)于使用傳統(tǒng)的H c 技術(shù)舒適或熟練。例如，用戶可能發(fā)現(xiàn)將用戶熟悉的普通規(guī)范轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的H c 合成技術(shù)所需的標(biāo)準(zhǔn)化的閉環(huán)增益約束是乏味、不直觀和/或耗時(shí)的。另外，傳統(tǒng)的H c 合成工具和技術(shù)的技術(shù)限制可能進(jìn)一步妨礙和/或迷惑通常的用戶。傳統(tǒng)的H c 合成技術(shù)還可能對(duì)用戶來說是不期望的，因?yàn)樗鼈儾恢С钟脩舻耐ǔ５脑O(shè)計(jì)工作流程。另外，傳統(tǒng)的H c 合成技術(shù)將控制器C (s) 120看作黑盒，該黑盒不允許用戶容易地訪問控制器C(S) 120表示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部表示。而且，傳統(tǒng)的He 合成技術(shù)當(dāng)產(chǎn)生用于給定系統(tǒng)的C(S) 120時(shí)耦合獨(dú)立的輸入連接，并且在那些連接之間插入控制塊。該手段導(dǎo)致不表示從其得到C(S) 12 0的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的C(S) 120的結(jié)構(gòu)，這進(jìn)一步加劇了通常的用戶在使用傳統(tǒng)的H c 合成技術(shù)工作時(shí)面對(duì)的困難。例如，用戶可能期望能夠提供基本上實(shí)時(shí)的操作的設(shè)計(jì)工具(B卩，工具允許用戶交互地設(shè)計(jì)、修改和運(yùn)行設(shè)計(jì)的方面，而不遭遇過度地?zé)_用戶或不利地干擾用戶與設(shè)計(jì)工具的交互的處理延遲)。傳統(tǒng)的H c 合成技術(shù)可能因?yàn)槎鄠€(gè)原因而不支持交互操作。例如，傳統(tǒng)技術(shù)可能試圖當(dāng)在控制器C(S) 120上未施加特定結(jié)構(gòu)或順序約束時(shí)通過重復(fù)地求解一對(duì)黎卡提(Riccati)方程來計(jì)算最佳控制器。這些用于求解一對(duì)方程的重復(fù)的嘗試可能是耗時(shí)的并且在計(jì)算上昂貴的，這傾向于使得傳統(tǒng)的H c 合成技術(shù)是不期望的，特別是對(duì)于交互設(shè)計(jì)應(yīng)用而言。示例件摶術(shù)和實(shí)施例的概沭示例性實(shí)施例提供了一種新穎技術(shù)，該技術(shù)允許用戶使用直觀的用戶界面來用公式表示和求解多變量反饋控制問題。例如，示例性實(shí)施例允許用戶處理具有在控制系統(tǒng)中分布的、需要聯(lián)合調(diào)整的多個(gè)控制元素的控制問題。實(shí)施例可以例如包括在一個(gè)或多個(gè)反饋回路上分布的、需要聯(lián)合調(diào)整以最優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能和健壯性的控制元素。示例性實(shí)施例是可擴(kuò)展的，并且可以被應(yīng)用到具有實(shí)質(zhì)上任何數(shù)量的組件、回路和/或任何復(fù)雜度的控制問題。
示例性實(shí)施例可以利用類似于圖1但是允許用戶將控制器C(S)當(dāng)作白盒而不是黑盒的系統(tǒng)表示。例如，示例性實(shí)施例允許控制器C(S)包括塊對(duì)角結(jié)構(gòu)的排列，其中，在對(duì)角線上的塊本身具有某種固定結(jié)構(gòu)和復(fù)雜度。實(shí)施例可以包括下述配置:其中，塊對(duì)角僅表示可調(diào)整的組件，或者其中，塊對(duì)角表示可調(diào)整的組件和模型的一個(gè)或多個(gè)固定或已知?jiǎng)恿W(xué)(例如，固定/已知組件)。C(s)的另外的復(fù)雜度允許用戶以與被分析的系統(tǒng)的控制架構(gòu)一致的方式來表示控制器C(s)。示例性實(shí)施例可以使用非平滑He 優(yōu)化器來自動(dòng)地調(diào)整任意的MMO控制結(jié)構(gòu)。示例性技術(shù)將求解器專門化為其中C(S)包括塊對(duì)角結(jié)構(gòu)的H c 合成表示的典型結(jié)構(gòu)。示例性實(shí)施例和技術(shù)移除了當(dāng)試圖執(zhí)行MMO調(diào)整任務(wù)時(shí)由傳統(tǒng)技術(shù)帶來的阻礙。例如，示例性實(shí)施例和技術(shù)自動(dòng)化將控制架構(gòu)和控制器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適合于優(yōu)化器的成本函數(shù)和參數(shù)向量的過程。示例性實(shí)施例和技術(shù)還允許花費(fèi)不多地計(jì)算梯度(每一個(gè)迭代ο (N)，其中，N是參數(shù)的數(shù)量)，并且還允許以面向?qū)ο蟮姆绞絹碛?jì)算梯度，其中，每一個(gè)可調(diào)整塊類型(增益PID、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間、原參數(shù)等)向梯度提供其本身的貢獻(xiàn)。示例性實(shí)施例利用梯度，而不要求用戶如在傳統(tǒng)手段中進(jìn)行的那樣計(jì)算逐塊的梯度并且將它們組合在一起以獲得成本函數(shù)的整體梯度。傳統(tǒng)手段還可以是手動(dòng)難處理的(除了簡單的架構(gòu)之外)，并且與在本發(fā)明的方面中使用的技術(shù)相比在效率上相差數(shù)量級(jí)。本發(fā)明的示例性技術(shù)當(dāng)以計(jì)算硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)允許用戶交互地執(zhí)行MMO調(diào)整任務(wù)。例如，示例性實(shí)施例允許用戶使用標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)和諸如MATLAB技術(shù)計(jì)算和編程環(huán)境的技術(shù)計(jì)算環(huán)境來體驗(yàn)范圍從小于一秒至小于30秒的典型調(diào)整時(shí)間?？梢栽诙嗪嘶蚱渌愋偷亩嗵幚硌b置或環(huán)境中部署實(shí)施例，以減少處理時(shí)間。為了容易呈現(xiàn)，將結(jié)合線性控制系統(tǒng)論述本文所述的實(shí)施例；然而，本發(fā)明的實(shí)施例可以用于解決非線性控制問題。例如，示例性技術(shù)可以支持對(duì)于非線性控制設(shè)計(jì)的手段，包括但是不限于增益調(diào)度。示例件系統(tǒng)圖2示出了用于實(shí)施實(shí)施例的示例性系統(tǒng)200。系統(tǒng)200可以用于構(gòu)造包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)體的模型、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)用于該模型的PID控制器并且/或者從該模型生成代碼，例如，生成用于控制器的代碼。系統(tǒng)200可以包括計(jì)算機(jī)205、獲取邏輯210、操作系統(tǒng)215、建模環(huán)境220、模型230、輸入裝置240、顯示裝置250、模型表示260和被控對(duì)象270。在圖2中的系統(tǒng)是說明性的，并且系統(tǒng)200的其他實(shí)施例可以包括更少的裝置、更多的裝置和/或具有與圖2的配置不同的配置的裝置。計(jì)算機(jī)205可以包括執(zhí)行處理操作、顯示操作、通信操作等的裝置。例如，計(jì)算機(jī)205可以包括諸如一個(gè)或多個(gè)處理或存儲(chǔ)裝置的邏輯，其可以用于為用戶執(zhí)行和/或支持處理行為。計(jì)算機(jī)205的實(shí)施例可以包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、客戶機(jī)、服務(wù)器、大型計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、能夠使用網(wǎng)絡(luò)的蜂窩電話、智能電話、智能傳感器/致動(dòng)器或執(zhí)行指令以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)行為和/或產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)結(jié)果的其他計(jì)算或通信裝置。計(jì)算機(jī) 。數(shù)據(jù)可以指任何類型的機(jī)器可讀信息，該信息實(shí)質(zhì)上具有可以被適配來用在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中和/或用于一個(gè)或多個(gè)裝置的任何格式。數(shù)據(jù)可以包括數(shù)字信息或模擬信息。數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步被分組和/或不分組。
獲取邏輯210可以從計(jì)算機(jī)205外部的裝置獲取數(shù)據(jù)，并且可以使得該數(shù)據(jù)可用于計(jì)算機(jī)205。例如，獲取邏輯210可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器、復(fù)用器等，它們用于使得數(shù)據(jù)可用于計(jì)算機(jī)205。計(jì)算機(jī)205可以使用所獲取的數(shù)據(jù)來執(zhí)行建模操作、控制器設(shè)計(jì)行為等。操作系統(tǒng)215可以管理與計(jì)算機(jī)205相關(guān)聯(lián)的硬件和/或軟件資源。例如，操作系統(tǒng)215可以管理與接收用戶輸入、操作計(jì)算環(huán)境205、分配存儲(chǔ)器、對(duì)系統(tǒng)請(qǐng)求區(qū)分優(yōu)先次序等相關(guān)聯(lián)的任務(wù)。在一個(gè)實(shí)施例中，操作系統(tǒng)215可以是虛擬操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)215的實(shí)施例可以包括 Linux、Mac OS、Microsoft Windows、Solaris、UNIX 等。操作系統(tǒng) 215可以進(jìn)一步在可以由計(jì)算機(jī)205提供的虛擬機(jī)上運(yùn)行。建模環(huán)境220可以提供計(jì)算環(huán)境，該計(jì)算環(huán)境允許用戶執(zhí)行與學(xué)科相關(guān)的模擬或建模任務(wù)，該學(xué)科例如但是不限于數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)、商務(wù)等。建模環(huán)境220可以支持一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用，該一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用執(zhí)行指令來允許用戶構(gòu)造具有可執(zhí)行語義的模型。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，建模環(huán)境220可以允許用戶創(chuàng)建具有可執(zhí)行語義的自由形式的模型(例如，第一、第二、第三、第四、第五等級(jí)模型等)。建模環(huán)境220還可以支持基于時(shí)間、基于事件等的建模行為。模型230可以包括用于可執(zhí)行的文本或圖形模型的信息。例如，模型240可以包括用于可以是基于時(shí)間的模型、基于事件的模型、狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型、數(shù)據(jù)流模型、組件圖、實(shí)體流圖表、基于等式的語言圖表等的文本模型或圖形模型的信息。模型230的圖形實(shí)施例可以包括表示用于執(zhí)行操作的可執(zhí)行代碼的實(shí)體(例如，塊、圖標(biāo)等)?？梢詧?zhí)行用于該實(shí)體的代碼以使用模型來執(zhí)行模擬?？梢允褂帽硎居糜谠谀Ｐ椭袕囊粋€(gè)實(shí)體向另一個(gè)傳送數(shù)據(jù)的路徑的線來將實(shí)體連接在一起。

輸入裝置240可以接收用戶輸入。例如，輸入裝置240可以將用戶動(dòng)作或行為轉(zhuǎn)換為可以被計(jì)算機(jī)205解釋的信號(hào)或消息。輸入裝置240可以包括但是不限于鍵盤、指示裝置、生物計(jì)量裝置、加速計(jì)、麥克風(fēng)、照相機(jī)、觸覺裝置等。顯示裝置250可以向用戶顯示信息。顯示裝置250可以包括陰極射線管(CRT)、等離子體顯示裝置、發(fā)光二極管(LED)顯示裝置、液晶顯示(IXD)裝置等。如果需要，顯示裝置250的實(shí)施例可以被配置來(例如，經(jīng)由觸敏屏幕)接收用戶輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示裝置250可以向用戶顯示一個(gè)或多個(gè)圖形用戶界面(⑶I)。⑶I可以包括模型240和/或其他類型的信息。模型表示260可以包括模型230的視覺表示和/或由模型230提供的視覺表示，例如繪圖窗口。例如，模型表示260可以被向用戶顯示，并且可以包括通過線連接的多個(gè)實(shí)體。當(dāng)執(zhí)行模型230時(shí)，模型表示260可以改變以通過模型示出例如數(shù)據(jù)流。被控對(duì)象270可以包括向計(jì)算機(jī)205提供數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)裝置。例如，被控對(duì)象270可以包括使用諸如加速計(jì)、熱電偶、光電收發(fā)器、應(yīng)變儀等的傳感器監(jiān)控的引擎系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，獲取邏輯210可以以模擬或數(shù)字形式從被控對(duì)象270接收信號(hào)，并且可以將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于在計(jì)算機(jī)205中使用的形式。示例性建模環(huán)境圖3示出了建模環(huán)境220的示例性實(shí)施例。建模環(huán)境220可以包括模擬工具310、實(shí)體庫320、接口邏輯330、編譯器340、控制器邏輯350、優(yōu)化器360、模擬引擎370、報(bào)告引擎380和代碼生成器390。在圖3中所示的建模環(huán)境220的實(shí)施例是說明性的，并且在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，建模環(huán)境220的其他實(shí)施例可以包括更多實(shí)體或更少實(shí)體。模擬工具310可以是用于建立模型的應(yīng)用。模擬工具310可以用于建立具有可執(zhí)行語義的文本模型或圖形模型。在圖形模型的情況下，模擬工具310可以允許用戶對(duì)模型實(shí)體和/或連接進(jìn)行創(chuàng)建、修改、診斷、刪除等。模擬工具310可以與圖2或3中所示的其他實(shí)體交互，以接收用戶輸入、執(zhí)行模型、顯示結(jié)果、生成代碼等。模擬工具310可以向用戶提供:編輯窗口，用于構(gòu)造文本模型或與其交互；和/或，GUI，用于創(chuàng)建圖形模型或與其交互。實(shí)體庫320可以包括用戶可以向包括模型表示360的顯示窗口內(nèi)拖放的代碼模塊或?qū)嶓w(例如，塊/圖標(biāo))。在圖形模型的情況下，用戶可以使用連接來進(jìn)一步耦合實(shí)體，以產(chǎn)生系統(tǒng)的圖形模型，諸如被控對(duì)象370。接口邏輯330可以 允許建模環(huán)境220向/從裝置(例如，被控對(duì)象270、目標(biāo)環(huán)境等)或軟件模塊(例如，函數(shù)、應(yīng)用程序接口等)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)和/或信息。在一個(gè)實(shí)施例中，接口邏輯330可以將獲取邏輯310與建模環(huán)境220連接。編譯器340可以將模型編譯成可執(zhí)行格式?？梢栽谟?jì)算機(jī)205上執(zhí)行由編譯器340產(chǎn)生的編譯代碼以產(chǎn)生建模結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，編譯器340也可以提供用于診斷與模型相關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤的調(diào)試能力。控制器邏輯350可以用于在模型330中創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)控制器。例如，控制器邏輯350可以提供用于表示在模型表示260中的控制器的類型的實(shí)體的功能。當(dāng)模型執(zhí)行時(shí)，控制器邏輯350可以通過與模型表示260中的實(shí)體交互來對(duì)模型執(zhí)行控制操作。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器邏輯350可以包括在模型表示360中實(shí)現(xiàn)控制器的控制算法?？刂破鬟壿?50的實(shí)施例可以被配置來以單獨(dú)或分布實(shí)現(xiàn)方式運(yùn)行。優(yōu)化器360可以優(yōu)化模型的代碼、參數(shù)、性能(例如，執(zhí)行速度)等。例如，優(yōu)化器360可以優(yōu)化代碼以與在未優(yōu)化代碼的情況下該代碼執(zhí)行的情況相比較，使得該代碼占用更少的存儲(chǔ)空間，使得該代碼更有效地執(zhí)行，使得該代碼更快地執(zhí)行等。優(yōu)化器360也可以對(duì)控制器邏輯350執(zhí)行優(yōu)化，以例如優(yōu)化用于控制器的參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)化器360可以與編譯器340、控制器邏輯350、代碼生成器390等一起運(yùn)行或可以被集成到編譯器340、控制器邏輯350、代碼生成器390等內(nèi)。可以經(jīng)由軟件對(duì)象來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化器360的實(shí)施例，該軟件對(duì)象與其他面向?qū)ο蟮能浖换ィ岳缃邮諆?yōu)化器360所操作的數(shù)據(jù)。模擬引擎370可以執(zhí)行用于執(zhí)行模型以模擬系統(tǒng)的操作。模擬引擎370可以被配置來基于用戶偏好或系統(tǒng)偏好來執(zhí)行單獨(dú)或遠(yuǎn)程模擬。報(bào)告引擎380可以基于建模環(huán)境220中的信息來產(chǎn)生報(bào)告。例如，報(bào)告引擎380可以產(chǎn)生用于指示控制器是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的報(bào)告、用于指示控制器是否以穩(wěn)定方式運(yùn)行的報(bào)告、用于指示模型是否正確地編譯的報(bào)告等。報(bào)告引擎380的實(shí)施例可以以用于在顯示裝置250上顯示的電子格式、以硬拷貝格式和/或以適用于在存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的格式來產(chǎn)生 艮告。代碼生成器390可以從模型生成代碼。在一個(gè)實(shí)施例中，代碼生成器390可以接收第一格式的代碼，并且可以將該代碼從第一格式轉(zhuǎn)換成第二格式。在一個(gè)實(shí)施例中，代碼生成器390可以從模型的至少一部分生成源代碼、匯編語言代碼、二進(jìn)制代碼、接口信息、配置信息、性能信息、任務(wù)信息等。例如，代碼生成器390可以從模型生成C、C++、SyStemC、Java、結(jié)構(gòu)化文本等代碼。代碼生成器390的實(shí)施例可以進(jìn)一步從圖形模型(例如，系統(tǒng)建模語言(SysML)、可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)、實(shí)時(shí)和嵌入系統(tǒng)的建模和分析(MARTE)、硬件描述語言(HDL)、汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)(AUT0SAR)等)的一些或全部生成基于統(tǒng)一建模語言(UML)的表示和/或擴(kuò)展。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)化器370可以與代碼生成器390交互，以生成根據(jù)參數(shù)(例如，存儲(chǔ)器使用、執(zhí)行速度、多處理等)優(yōu)化的代碼。與本發(fā)明的原理一致的建模環(huán)境的實(shí)施例可以進(jìn)一步包括諸如驗(yàn)證組件、校驗(yàn)組件等的組件。本發(fā)明的實(shí)施例可以用于交互地以公式表示和求解多變量反饋控制問題，并且設(shè)計(jì)控制器以用在實(shí)質(zhì)上任何順序和/或延遲的非線性模型中。實(shí)施例可以被配置來使用精確的線性化技術(shù)以產(chǎn)生可以表示非線性模型的至少一部分的線性時(shí)間不變模型。示例件控制架構(gòu)例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以被應(yīng)用到具有多個(gè)組件并且具有一個(gè)或多個(gè)反饋回路的控制架構(gòu)，該多個(gè)組件除了別的之外可以包括以實(shí)質(zhì)上任何順序排列的控制器塊。圖4示出了可以應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的示例性控制架構(gòu)，S卩，在高攻擊角度模式中的F-14中使用的自動(dòng)駕駛儀。可以在GUI400中顯示該自動(dòng)駕駛儀，并且該自動(dòng)駕駛儀可以包含包括增益和時(shí)間常數(shù)的8個(gè)可調(diào)整參數(shù)。圖5示出了用于在蒸餾塔中使用的控制器的示例性架構(gòu)。圖5的控制器可以經(jīng)由⑶1500向用戶顯示，并且可以包括需要調(diào)整的四個(gè)比例積分(PI)增益和2X2增益矩陣。圖6示出了用于對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的俯仰與偏航控制的示例性架構(gòu)。圖6的架構(gòu)可以經(jīng)由⑶1600向用戶顯示，并且可以包括需要調(diào)整的三個(gè)PI控制器和兩個(gè)增益。如圖6所示，用于本發(fā)明的實(shí)施例的 ⑶〗可以包括多個(gè)界面，諸如窗口、窗格等。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以用于其他類型的架構(gòu)和與在圖4-6中和在本申請(qǐng)的其他位置所示的架構(gòu)相比更復(fù)雜或更不復(fù)雜的架構(gòu)。例如，實(shí)施例可以用于包括具有實(shí)質(zhì)上任何數(shù)量的固定和/或可調(diào)整組件的反饋布置或前饋布置的架構(gòu)。在此公開的示例性實(shí)施例和/或技術(shù)通過允許將結(jié)構(gòu)簡化為單個(gè)一般表示來允許任意控制結(jié)構(gòu)的有效調(diào)整。示例件典型結(jié)構(gòu)圖7示出了可以用于表示變換的任意控制結(jié)構(gòu)的示例性典型結(jié)構(gòu)。參見圖7，系統(tǒng)700可以經(jīng)由界面向用戶顯示，并且可以包括H(s) 710，H(s) 710可以是線性模型，該線性模型將控制系統(tǒng)的非調(diào)整(例如，固定的、不變的、沒有要調(diào)整的自由參數(shù)等)組件組合為單個(gè)集中模型。實(shí)施例可以適用于可以被簡化為線性模型(例如，分布式模型)的任何系統(tǒng)表不。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，H(S) 710可以表不系統(tǒng)的固定控制動(dòng)力學(xué)(例如，組件)。在一個(gè)實(shí)施例中，固定組件可以是不被調(diào)整的、不包括可以變化的自由參數(shù)等的組件。系統(tǒng)700可以進(jìn)一步包括控制器720，控制器720可以包括要調(diào)整的元素。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)整元素可以是具有變化的參數(shù)的組件，該參數(shù)例如是將被調(diào)整的自由參數(shù)。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，控制器720可以是包括一個(gè)或多個(gè)塊BJ30至Bn740的結(jié)構(gòu)化控制器，該一個(gè)或多個(gè)塊表示要調(diào)整的控制元素。例如，當(dāng)控制器720包括單個(gè)塊時(shí)，該塊被稱為B1,并且，具有三個(gè)塊的控制器720包括塊BpB2和B3。要調(diào)整的控制元素可以在設(shè)計(jì)上變化。例如，要調(diào)整的元素可以包括在被控對(duì)象或控制器中的增益、動(dòng)態(tài)元素(例如，傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間模型等)和/或設(shè)計(jì)參數(shù)。控制器720的示例性實(shí)施例可以包括能夠被簡化為塊B1至Bn的塊對(duì)角集合的項(xiàng)，并且可以被稱為結(jié)構(gòu)化控制器720。結(jié)構(gòu)化控制器720可以包括重復(fù)的塊(B卩，諸如B2的特定塊可以沿著對(duì)角線出現(xiàn)多次)。結(jié)構(gòu)化控制器720可以被配置為僅包括沿著對(duì)角線的可調(diào)整組件或者包括沿著對(duì)角線的可調(diào)整和固定組件。結(jié)構(gòu)化控制器720還可以包括在除了在塊對(duì)角線上的位置之外的位置處的至少一個(gè)非零項(xiàng)。實(shí)施例可以進(jìn)一步包括在塊對(duì)角線上的為零的元素?？梢允褂迷陬l域中的對(duì)應(yīng)的等式來表示系統(tǒng)700，該等式例如是:
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，用于調(diào)整在任意控制結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)參數(shù)，所述方法包括: 獲得一個(gè)或多個(gè)可調(diào)整組件； 變換所述控制結(jié)構(gòu)，所述變換: 將要調(diào)整的組件與所述控制結(jié)構(gòu)的固定動(dòng)力學(xué)分離； 使用與在系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳遞函數(shù)相關(guān)的H 或H2目標(biāo)或約束,所述H或H2目標(biāo)或約束表達(dá): 設(shè)計(jì)目標(biāo)，或者 設(shè)計(jì)要求；以及 基于從一類非平滑He 或H2優(yōu)化算法中選擇的成員使用調(diào)整器來調(diào)整所述控制結(jié)構(gòu)，其中，所述調(diào)整器: 調(diào)整所述參數(shù)，所述調(diào)整: 優(yōu)化所述H 或H2目標(biāo)，或 執(zhí)行所述H c 或H2約束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用MATLAB兼容語言、Simulink兼容語言或LabVIEff兼容語言來執(zhí)行所述調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，從用于圖形建模環(huán)境的模塊集選擇所述可調(diào)整組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)整的速度支持所述控制結(jié)構(gòu)的交互設(shè)計(jì)和調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳遞函數(shù)上表達(dá)各自的目標(biāo)或約束為用戶簡化多目標(biāo)或多要求設(shè)計(jì)任務(wù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述使用進(jìn)一步包括: 將所述設(shè)計(jì)要求應(yīng)用至所述點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳遞函數(shù)， 其中，所述應(yīng)用促成多目標(biāo)和多要求設(shè)計(jì)任務(wù)的公式化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，從與用戶相關(guān)聯(lián)的輸入獲得所述可調(diào)整組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 識(shí)別一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳遞函數(shù)；以及 使用所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳遞函數(shù)來變換所述控制結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將所述控制結(jié)構(gòu)變換為標(biāo)準(zhǔn)形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)形式包括: 線性模型，以及 所述可調(diào)整組件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中: 所述線性模型包括不可調(diào)整組件，以及 以塊對(duì)角方式來布置所述可調(diào)整組件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，以塊對(duì)角方式來布置所述可調(diào)整組件的一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 參數(shù)化所述可調(diào)整組件；以及基于所述參數(shù)化來與所述可調(diào)整組件交互。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述可調(diào)整組件包括一個(gè)或多個(gè)自由參數(shù)，并且所述方法進(jìn)一步包括: 與所述自由參數(shù)交互。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制結(jié)構(gòu)是前饋控制結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述線性模型表示簡化為所述線性模型的模型。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述線性模型是集中線性模型。
18.—個(gè)或多個(gè)永久計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，所述可執(zhí)行指令當(dāng)在處理器上被執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序接口(API)，所述API用于靜態(tài)地指定可調(diào)整組件、動(dòng)態(tài)地指定可調(diào)整組件、以及與所述可調(diào)整組件的參數(shù)交互，所述介質(zhì)用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令，所述一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令用于: 識(shí)別預(yù)定義界面，其中，所述預(yù)定義界面包含用于預(yù)定義的一組組件的參數(shù)化； 使用算術(shù)運(yùn)算或幫助函數(shù)來動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建可調(diào)整組件；以及 產(chǎn)生所述可調(diào)整組件的參數(shù)模型，所述參數(shù)模型與所述可調(diào)整組件的可調(diào)整參數(shù)交互。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所 述的介質(zhì)，其中，以MATLAB兼容語言、Simulink兼容語言或LabVIEff兼容語言來實(shí)現(xiàn)所述可調(diào)整組件。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，進(jìn)一步包括: 實(shí)現(xiàn)一組所述算術(shù)運(yùn)算或所述幫助函數(shù)， 其中，使用所實(shí)現(xiàn)的一組算術(shù)運(yùn)算或所實(shí)現(xiàn)的一組幫助函數(shù)來動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建所述可調(diào)整組件。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，其中，所述參數(shù)模型響應(yīng)于與用戶輸入相關(guān)聯(lián)的指令來與所述可調(diào)整參數(shù)交互，其中，所述指令與以下的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián): 初始化所述可調(diào)整參數(shù)， 固定所述可調(diào)整參數(shù)，以及 釋放所述可調(diào)整參數(shù)中的所選擇的一些。
22.—個(gè)或多個(gè)永久計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，所述可執(zhí)行指令當(dāng)在處理器上被執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序接口(API )，所述介質(zhì)用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令，所述一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令用于: 將線性時(shí)間不變模型組件與用于描述可調(diào)整組件的一個(gè)或多個(gè)基于軟件的界面組合； 構(gòu)造控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式，所述標(biāo)準(zhǔn)形式包括所述線性時(shí)間不變模型組件和所述可調(diào)整組件；以及 生成用于調(diào)整以滿足一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)要求的參數(shù)模型，其中，所述參數(shù)模型基于所述標(biāo)準(zhǔn)形式。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括: 使用優(yōu)化器優(yōu)化所述參數(shù)模型，其中，所述優(yōu)化: 與所述標(biāo)準(zhǔn)形式和所述可調(diào)整參數(shù)交互以:最小化Hoo或H2目標(biāo)，或者 執(zhí)行H 或H2約束。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供經(jīng)由輸入句法與所述API交互的用戶能夠訪問的幫助函數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供函數(shù)，其中: 所述函數(shù)與支持輸入句法的輸入機(jī)構(gòu)兼容；以及 根據(jù)所述輸入句法來與所述函數(shù)交互。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括: 使用所述函數(shù)來: 查詢所述控制系統(tǒng)，或者 分析所述控制系統(tǒng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，從用于圖形建模環(huán)境的模塊集選擇所述可調(diào)整組件。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述調(diào)整的速度支持所述控制系統(tǒng)的交互設(shè)計(jì)和調(diào)整。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，使用增益調(diào)度來控制所述控制系統(tǒng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，將所述線性時(shí)間不變模型組件與用于描述可調(diào)整組件的一個(gè)或多個(gè)基于軟件的界面組合進(jìn)一步包括使用以下的一個(gè)或多個(gè): 算術(shù)運(yùn)算符，以及 框圖操作，所述框圖操作包括: 串聯(lián)連接， 并聯(lián)連接，或者 反饋連接。
31.一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，用于以編程方式使用公式表示回路成形要求，所述方法包括: 與軟件工具交互，所述軟件工具: 得出控制結(jié)構(gòu)， 得出濾波器， 從所得出的控制結(jié)構(gòu)和濾波器構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)形式，以及 從所得出的控制結(jié)構(gòu)和濾波器構(gòu)造H °o或H2約束， 其中， 所述標(biāo)準(zhǔn)形式，以及 所述H c 約束或所述H2約束捕獲針對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，使用MATLAB兼容語言、Simulink兼容語言或LabVIEff兼容語言來構(gòu)造所述標(biāo)準(zhǔn)形式。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述軟件工具與Simulink兼容環(huán)境或LabVIEff兼容環(huán)境交互。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述軟件工具的速度支持交互控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
35.一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括: 通過下述方式使用構(gòu)造過程來構(gòu)造用于可調(diào)整參數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)形式的狀態(tài)空間模型:將具有可調(diào)整參數(shù)的可調(diào)整組件的聚合狀態(tài)空間矩陣與集中被控對(duì)象模型的狀態(tài)空間表示組合以獲得具有標(biāo)準(zhǔn)形式的期望的狀態(tài)空間模型；以及通過下述方式來計(jì)算梯度信息: 區(qū)分目標(biāo)或約束， 由軟件對(duì)象來提供標(biāo)量值函數(shù)的梯度，以及 將由所述可調(diào)整組件 供應(yīng)的所述梯度聚合成所述目標(biāo)和約束的整體梯度。
全文摘要
示例性實(shí)施例允許用戶交互地使用公式表示并且求解多變量反饋控制問題。例如，用戶可以解決問題，其中，多個(gè)控制元素分布在一個(gè)或多個(gè)反饋回路上，并且需要被聯(lián)合調(diào)整以最優(yōu)化控制系統(tǒng)的整體性能和健壯性。實(shí)施例允許用戶以用戶熟悉的格式來指定設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)。實(shí)施例可以對(duì)可調(diào)整參數(shù)進(jìn)行操作，以便以滿足由用戶提供的設(shè)計(jì)要求和/或目標(biāo)的方式來解決控制問題。
文檔編號(hào)G05B13/04GK103250106SQ201180056419
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者P·加希奈特, P·阿帕卡瑞恩, D·諾爾 申請(qǐng)人:數(shù)學(xué)工程公司