[發(fā)明專利]用于仿真耦合混合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的離線控制方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980147362.0
• 申請(qǐng)日: 2009-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN102227622A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大衛(wèi)·M·弗里克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: MTS系統(tǒng)公司
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00;G01M17/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李敬文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開涉及仿真領(lǐng)域，具體涉及用于控制動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在例如車輛和車輛部件等復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和評(píng)估中，需要并且常常有必要測(cè)試和調(diào)諧這些部件。這是為了確定車輛部件對(duì)車輛性能的影響、以及車輛對(duì)部件的影響。可以執(zhí)行耐久性測(cè)試以及需要的其他類型的測(cè)試。在測(cè)試車輛中的部件中已經(jīng)采用了多種方法和系統(tǒng)。

圖1-4示出了常規(guī)實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和方法。在這種方法中，在測(cè)試道路12上行使物理車輛10，并測(cè)量特定部件響應(yīng)。例如，可以測(cè)量物理車輛10中安裝的懸垂支柱(未示出)的位移，并將其存儲(chǔ)在合適的數(shù)據(jù)庫中。這些響應(yīng)指示為附圖標(biāo)記14。例如支柱等特定部件的響應(yīng)用作測(cè)試控制過程的參考測(cè)量值。

參照?qǐng)D2，向測(cè)試裝備(test?rig)18輸入一般性(即，隨機(jī)幅度，寬帶頻率)驅(qū)動(dòng)16，這里也稱作隨機(jī)裝備驅(qū)動(dòng)。特定車輛部件(在本示例中是懸垂支柱20)安裝在測(cè)試裝備18中。裝備控制器22轉(zhuǎn)換來自隨機(jī)裝備驅(qū)動(dòng)16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制測(cè)試裝備18的運(yùn)動(dòng)。在測(cè)試裝備18處測(cè)量測(cè)試部件的響應(yīng)，例如支柱20的位移。在24提供測(cè)量值，以形成測(cè)試部件響應(yīng)。在圖2的示例中，測(cè)試部件響應(yīng)24是響應(yīng)于裝備16的輸入的隨機(jī)裝備位移。隨機(jī)裝備驅(qū)動(dòng)16的輸入和隨機(jī)裝備位移24的測(cè)量是實(shí)時(shí)過程。裝備控制器22不需要是復(fù)雜的跟蹤控制器，因?yàn)樗鼉H僅響應(yīng)于隨機(jī)驅(qū)動(dòng)16。裝備控制器22不執(zhí)行復(fù)雜的實(shí)時(shí)建模計(jì)算來補(bǔ)償裝備或樣品動(dòng)態(tài)變化。

測(cè)試部件響應(yīng)24與測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)16一起用于計(jì)算總體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型26。該響應(yīng)模型表示測(cè)試系統(tǒng)和部件的耦合動(dòng)態(tài)變化。在多輸入多輸出測(cè)試中，該響應(yīng)模型也可以表示控制輸入之間的交叉耦合動(dòng)態(tài)變化。可以對(duì)響應(yīng)模型26(典型的是頻率響應(yīng)函數(shù)FRF)求逆，并用于仿真控制過程中的測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)預(yù)測(cè)。在該示例中，對(duì)總體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型26的確定是離線過程，這是因?yàn)樾枰康尿?qū)動(dòng)和響應(yīng)時(shí)間歷史來計(jì)算定義好的FRF。

因此，在常規(guī)的測(cè)試系統(tǒng)和過程中，首個(gè)步驟是在測(cè)試裝備18處確定實(shí)驗(yàn)室中存在的輸入/輸出關(guān)系。需要理解至測(cè)試控制系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)如何響應(yīng)于這些輸入之間的關(guān)系。具備了這種理解，可以開發(fā)出經(jīng)補(bǔ)償?shù)臏y(cè)試驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來產(chǎn)生任何所需的部件響應(yīng)。

在確定了車輛環(huán)境中部件如何響應(yīng)(見圖1)以及測(cè)試環(huán)境如何影響部件響應(yīng)(見圖2)之后，執(zhí)行迭代的測(cè)試驅(qū)動(dòng)信號(hào)開發(fā)過程，如圖3所示。

在初始迭代(N＝0)中，認(rèn)為測(cè)試裝備響應(yīng)為0，并且將在圖1中已確定的所需響應(yīng)32與在圖2確定的總體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型的逆(FRF^-1)一起用來創(chuàng)建初始驅(qū)動(dòng)。在每次迭代中，將當(dāng)前的測(cè)試裝備響應(yīng)30與所需響應(yīng)相比較。比較器34提供仿真誤差，以使用逆(FRF^-1)來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)校正38。此時(shí)，遞增迭代次數(shù)。

將驅(qū)動(dòng)校正38與先前的測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)40相加，以產(chǎn)生下一測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)42。響應(yīng)于先前測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)對(duì)下一測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)的確定是離線過程。

將下一測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)42施加至測(cè)試裝備18，并測(cè)量部件響應(yīng)30。迭代地重復(fù)圖3的過程，直到結(jié)果仿真誤差減小到所需容限值以下。在執(zhí)行測(cè)試驅(qū)動(dòng)迭代中，遞增地改變測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)42，以獲得先前已測(cè)量的來自測(cè)試裝備18的響應(yīng)。換言之，確定測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)42，其將產(chǎn)生在圖1的數(shù)據(jù)采集階段已先前獲得的來自物理車輛部件的相同響應(yīng)。

一旦通過迭代過程直到仿真誤差低于預(yù)定值來確定了測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)42，就將當(dāng)前的最終測(cè)試裝備驅(qū)動(dòng)42用于隨后的部件測(cè)試，如圖4所示。可以執(zhí)行不同類型的測(cè)試，例如性能測(cè)試，耐久性測(cè)試等。

雖然常規(guī)的迭代測(cè)試方法具有一些優(yōu)點(diǎn)，但是該方法需要在準(zhǔn)備測(cè)試之前確保所需的車輛，應(yīng)用儀器并獲取測(cè)試數(shù)據(jù)。這使得常規(guī)的仿真測(cè)試系統(tǒng)和方法在一些方面的用處不大。有可能在需要測(cè)試車輛部件之前無法獲得用于測(cè)量部件響應(yīng)的合適的測(cè)試車輛。例如，可能希望確定尚未存在的車輛的車輛部件的響應(yīng)，例如尚未生產(chǎn)或甚至尚無原型的新型號(hào)車輛。此外，通常沒有足夠的時(shí)間或資源來充分地準(zhǔn)備車輛以測(cè)量用于物理部件測(cè)試的數(shù)據(jù)。此外，可能需要測(cè)試大量的部件變型，每一個(gè)變型都會(huì)影響車輛中的部件響應(yīng)。此外，例如在耐久性測(cè)試中，車輛系統(tǒng)內(nèi)的部件響應(yīng)常常隨時(shí)間而逐漸改變，必須調(diào)整測(cè)試，以使測(cè)試保持有效。