[發明專利]利用輸出變量全導數的協同仿真過程

有效

• 申請號: 201310353690.4
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103530439B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: V·貝爾斯基;B·E·恩格爾曼;H·埃里姆奎斯特;H·R·奧爾森
• 申請（專利權）人: 達索系統公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F9/455
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 張晰,王英

技術領域

這里描述的實施例一般涉及與對真實世界對象模型的仿真一起使用的協同仿真方法，具體地，涉及在這樣的仿真過程中利用所述方法的并行執行。

背景技術

科學和工程通常要求對物理系統建模以便解決問題。然后，無需頻繁地構建、破壞物理樣本，即可解決問題的模型。然而，復雜的多學科系統需要被分解成多個子系統模型，其中檢查并解決各種子問題。術語“協同仿真”通常指對耦合的技術系統進行仿真的方法。例如，在一個主從系統中，一個或多個從屬子系統將仿真子問題，同時主系統協調全部仿真，并在從屬子系統之間傳輸數據。為了在仿真過程的特定時間進行數據通信，這些從屬子系統可以“耦合”。

至少一些已知的用于解決協同仿真問題的處理是基于建立關于以下的特定規則：從在“集合點”或“通信”時間的一個子系統向另一個子系統傳輸輸出變量或者一些輸出變量的組合作為輸入變量，并且在相同或者之前的時間反之亦然。這種處理的穩定性取決于耦合條件與子系統自身的剛度有多相關。典型地，這種處理要求用特定順序處理子系統。然而，這種要求需要知道個體子系統以及耦合條件的多個屬性。這阻止使用通用協同仿真過程被建立，并阻止其被用來分析不同的問題。進一步地，這種要求會極大地降低對全部模型分析的性能，這是因為它不能進行并行的協同仿真計算過程。

此外，在協同仿真技術中，更多高級的處理通過使用穩定的模塊化時間集成方法來解決穩定性和精確性的問題，該模塊化時間集成方法可用在耦合的微分代數方程上。這種處理基于雅可比矩陣的使用，該矩陣對應于在輸入變量和輸出變量之間的代數方程。當系統中呈現代數循環時，已知的協同仿真處理可能在計算上變得不穩定。例如，對于一對明確依賴的第一子系統的輸入變量和第二子系統的輸出變量，如果第二子系統的輸入變量也明確地依賴第一子系統的輸出變量，則上述情況將發生。代數變量的迭代過程有時用在這種情況中來改進穩定性。

對于不包含代數循環的系統，非迭代線性隱式穩定性處理能夠在通信時間點的輸入和輸出變量的增量之間建立特定的通信鏈。用于輸出和狀態變量的線性隱式行為通常假設處于每個子系統的通信點之間。然而，這種方法要求在協同仿真子系統之間通信雅可比矩陣的某些乘法，其對應于特定子系統集成方案。

進一步地，例如一些已知的處理使用域分解方法來解決在結構動力學中的問題。這種處理利用暴露在子系統之間的接口中的子系統矩陣的壓縮部件解決協同仿真。基于時間集成方程，為每個子系統建立這些矩陣。

上述方法使用模塊化方法，其假設了僅通信輸出和輸入變量以及僅在通信點通信，這可能導致不穩定的協同仿真處理。此外，這些方法要求調查輸入-輸出關系的代數系統中代數循環的出現。進一步地，這些方法依賴于處理子系統的順序，并因此阻止協同仿真處理的并行運行。

發明內容

一方面，一種計算機實現方法包括：基于與用于多個子系統中的每一個的對應的第一輸入變量相關的輸出導數，計算雅可比矩陣，修改第一輸入變量，以及，基于對應的狀態變量導數，為多個子系統中的每一個計算第二輸入變量和殘差。

另一方面，一種計算機包括：內存區域和耦合該內存區域的處理器。該內存區域被配置為存儲雅可比矩陣、輸出導數、用于多個子系統中的每一個的第一和第二輸入變量、用于多個子系統中的每一個的殘差，以及對應于第一輸入變量和殘差的狀態變量導數。該處理器被配置為與該內存區域通信，從而基于與用于多個子系統中的每一個的對應的第一輸入變量相關的輸出導數，計算雅可比矩陣，修改該第一輸入變量，以及基于對應的狀態變量導數，為多個子系統中的每一個計算第二輸入變量和殘差。

另一方面，一種計算機程序產品包括：一個或多個非瞬態計算機可讀存儲介質，該存儲介質上具有計算機可執行部件。該計算機可執行部件包括雅可比矩陣部件，當其被處理器執行時，使得處理器基于與用于多個子系統中的每一個的對應的第一輸入變量相關的輸出導數，計算雅可比矩陣。所述部件還包括修改部件，當其被處理器執行時，使得處理器修改第一輸入變量，以及第二導數部件，當其被處理器執行時，使得所述處理器基于對應的狀態變量導數，為多個子系統中的每一個計算第二輸入變量和殘差。

附圖說明

在附圖和隨后的說明書中闡述本發明的一個或多個實施例的細節。根據說明書、附圖以及權利要求，本發明的其他特征、目標以及優點將變得清晰。

圖1是闡述了用于仿真物理對象的模型的示例性計算機實現方法的流程圖。

圖2是與圖1所示的方法一起使用的示例性計算機網絡的示意性框圖。