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DE102023206821A1 - COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DETERMINING A SURROGATE MODEL OF A STATE-SPACE MODEL - Google Patents

COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DETERMINING A SURROGATE MODEL OF A STATE-SPACE MODEL Download PDF

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DE102023206821A1
DE102023206821A1 DE102023206821.4A DE102023206821A DE102023206821A1 DE 102023206821 A1 DE102023206821 A1 DE 102023206821A1 DE 102023206821 A DE102023206821 A DE 102023206821A DE 102023206821 A1 DE102023206821 A1 DE 102023206821A1
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DE
Germany
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computer
model
implemented method
state
determining
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023206821.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Felix Berkel
Kevin Schmidt
Thomas Specker
Antoine Vandamme
Michael Schick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1656Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1671Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by simulation, either to verify existing program or to create and verify new program, CAD/CAM oriented, graphic oriented programming systems

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Abstract

Ein allgemeiner Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells. Das Verfahren umfasst Empfangen eines Zustandsraummodells zur Beschreibung eines zu regelnden Systems, wobei das Zustandsraummodell eine erste Systemmatrix und eine erste Eingangsmatrix umfasst, wobei mindestens die erste Systemmatrix von einem Parametervektor, der einen oder mehrere Einträge, die jeweils durch eine stochastische Verteilung beschrieben werden, umfasst, abhängig ist. Das Verfahren umfasst weiterhin Empfangen der einen oder der mehreren stochastischen Verteilungen des einen oder der mehreren Einträge des Parametervektors und Bestimmen des Surrogatmodells des Zustandsraummodells.

Figure DE102023206821A1_0000
A general aspect of the present disclosure relates to a computer-implemented method for determining a surrogate model of a state space model. The method comprises receiving a state space model for describing a system to be controlled, wherein the state space model comprises a first system matrix and a first input matrix, wherein at least the first system matrix is dependent on a parameter vector comprising one or more entries each described by a stochastic distribution. The method further comprises receiving the one or more stochastic distributions of the one or more entries of the parameter vector and determining the surrogate model of the state space model.
Figure DE102023206821A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Hochautomatisierte oder autonome Systeme stehen bspw. in der Robotik und der Automobilbranche zunehmend im Fokus. Besonders Regelungssystemen kommt eine zunehmende Bedeutung im Betrieb autonomer oder hochautomatisierter Systeme zu. Beim hochautomatisierten und autonomen Fahren spielt die Querführung des Fahrzeugs eine zentrale Rolle. Die Aufgabe der Querführung ist es, den seitlichen Abstand des Fahrzeugs zu einer vorgegebenen Strecke bzw. dem Fahrspur- und/oder dem Fahrbahnrand stabil zu halten. Obwohl zahlreiche Methoden zur Regelung vorgeschlagen wurden, basieren diese meist auf nominalen Modellen, d.h. Unsicherheiten wie äußere Störungen, Parameterunsicherheiten oder Modellfehler werden nicht berücksichtigt.Highly automated or autonomous systems are increasingly the focus of attention in robotics and the automotive industry, for example. Control systems in particular are becoming increasingly important in the operation of autonomous or highly automated systems. In highly automated and autonomous driving, the lateral guidance of the vehicle plays a central role. The task of lateral guidance is to keep the lateral distance of the vehicle to a given route or the lane and/or the edge of the road stable. Although numerous control methods have been proposed, these are mostly based on nominal models, i.e. uncertainties such as external disturbances, parameter uncertainties or model errors are not taken into account.

Unsicherheiten in den Initialzuständen des Regelungssystems und der daraus resultierenden Varianz im Feedback des Regelkreises sind Folge dieser Unsicherheiten. Letztere sind in der Entwicklungsphase und der Parametrisierung des Reglers unbekannt oder nur schwer zu quantifizieren. Deshalb muss später in der Anwendungsphase der Regler intensiv gegen die Unsicherheiten getestet und angepasst werden. Das ist zeitaufwändig und kostspielig. Besonders durch die Tatsache, dass sich Entwicklungszyklen, auch begründet durch den ansteigenden Software-Anteil, zunehmend verkürzen, ergeben sich marktspezifische Nachteile durch lange Produktbereitstellungszeiten. Eine weitere Herausforderung besteht in hohem Rechen- oder Implementierungsaufwand, der benötigt wird, um zuverlässige Information über die Streuung der Zielgrößen zu erhalten. Dies kann beispielsweise sampling-basierte Simulationsverfahren (z.B. Monte-Carlo-Simulation, nicht-intrusive Methoden der „Uncertainty Quantification“ (UQ)), die eine große Anzahl an Funktionsaufrufen benötigt, umfassen. Aus diesen Gründen besteht der Bedarf an neuen Techniken zur Bestimmung von Unsicherheiten von Regelstrecken, um die Auslegung des Zustandsreglers zu verbessern.Uncertainties in the initial states of the control system and the resulting variance in the feedback of the control loop are the result of these uncertainties. The latter are unknown or difficult to quantify in the development phase and the parameterization of the controller. Therefore, later in the application phase, the controller must be intensively tested and adapted against the uncertainties. This is time-consuming and costly. In particular, the fact that development cycles are becoming increasingly shorter, also due to the increasing proportion of software, results in market-specific disadvantages due to long product delivery times. Another challenge is the high computing or implementation effort required to obtain reliable information about the spread of the target variables. This can, for example, include sampling-based simulation methods (e.g. Monte Carlo simulation, non-intrusive methods of "Uncertainty Quantification" (UQ)), which require a large number of function calls. For these reasons, there is a need for new techniques to determine uncertainties of controlled systems in order to improve the design of the state controller.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells. Das Verfahren umfasst Empfangen eines Zustandsraummodells zur Beschreibung eines zu regelnden Systems, wobei das Zustandsraummodell eine erste Systemmatrix und eine erste Eingangsmatrix umfasst, wobei mindestens die erste Systemmatrix von einem Parametervektor, der einen oder mehrere Einträge, die jeweils durch eine stochastische Verteilung beschrieben werden, umfasst, abhängig ist. Das Verfahren umfasst weiterhin Empfangen der einen oder der mehreren stochastischen Verteilungen des einen oder der mehreren Einträge des Parametervektors und Bestimmen des Surrogatmodells des Zustandsraummodells.Computer-implemented method for determining a surrogate model of a state space model. The method comprises receiving a state space model for describing a system to be controlled, wherein the state space model comprises a first system matrix and a first input matrix, wherein at least the first system matrix is dependent on a parameter vector comprising one or more entries each described by a stochastic distribution. The method further comprises receiving the one or more stochastic distributions of the one or more entries of the parameter vector and determining the surrogate model of the state space model.

Ein zweiter allgemeiner Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computersystem, das dafür ausgelegt ist, das computerimplementierte Verfahren zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells gemäß dem ersten allgemeinen Aspekt (oder einer Ausführungsform davon) auszuführen.A second general aspect of the present disclosure relates to a computer system configured to perform the computer-implemented method for determining a surrogate model of a state space model according to the first general aspect (or an embodiment thereof).

Ein dritter allgemeiner Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computerprogramm, das dafür ausgelegt ist, das computerimplementierte Verfahren zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells gemäß dem ersten allgemeinen Aspekt (oder einer Ausführungsform davon) auszuführen.A third general aspect of the present disclosure relates to a computer program configured to execute the computer-implemented method for determining a surrogate model of a state space model according to the first general aspect (or an embodiment thereof).

Ein vierter allgemeiner Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerlesbares Medium oder Signal, das das Computerprogramm gemäß dem dritten allgemeinen Aspekt (oder einer Ausführungsführungsform davon) speichert und/oder enthält.A fourth general aspect of the present disclosure relates to a computer-readable medium or signal storing and/or containing the computer program according to the third general aspect (or an embodiment thereof).

Das in dieser Offenbarung vorgeschlagene Verfahren nach dem ersten allgemeinen Aspekt (oder einer Ausführungsform davon) kann dazu dienen, ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells bereitzustellen. Das Verfahren kann dazu dienen, ein Surrogatmodell eines Zustandsraummodells zur Auslegung eines Zustandsreglers zu bestimmen. Ein Vorteil kann darin bestehen, dass sich das Verfahren nicht auf die Querführung eines Fahrzeugs beschränkt, sondern auf eine sehr breite Systemklasse angewandt und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden kann. Beispiele hierfür können die Fahrzeuglängsführung, die Motorsteuerung/- regelung von elektrischen Maschinen, verteilte Systeme, die Gebäudeautomatisierung, usw. sein. Das Verfahren kann weiter verkapselt bereitgestellt werden und kann so die Benutzung durch eine erweiterte Nutzergruppe ermöglichen, auch wenn diese oder einzelne Mitglieder der Nutzergruppe die zugrundeliegenden mathematischen Grundlagen nicht kennt. Da die Struktur des Surrogatmodells der Struktur des Originalsystems bis zu einem bestimmten Grad ähnlich ist oder gleich ist, kann eine Integration in eine bestehende Softwarestruktur ermöglicht werden. Auch kann das Verfahren die Ausgabe von Varianz und/oder Vertrauensintervallen der Zielgrößen ermöglichen. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass das Surrogatmodell vor der Verwendung bestimmt werden und zur Laufzeit in einem System eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht den Einsatz auch auf weniger leistungsstarken Rechnern, wie beispielweise einem Steuergerät. Dies kann die Steigerung der Sicherheit oder eine Adaption von Regelverfahren an die vorliegenden Unsicherheiten zur Laufzeit ermöglichen. Dies ermöglicht eine verbesserte Regelung im Vergleich zu bisher eingesetzten sampling-basierten UQ-Verfahren. Mit den Techniken der vorliegenden Offenbarung kann die Berücksichtigung von Systemvarianzen bereits im Systemdesign ermöglichen (sogenannter „Safe-by-Design-Ansatz“). Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, die Time-to-Market hochautomatisierter Regelfunktionen zu reduzieren, da relevante Unsicherheiten bereits in der Entwurfsphase berücksichtigt werden können. Dadurch kann der Aufwand der in der Verifizierungs-/Validierungsphase aufgewandt werden müsste, reduziert werden. Weiter kann ein Trade-Off erreicht werden zwischen der Robustheit des Regelungssystems gegenüber parametrischen Unsicherheiten und Störungen und der Leistungsfähigkeit des Regelungssystems. Ein weiter Vorteil kann darin gesehen werden, dass ein Konfidenzintervall des geschlossenen Regelkreises abgeleitet werden kann, um stochastische Aussagen über die Performanz treffen zu können. Die Techniken der vorliegenden Offenbarung können weiter dafür vorteilhaft sein, bestehende Regelungssysteme auf ihre Robustheit zu überprüfen oder deren Abweichung von einer optimalen Regelung zu quantifizieren. Weiter sind die Techniken der vorliegenden Offenbarungen nicht auf die Querführung eines Fahrzeugs beschränkt, sondern können für vielfältige Regelungen vorteilhaft sein. Neben der Querführung des Fahrzeugs kann auch die Längsregelung von den Techniken der vorliegenden Offenbarung profitieren. Auch für einen Ansatz der simultan die Längs- und Querführung regelt sind die vorliegenden Techniken vorteilhaft.The method proposed in this disclosure according to the first general aspect (or an embodiment thereof) can serve to provide a computer-implemented method for determining a surrogate model of a state space model. The method can serve to determine a surrogate model of a state space model for the design of a state controller. One advantage can be that the method is not limited to the lateral guidance of a vehicle, but can be applied to a very broad class of systems and used in a variety of applications. Examples of this can be vehicle longitudinal guidance, the motor control/regulation of electrical machines, distributed systems, building automation, etc. The method can be provided in a further encapsulated manner and can thus enable use by an extended user group, even if they or individual members of the user group do not know the underlying mathematical principles. layers are unknown. Since the structure of the surrogate model is similar to or identical to the structure of the original system to a certain degree, integration into an existing software structure can be enabled. The method can also enable the output of variance and/or confidence intervals of the target variables. A further advantage can be that the surrogate model can be determined before use and used in a system at runtime. This also enables use on less powerful computers, such as a control unit. This can increase safety or enable control methods to be adapted to the existing uncertainties at runtime. This enables improved control compared to sampling-based UQ methods used to date. The techniques of the present disclosure can enable system variances to be taken into account as early as in the system design (so-called “safe-by-design approach”). A further advantage can be to reduce the time to market of highly automated control functions, since relevant uncertainties can already be taken into account in the design phase. This can reduce the effort that would have to be spent in the verification/validation phase. Furthermore, a trade-off can be achieved between the robustness of the control system against parametric uncertainties and disturbances and the performance of the control system. A further advantage can be seen in the fact that a confidence interval of the closed control loop can be derived in order to be able to make stochastic statements about the performance. The techniques of the present disclosure can also be advantageous for checking existing control systems for their robustness or for quantifying their deviation from optimal control. Furthermore, the techniques of the present disclosure are not limited to the lateral control of a vehicle, but can be advantageous for a wide variety of controls. In addition to the lateral control of the vehicle, the longitudinal control can also benefit from the techniques of the present disclosure. The present techniques are also advantageous for an approach that simultaneously controls the longitudinal and lateral control.

Einige Begriffe werden in der vorliegenden Offenbarung in folgender Weise verwendet:

  • Ein „Surrogatmodell“ kann ein Modell sein, das eine komplexe Funktion oder ein komplexes Originalsystem approximiert oder repräsentiert. Beispielsweise kann das Surrogatmodell weniger rechenintensiv sein als das Originalsystem. In einem Beispiel kann das Surrogatmodell mithilfe eines datengesteuerten Bottom-up-Ansatz erstellt werden. In einem Beispiel kann die exakte, innere Funktionsweise unbekannt sein. Beispielsweise kann der Fokus auf dem Eingabe-Ausgabe-Verhalten des Surrogatmodells liegen. In einem Beispiel kann das Surrogatmodell auf Basis der Reaktion eines Simulators auf eine begrenzte Anzahl von Datenpunkten erstellt werden. Beispielsweise kann das Surrogatmodell mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens und/oder statistischer Verfahren bestimmt werden.
Some terms are used in this disclosure as follows:
  • A “surrogate model” can be a model that approximates or represents a complex function or a complex original system. For example, the surrogate model can be less computationally intensive than the original system. In one example, the surrogate model can be built using a bottom-up, data-driven approach. In one example, the exact inner workings can be unknown. For example, the focus can be on the input-output behavior of the surrogate model. In one example, the surrogate model can be built based on the response of a simulator to a limited number of data points. For example, the surrogate model can be determined using machine learning methods and/or statistical techniques.

Ein „Zustandsregler“ kann einen Algorithmus, d.h. eine Berechnungsvorschrift, umfassen, der eine vollständige oder teilweise Zustandsgröße (d.h. den internen Zustand der Regelstrecke) zu einer Eingangsgröße zurückführt. Ein Zustandsregler kann Parameter umfassen, die die Zustandsgröße gewichten können. In Beispielen kann ein Zustandsregler auf einem Computersystem ausgeführt werden. Ein Zustandsregler kann beispielsweise ein Hardwaremodul mit Eingängen und Ausgängen umfassen oder Teil dessen sein.A "state controller" may include an algorithm, i.e. a calculation rule, that feeds a complete or partial state variable (i.e. the internal state of the controlled system) back to an input variable. A state controller may include parameters that can weight the state variable. In examples, a state controller may be executed on a computer system. A state controller may, for example, include or be part of a hardware module with inputs and outputs.

Ein „Fahrzeug“ kann jegliche Vorrichtung, die Passagiere und/oder Fracht transportiert, sein. Ein Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (zum Beispiel ein PKW oder ein LKW) sein, aber auch ein Schienenfahrzeug. Ein Fahrzeug kann auch ein motorisiertes Zwei- oder Dreirad sein. Allerdings können auch schwimmende und fliegende Vorrichtungen Fahrzeuge sein. Fahrzeuge können zumindest teilautonom operierend oder assistiert sein.A "vehicle" can be any device that transports passengers and/or cargo. A vehicle can be a motor vehicle (for example a car or a truck), but also a rail vehicle. A vehicle can also be a motorized two- or three-wheeler. However, floating and flying devices can also be vehicles. Vehicles can be at least partially autonomous or assisted.

Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters

  • 1-A bis 1-C illustriert schematisch ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells. 1-A to 1-C schematically illustrates a computer-implemented method for determining a surrogate model of a state space model.
  • 2 illustriert schematisch einen beispielhaften Regelkreis gemäß einer oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 2 schematically illustrates an exemplary control loop according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • 3-A bis 3-B illustriert beispielhaft sich ergebende Vertrauensintervalle bei Anwendung des Surrogatmodells nach Techniken der vorliegenden Offenbarung im linearen Fall und nichtlinearen Fall. 3-A to 3-B illustrates exemplary confidence intervals resulting from application of the surrogate model according to techniques of the present disclosure in the linear case and nonlinear case.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Zunächst werden in Bezug auf die 1-A, 1-B, 1-C und 2 die Techniken der vorliegenden Offenbarung diskutiert. In Bezug auf 3-A bis 3-B werden mögliche Ergebnisse und Vorteile diskutiert, die sich durch das hierin offenbarte Verfahren zur Bestimmung eines Zustandsraummodells ergeben.First, with regard to the 1 -A, 1 -B, 1-C and 2 the techniques of the present disclosure are discussed. With respect to 3-A to 3-B possible results and advantages resulting from the method disclosed herein for determining a state space model are discussed.

1 ist ein Fluss-Diagramm, das mögliche Verfahrensschritte des computerimplementierten Verfahrens 100 zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells zeigt. Das computerimplementierte Verfahren 100 zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells umfasst Empfangen 110 eines Zustandsraummodells zur Beschreibung eines zu regelnden Systems 10, wobei das Zustandsraummodell eine erste Systemmatrix A(p) und eine erste Eingangsmatrix B(p) umfasst, wobei mindestens die erste Systemmatrix A(p) von einem Parametervektor p(ξ), der einen oder mehrere Einträge, die jeweils durch eine stochastische Verteilung beschrieben werden, umfasst, abhängig ist. Das Verfahren umfasst weiterhin Empfangen 120 der einen oder der mehreren stochastischen Verteilungen des einen oder der mehreren Einträge des Parametervektors p(ξ), und Bestimmen 130 des Surrogatmodells des Zustandsraummodells. In einem Beispiel dient das Zustandsraummodell zur Auslegung eines Zustandsreglers 20. In einem Beispiel lässt sich das Zustandsraummodell des Originalsystems durch die Gleichung x ˙ = A ( p ) x + B ( p ) u + w ( p ) , wobei  t > t 0 ,   x ( t 0 ) = x 0 ( p )

Figure DE102023206821A1_0001
beschreiben. In einem Beispiel und wie beispielhaft in der Gleichung gezeigt, kann das Zustandsraummodell weiter einen Zustandsvektor x(t,ξ), der eine oder mehr Zustandsgrößen x1(t,ξ), x2(t,ξ), x3(t,ξ, ... enthält, einen Eingangsgrößenvektor (u) und/oder eine Störgröße (w(p)) umfassen. Dabei kann w(p) eine Störgröße sein. In einem Beispiel kann die Störgröße eine parametervariante additive Störgröße sein. In einem Beispiel kann x(t,ξ) ∈ ℝm gelten, wobei in einem Beispiel m ≥ 1, 2, 3, 4, 5, ....10, 11, 12, ... 100, 101, 102, 103, ... 1000,1001, ... sein kann. Eine hinreichend stetige Abhängigkeit der Systemmatrix A(p) und der Eingangsmatrix B(p) von dem Parametervektor p(ξ) kann dabei vorteilhaft für das Verfahren der vorliegenden Offenbarung sein. Die parametrischen Unsicherheiten werden in der vorliegenden Offenbarung durch das stochastische Argument ξ ausgedrückt. 1 is a flow chart showing possible method steps of the computer-implemented method 100 for determining a surrogate model of a state space model. The computer-implemented method 100 for determining a surrogate model of a state space model comprises receiving 110 a state space model for describing a system 10 to be controlled, wherein the state space model comprises a first system matrix A(p) and a first input matrix B(p), wherein at least the first system matrix A(p) is dependent on a parameter vector p(ξ) comprising one or more entries each described by a stochastic distribution. The method further comprises receiving 120 the one or more stochastic distributions of the one or more entries of the parameter vector p(ξ), and determining 130 the surrogate model of the state space model. In one example, the state space model is used to design a state controller 20. In one example, the state space model of the original system can be described by the equation x ˙ = A ( p ) x + B ( p ) u + w ( p ) , wobei  t > t 0 ,   x ( t 0 ) = x 0 ( p )
Figure DE102023206821A1_0001
describe. In an example and as shown by way of example in the equation, the state space model can further comprise a state vector x(t,ξ) containing one or more state variables x 1 (t,ξ), x 2 (t,ξ), x 3 (t,ξ, ...), an input variable vector (u) and/or a disturbance variable (w(p)). Here, w(p) can be a disturbance variable. In an example, the disturbance variable can be a parameter-variant additive disturbance variable. In an example, x(t,ξ) ∈ ℝ m can apply, where in an example m ≥ 1, 2, 3, 4, 5, ....10, 11, 12, ... 100, 101, 102, 103, ... 1000,1001, ... A sufficiently continuous dependence of the system matrix A(p) and the input matrix B(p) on the parameter vector p(ξ) can be advantageous for the method of the present disclosure. The parametric uncertainties are expressed in the present disclosure by the stochastic argument ξ.

In einem Beispiel kann das Surrogatmodell eine Mehrzahl von Matrizen umfassen. In einem Beispiel kann die Mehrzahl von Matrizen eine zweite Systemmatrix (A'), eine Zustandsmatrix (X), eine zweite Eingangsmatrix (B'), und optional eine Störgrößenmatrix (W') umfassen. Beispielsweise kann die Existenz der Störgrößenmatrix W' davon abhängig sein, ob das Zustandsraummodell des Originalsystems eine Störgröße w(p) umfasst. In einem Beispiel lässt sich das Surrogatmodell mithilf der Gleichung x ˙ = A ( p ) x + B ' u d e t + B * U s t o c h + W ' , wobei  t > t 0 ,   X ( t 0 ) = X '

Figure DE102023206821A1_0002
beschreiben. In einem Beispiel und wie voranstehend beispielhaft/optional in der voranstehenden Gleichung gezeigt, kann die zweite Eingangsmatrix (B') des Surrogatmodells zu einer Eingangsgröße korrespondieren, die auf der einen oder den mehreren stochastischen Verteilungen basiert. Zum Beispiel kann das Surrogatmodell eine dritte Eingangsmatrix (B*) umfassen, die zu einer deterministischen Eingangsgröße korrespondiert. In einem Beispiel kann die deterministische Eingangsgröße udet(t) = uSteuer(t) sein und beispielsweise Vorsteueranteile umfassen. In einem Beispiel kann die Eingangsgröße, die auf der einen oder den mehreren stochastischen Verteilungen basiert, eine Ausgangsgröße des Zustandsregler 20 sein. In einem Beispiel kann die Rückführung der Zustandsgrößen mithilfe des Regelgesetzes ustoch(t,ξ) = uRegel = Kx(t,ξ) beschrieben werden. In einem Beispiel kann die Rückführmatrix K zeitvariant, zeitinvariant, oder konstant sein. In Beispielen kann die Rückführung mittels einem oder mehreren Sensoren durchgeführt werden. Zum Beispiel können der eine oder die mehreren Sensoren konfiguriert sein, physikalische (Umgebungs-)Größen des Systems 10 zu erfassen und in elektrische Signale umzuwandeln, die dem Regelsystem (u.a. dem Zustandsregler) direkt oder indirekt (in verarbeiteter Form) als eine Eingangsgröße dienen. In Beispielen können die einen oder die mehreren Sensoren Radarsensoren, Lidar-Sensoren, Ultraschall-Sensoren, und/oder kamerabasierte Sensoren umfassen. Beispielsweise kann die stochastische Eingangsgröße ustoch die Rückführung des unsicheren Zustands x(t,ξ) (d.h. auf der einen oder den mehreren stochastischen Verteilungen basierend) sein und durch die Matrix ustoch dargestellt werden. In einem Beispiel kann die Zustandsmatrix X die Zustandsgrößen des Surrogatmodells umfassen. In einem Beispiel können die unsicheren Zustände x(t,ξ) in Abhängigkeit der deterministischen erweiterten Zustände X(t) dargestellt werden. Zum Beispiel kann für den Mittelwert E[x] = MX oder die Varianz V[x] = VX2 gelten. In einem Beispiel ist die Matrix M eine zu den Mittelwerten der Zustandsgrößen der Zustandsmatrix X korrespondierende Mittelwerts-Koeffizientenmatrix. In einem Beispiel ist die Matrix V eine zu den Varianzen der Zustandsgrößen der Zustandsmatrix X korrespondierende Varianz-Koeffizientenmatrix.In one example, the surrogate model may include a plurality of matrices. In one example, the plurality of matrices may include a second system matrix (A'), a state matrix (X), a second input matrix (B'), and optionally a disturbance matrix (W'). For example, the existence of the disturbance matrix W' may depend on whether the state space model of the original system includes a disturbance w(p). In one example, the surrogate model may be described using the equation x ˙ = A ( p ) x + B ' u d e t + B * U s t o c h + W ' , wobei  t > t 0 ,   X ( t 0 ) = X '
Figure DE102023206821A1_0002
describe. In an example and as shown above by way of example/optionally in the above equation, the second input matrix (B') of the surrogate model can correspond to an input variable based on the one or more stochastic distributions. For example, the surrogate model can include a third input matrix (B*) that corresponds to a deterministic input variable. In an example, the deterministic input variable can be u det (t) = u Steuer (t) and can include, for example, pre-control components. In an example, the input variable based on the one or more stochastic distributions can be an output variable of the state controller 20. In an example, the feedback of the state variables can be described using the control law u stoch (t,ξ) = u Regel = Kx(t,ξ). In an example, the feedback matrix K can be time-variant, time-invariant, or constant. In examples, the feedback can be carried out using one or more sensors. For example, the one or more sensors may be configured to sense physical (environmental) quantities of the system 10 and convert them into electrical signals that serve as an input quantity to the control system (including the state controller) directly or indirectly (in processed form). In examples, the one or more sensors may include radar sensors, lidar sensors, ultrasonic sensors, and/or camera-based sensors. For example, the stochastic input quantity u stoch may be the feedback of the uncertain state x(t,ξ) (i.e. based on the one or more stochastic distributions) and may be represented by the matrix u stoch . In an example, the state matrix X may include the state quantities of the surrogate model. In an example, the uncertain states x(t,ξ) may be represented as a function of the deterministic extended states X(t). For example, the mean value E[x] = MX or the variance V[x] = VX 2 may apply. In one example, the matrix M is a mean coefficient matrix corresponding to the mean values of the state variables of the state matrix X. In In an example, the matrix V is a variance coefficient matrix corresponding to the variances of the state variables of the state matrix X.

In einem Beispiel kann das Bestimmen 130 des Surrogatmodells auf Basis der einen oder der mehreren stochastischen Verteilungen durchgeführt werden. In einem Beispiel kann das Bestimmen 130 des Surrogatmodells weiter Festlegen 131 einer oder mehrerer Polynombasen auf Basis der einen oder der mehreren stochastischen Verteilungen, wobei das Surrogatmodell mithilfe der einen oder der mehreren Polynombasen bestimmt wird, umfassen. In einem Beispiel kann das Bestimmen 130 mithilfe einer polynomiellen Chaosentwicklung (PCE) durchgeführt werden. In einem Beispiel sind die stochastischen Verteilungen jedes Eintrags pi des Parametervektors p(ξ) bekannt. Zu diesen Verteilungen können Polynombasen korrespondieren. In einem Beispiel kann jede Polynombasis zu der stochastischen Verteilung, die sie repräsentiert, orthogonal sein. In einem Beispiel kann die eine oder die mehreren Polynombasen mindestens eine von Hermitesche-Polynomen, Legendre-Polynomen, Jacobi-Polynomen, und/oder verallgemeinerte Laguerre-Polynomen sein. In einem Beispiel kann für den Zustandsvektor x ( t , ξ ) = n = 1 N X i ( t ) Φ i ( ξ ) = X T ( t ) Φ ( ξ )

Figure DE102023206821A1_0003
gelten, wobei Xi(t) ∈ ℝmN sogenannte Chaos-Koeffizienten und wie voranstehend erläutert die Zustände des Surrogatmodells darstellen. Die polynomielle Chaosentwicklung kann eine Art Approximation darstellen. In einem Beispiel kann die Bestimmung der Größe N Teil des Verfahrens 100 sein. In einem Beispiel kann die Größe N vorbestimmt sein. Zum Beispiel kann ein größeres N zu einer genaueren Approximation führen, aber eine längere Rechenzeit notwendig machen und ein kleineres N zu einer ungenaueren Approximation führen, aber eine kürzere Rechenzeit ermöglichen. In einem Beispiel kann eine polynomiellen Chaosentwicklung für die Mehrzahl von Matrizen des Surrogatmodells durchgeführt werden. Dabei umfassen die Mehrzahl von Matrizen des Surrogatmodells jeweils die Chaos-Koeffizienten der jeweiligen polynomiellen Chaosentwicklung. In einem Beispiel kann für die Bestimmung der Mehrzahl von Matrizen des Surrogatmodells im Einzelnen gelten: F = Ω Φ ( ξ ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0004
A ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) A ( p ( ξ ) ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0005
B ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) B ( p ( ξ ) ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0006
X ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) x 0 ( p ( ξ ) ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0007
W ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) A ( p ( ξ ) ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0008
B * = F 1 Ω Φ ( ξ ) B ( p ( ξ ) ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0009
In one example, determining 130 the surrogate model may be performed based on the one or more stochastic distributions. In one example, determining 130 the surrogate model may further comprise determining 131 one or more polynomial bases based on the one or more stochastic distributions, wherein the surrogate model is determined using the one or more polynomial bases. In one example, determining 130 may be performed using a polynomial chaos expansion (PCE). In one example, the stochastic distributions of each entry p i of the parameter vector p(ξ) are known. Polynomial bases may correspond to these distributions. In one example, each polynomial basis may be orthogonal to the stochastic distribution it represents. In an example, the one or more polynomial bases may be at least one of Hermitian polynomials, Legendre polynomials, Jacobi polynomials, and/or generalized Laguerre polynomials. In an example, for the state vector x ( t , ξ ) = n = 1 N X i ( t ) Φ i ( ξ ) = X T ( t ) Φ ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0003
apply, where X i (t) ∈ ℝ mN represent so-called chaos coefficients and, as explained above, the states of the surrogate model. The polynomial chaos expansion can represent a type of approximation. In one example, the determination of the size N can be part of the method 100. In one example, the size N can be predetermined. For example, a larger N can lead to a more accurate approximation, but require a longer computing time, and a smaller N can lead to a less accurate approximation, but enable a shorter computing time. In one example, a polynomial chaos expansion can be carried out for the majority of matrices of the surrogate model. The majority of matrices of the surrogate model each comprise the chaos coefficients of the respective polynomial chaos expansion. In one example, the following can apply in detail for the determination of the majority of matrices of the surrogate model: F = Ω Φ ( ξ ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0004
A ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) A ( p ( ξ ) ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0005
B ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) B ( p ( ξ ) ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0006
X ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) x 0 ( p ( ξ ) ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0007
W ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) A ( p ( ξ ) ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0008
B * = F 1 Ω Φ ( ξ ) B ( p ( ξ ) ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ )
Figure DE102023206821A1_0009

In einem Beispiel kann das Bestimmen 130 des Surrogatmodells Festlegen 132 von einer Mehrzahl von Quadraturpunkten und einer Mehrzahl von Quadraturgewichten und Berechnen 133 des Surrogatmodells unter Verwendung numerischer Quadraturverfahren umfassen. Mithilfe eines numerischen Quadraturverfahrens (auch numerische Integration) können die Integrale an der Mehrzahl von Quadraturpunkten unter Verwendung der Mehrzahl von Quadraturgewichten approximiert werden. Beispielsweise lässt sich die Matrix A' mit folgender Gleichung berechnen: A ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) A ( p ( ξ ) ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ ) F 1 [ j = 1 J w j α ( ξ j ) ]

Figure DE102023206821A1_0010
In one example, determining 130 the surrogate model may include specifying 132 a plurality of quadrature points and a plurality of quadrature weights and calculating 133 the surrogate model using numerical quadrature methods. Using a numerical quadrature method (also called numerical integration), the integrals at the plurality of quadrature points may be approximated using the plurality of quadrature weights. For example, the matrix A' may be calculated using the following equation: A ' = F 1 Ω Φ ( ξ ) A ( p ( ξ ) ) Φ T ( ξ ) d w ( ξ ) F 1 [ j = 1 J w j α ( ξ j ) ]
Figure DE102023206821A1_0010

In manchen Beispielen kann die Bestimmung der Anzahl von Quadraturpunkten J Teil des Verfahrens 100 sein. In einem Beispiel kann die Größe J vorbestimmt sein. Zum Beispiel kann ein größeres J zu einer genaueren Approximation führen, aber eine längere Rechenzeit notwendig machen und ein kleineres J zu einer ungenaueren Approximation führen, aber eine kürzere Rechenzeit ermöglichen. In einem Beispiel können sogenannte „sparse quadrature schemes“ (z.B. Smolyak-Quadratur) verwendet werden, um beispielsweise auch bei einigen unsicheren Parameter, d.h. Einträge des Parametervektors (p(ξ)), die durch eine stochastische Verteilung beschrieben werden, eine beherrschbare (d.h. mit zu vertretener Rechenzeit zu akzeptablen Kosten) Anzahl an Quadraturpunkten zu erhalten.In some examples, the determination of the number of quadrature points J may be part of the method 100. In one example, the size J may be predetermined. For example, a larger J may lead to a more accurate approximation but require a longer computation time and a smaller J may lead to a less accurate approximation but enable a shorter computation time. In one example, so-called “sparse quadrature schemes” (e.g. Smolyak quadrature) may be used to, for example, also calculate the approximation in the case of some uncertain parameters, i.e. entries of the parameter vector (p(ξ)) that are caused by a sto chastic distribution to obtain a manageable (ie with reasonable computing time and acceptable cost) number of quadrature points.

In manchen Beispielen kann das System 10 ein lineares System oder ein nichtlineares System sein. In manchen Beispielen kann das Surrogatmodell für ein lineares System nach den voranstehend beschriebenen Verfahrensschritten bestimmt werden. In manchen Beispielen können für ein nichtlineares System weitere Verfahrensschritte notwendig sein. Diese sollen im Folgenden näher erläutert werden.In some examples, the system 10 may be a linear system or a non-linear system. In some examples, the surrogate model for a linear system may be determined according to the method steps described above. In some examples, additional method steps may be necessary for a non-linear system. These will be explained in more detail below.

In manchen Beispielen können, wenn das System 10 ein nichtlineares System ist, eine oder mehrere Zustandsgrößen einen nichtlinearen Teil umfassen. Das Verfahren 100 kann weiter Polynomialisieren 140 der einen oder der mehreren Zustandsgrößen, die einen nichtlinearen Teil umfassen, bevor das Bestimmen 130 des Surrogatmodells durchgeführt wird, umfassen. Zum Beispiel kann das Polynomialsieren 140 der einen oder der mehreren Zustandsgrößen, die einen nichtlinearen Teil umfassen, jeweils Substituieren 141 des nichtlinearen Teils durch jeweils eine Substitutionsgröße und Einführen 142 der jeweiligen Substitutionsgröße als zusätzliche Zustandsgröße umfassen. Weiter kann das Bestimmen 130 des Surrogatmodells weiter auf der zusätzlichen Zustandsgröße basieren.In some examples, when the system 10 is a nonlinear system, one or more state variables may include a nonlinear part. The method 100 may further include polynomializing 140 the one or more state variables that include a nonlinear part before performing the determining 130 of the surrogate model. For example, the polynomializing 140 of the one or more state variables that include a nonlinear part may include substituting 141 the nonlinear part with a respective substitution variable and introducing 142 the respective substitution variable as an additional state variable. Further, the determining 130 of the surrogate model may further be based on the additional state variable.

Beispielsweise kann das Zustandsraummodell eines nichtlinearen Originalsystems folgende Struktur haben: x ˙ = A x + H ( x x ) + T ( x x x ) + B u + C ( x u ) + D ( x x u )

Figure DE102023206821A1_0011
For example, the state space model of a nonlinear original system can have the following structure: x ˙ = A x + H ( x x ) + T ( x x x ) + B u + C ( x u ) + D ( x x u )
Figure DE102023206821A1_0011

Das dazu korrespondierende Surrogatmodell kann aufgrund der erweiterten Zustandsgrößen folgende Form aufweisen: x ˙ = A ' X + H ( X X ) + T ' ( X X X ) + B ' u + C ' ( X u ) + D ' ( X X u )

Figure DE102023206821A1_0012
The corresponding surrogate model can have the following form due to the extended state variables: x ˙ = A ' X + H ( X X ) + T ' ( X X X ) + B ' u + C ' ( X u ) + D ' ( X X u )
Figure DE102023206821A1_0012

Dabei ist die zweite Systemmatrix A' und die zweite Eingangsmatrix B' aus dem linearen Fall bekannt. Die zusätzlichen Zustandsgrößen können im Vergleich zum linearen Fall die Berechnung weiterer Matrizen notwendig machen. Beispielsweise kann sich H' durch H ' = F 1 Ω Φ H ( p ) [ Φ T Φ T ] d w

Figure DE102023206821A1_0013
errechnen.The second system matrix A' and the second input matrix B' are known from the linear case. The additional state variables may require the calculation of additional matrices compared to the linear case. For example, H' can be calculated by H ' = F 1 Ω Φ H ( p ) [ Φ T Φ T ] d w
Figure DE102023206821A1_0013
calculate.

In einem Beispiel kann das zu regelnde System 10 zur Anordnung in einem Fahrzeug und/oder Roboter angeordnet sein, und/oder zur Steuerung und/oder Überwachung einer Fahrzeugfunktion und/oder einer Roboterfunktion ausgelegt sein (insbesondere zur Steuerung und/oder Überwachung einer Fahrfunktion). In Beispielen kann ein Roboter ein (autonom oder assistiert fahrendes) Fahrzeug umfassen.In one example, the system 10 to be controlled can be arranged for placement in a vehicle and/or robot, and/or designed to control and/or monitor a vehicle function and/or a robot function (in particular to control and/or monitor a driving function). In examples, a robot can comprise a (autonomously or assisted driving) vehicle.

Zum Beispiel kann die Fahrzeugfunktion eine Funktion zum autonomen und/oder assistierten Fahren sein. In manchen Beispielen kann der Zustandsregler 20 zur Ausführung auf einem Computersystem eines Fahrzeugs (bspw. eines autonom, hochautomatisiert oder assistiert fahrenden Fahrzeugs) ausgelegt sein. Zum Beispiel kann das Computersystem lokal in dem Fahrzeug implementiert sein oder (zumindest teilweise) in einem Backend, das mit dem Fahrzeug kommunikativ verbunden ist, implementiert sein. Beispielsweise kann das Computersystem ein Steuergerät umfassen, auf dem der Zustandsregler 20 ausgeführt werden kann. In manchen Beispielen kann das Fahrzeug ein Computersystem mit einer Kommunikationsschnittstelle umfassen, die Kommunikation mit einem Backend ermöglicht. Beispielsweise kann in diesem Backend der Zustandsregler 20 ausgeführt werden. In einem Beispiel kann das zu regelnde System 10 ein System zur Querführung und/oder Längsführung des Fahrzeugs sein. Unsicherheiten, die mittels der einen oder den mehreren stochastischen Verteilungen beschrieben werden, können zum Beispiel die lastabhängige Gierträgheit und die Masse des Fahrzeugs, die Abstände des Fahrzeugschwerpunkts zu den Achsen oder die Fahrbahnreibung mit Einfluss auf die Steifigkeiten umfassen (oder eine Kombination daraus). In einem Beispiel kann die eine oder die mehreren Zustandsgrößen x1(t,ξ), x2(t,ξ), x3(t,ξ, ... Variablen für mindestens eines von einem Lenkwinkel, einem Ausrichtungswinkel, einer Gierrate, einem Schlupfwinkel, und/oder einem seitlichen Fehler sein. In einem Beispiel kann ein Eintrag des Eingangsgrößenvektors udet(t) = uSteuer(t) die Lenkgeschwindigkeit oder ein Steuerwinkel sein.For example, the vehicle function may be a function for autonomous and/or assisted driving. In some examples, the state controller 20 may be designed to be executed on a computer system of a vehicle (e.g. an autonomous, highly automated or assisted driving vehicle). For example, the computer system may be implemented locally in the vehicle or (at least partially) implemented in a backend that is communicatively connected to the vehicle. For example, the computer system may include a control unit on which the state controller 20 can be executed. In some examples, the vehicle may include a computer system with a communication interface that enables communication with a backend. For example, the state controller 20 can be executed in this backend. In one example, the system 10 to be controlled may be a system for lateral guidance and/or longitudinal guidance of the vehicle. Uncertainties described by means of the one or more stochastic distributions may include, for example, the load-dependent yaw inertia and the mass of the vehicle, the distances of the vehicle's center of gravity to the axles, or the road friction influencing the stiffnesses (or a combination thereof). In an example, the one or more state variables x 1 (t,ξ), x 2 (t,ξ), x 3 (t,ξ, ...) may be variables for at least one of a steering angle, an orientation angle, a yaw rate, a slip angle, and/or a lateral error. In an example, an entry of the input variable vector u det (t) = u control (t) may be the steering speed or a steering angle.

Die vorliegende Offenbarung betrifft auch Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs unter Verwendung eines mittels der Verfahren der vorliegenden Offenbarung ausgelegten Zustandsreglers. Dabei können in manchen Beispielen der Zustandsregler 20 und/oder das zu regelnde System 10 wie oben beschrieben ausgelegt sein.The present disclosure also relates to methods for controlling a vehicle using a state controller configured using the methods of the present disclosure. In some examples, the state controller 20 and/or the system 10 to be controlled may be configured as described above.

In anderen Beispielen und wie voranstehend angedeutet kann das zu regelnde System 10 in einem Roboter angeordnet sein, und/oder zur Steuerung und/oder Überwachung einer Roboterfunktion ausgelegt sein (insbesondere zur Steuerung und/oder Überwachung einer Bewegungsfunktion eines Roboters). Zum Beispiel kann das zu regelnde System ein System zur Querführung und/oder Längsführung des Roboters sein. In manchen Beispielen kann der Zustandsregler 20 auf einem Computersystem eines Roboters ausgeführt werden. Zum Beispiel kann das Computersystem lokal in dem Roboter implementiert sein oder (zumindest teilweise) in einem Backend, das mit dem Roboter kommunikativ verbunden ist, implementiert sein.In other examples and as indicated above, the system 10 to be controlled may be arranged in a robot and/or designed to control and/or monitor a robot function (in particular to control and/or monitor a movement function of a robot). For example, the system to be controlled may be a system for lateral guidance and/or longitudinal guidance of the robot. In some examples, the state controller 20 may be executed on a computer system of a robot. For example, the computer system may be implemented locally in the robot or (at least partially) implemented in a backend that is communicatively connected to the robot.

Im Folgenden soll mittels der 3-A und 3-B die Vorteile der Techniken der vorliegenden Offenbarung gegenüber dem Stand der Technik erläutert werden. In der 3-A sind die Ergebnisse der UQ-Analyse für ein deterministisches Lenkszenario dargestellt. Dabei ist der Bereich 60 das Vertrauensintervall, das sich durch Anwendung des Surrogatmodells nach dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung ergibt und der Verlauf 50, der sich durch Anwendung einer Monte-Carlo-Simulation ergibt. Zum Beispiel können mithilfe des Surrogatmodells Varianzen und Vertrauensintervalle der Parameter pi des Parametervektors p(ξ), wie dargestellt, bestimmt werden. Analog dazu stellt 3-B sich im nichtlinearen Fall beispielhaft ergebende Vertrauensintervalle 61 durch die Anwendung des Surrogatmodells nach dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu einem samplingbasierten Verfahren 51.In the following, the 3 -A and 3 -B the advantages of the techniques of the present disclosure over the prior art are explained. In the 3 -A shows the results of the UQ analysis for a deterministic steering scenario. The area 60 is the confidence interval that results from applying the surrogate model according to the method of the present disclosure and the curve 50 that results from applying a Monte Carlo simulation. For example, using the surrogate model, variances and confidence intervals of the parameters p i of the parameter vector p(ξ) can be determined as shown. Analogously, 3 -B exemplary confidence intervals 61 resulting in the nonlinear case by applying the surrogate model according to the method of the present disclosure in comparison to a sampling-based method 51.

Die vorliegende Offenbarung betrifft auch Verfahren zum Steuern eines Roboters unter Verwendung eines mittels der Verfahren der vorliegenden Offenbarung ausgelegten Zustandsreglers. Dabei können in manchen Beispielen der Zustandsregler 20 und/oder das zu regelnde System 10 wie oben beschrieben ausgelegt sein.The present disclosure also relates to methods for controlling a robot using a state controller designed using the methods of the present disclosure. In some examples, the state controller 20 and/or the system 10 to be controlled may be designed as described above.

Offenbart wird weiterhin ein Computersystem, das dafür ausgelegt ist, das computerimplementierte Verfahren 100 zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells auszuführen. Das Computersystem kann mindestens einen Prozessor und/oder mindestens einen Arbeitsspeicher umfassen. Das Computersystem kann weiterhin einen (nicht-volatilen) Speicher umfassen.Furthermore, a computer system is disclosed which is designed to carry out the computer-implemented method 100 for determining a surrogate model of a state space model. The computer system can comprise at least one processor and/or at least one main memory. The computer system can further comprise a (non-volatile) memory.

Offenbart wird weiterhin ein Computerprogramm, das dafür ausgelegt ist, das computerimplementierte Verfahren 100 zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells auszuführen. Das Computerprogramm kann z.B. in interpretierbarer oder in kompilierter Form vorliegen. Es kann (auch in Teilen) zur Ausführung z.B. als Bit- oder Byte-Folge in den RAM eines Computers geladen werden.Furthermore, a computer program is disclosed which is designed to carry out the computer-implemented method 100 for determining a surrogate model of a state space model. The computer program can be present, for example, in interpretable or compiled form. It can be loaded (also in parts) into the RAM of a computer for execution, for example as a bit or byte sequence.

Offenbart wird weiterhin ein computerlesbares Medium oder Signal, das das Computerprogramm oder mindestens einen Teil davon speichert und/oder enthält. Das Medium kann z.B. eines von RAM, ROM, EPROM, HDD, SDD, ... umfassen, auf/in dem das Signal gespeichert wird.Also disclosed is a computer-readable medium or signal that stores and/or contains the computer program or at least a part thereof. The medium may comprise, for example, one of RAM, ROM, EPROM, HDD, SDD, ... on/in which the signal is stored.

Claims (11)

Computerimplementiertes Verfahren (100) zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells, wobei das Verfahren (100) folgende Schritte umfasst: - Empfangen (110) eines Zustandsraummodells zur Beschreibung eines zu regelnden Systems (10), wobei das Zustandsraummodell eine erste Systemmatrix (A(p)) und eine erste Eingangsmatrix (B(p)) umfasst, wobei mindestens die erste Systemmatrix (A(p)) von einem Parametervektor (p(ξ)), der einen oder mehrere Einträge, die jeweils durch eine stochastische Verteilung beschrieben werden, umfasst, abhängig ist, - Empfangen (120) der einen oder der mehreren stochastischen Verteilungen des einen oder der mehreren Einträge des Parametervektors (p(ξ)), und - Bestimmen (130) eines Surrogatmodells des Zustandsraummodells.Computer-implemented method (100) for determining a surrogate model of a state space model, the method (100) comprising the following steps: - receiving (110) a state space model for describing a system to be controlled (10), the state space model comprising a first system matrix (A(p)) and a first input matrix (B(p)), at least the first system matrix (A(p)) being dependent on a parameter vector (p(ξ)) comprising one or more entries each described by a stochastic distribution, - receiving (120) the one or more stochastic distributions of the one or more entries of the parameter vector (p(ξ)), and - determining (130) a surrogate model of the state space model. Computerimplementiertes Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Zustandsraummodell weiter einen Zustandsvektor (x(t, ξ)), der eine oder mehr Zustandsgrößen (x1(t,ξ), x2(t,ξ), x3(t,ξ), ...) enthält, einen Eingangsgrößenvektor ((u)) und/oder eine Störgröße (w(p)) umfasst.Computer-implemented method (100) according to claim 1 , wherein the state space model further comprises a state vector (x(t, ξ)) containing one or more state variables (x 1 (t,ξ), x 2 (t,ξ), x 3 (t,ξ), ...), an input variable vector ((u)) and/or a disturbance variable (w(p)). Computerimplementiertes Verfahren (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Surrogatmodell eine Mehrzahl von Matrizen umfasst, wobei die Mehrzahl von Matrizen eine zweite Systemmatrix (A'), eine Zustandsmatrix (X), eine zweite Eingangsmatrix (B'), und optional eine Störgrößenmatrix (W') umfasst.Computer-implemented method (100) according to claim 1 or 2 , wherein the surrogate model comprises a plurality of matrices, the plurality of matrices comprising a second system matrix (A'), a state matrix (X), a second input matrix (B'), and optionally a disturbance matrix (W'). Computerimplementiertes Verfahren (100) gemäß Anspruch 3, wobei die zweite Eingangsmatrix (B') des Surrogatmodells zu einer Eingangsgröße korrespondiert, die auf der einen oder den mehreren stochastischen Verteilungen basiert, und wobei das Surrogatmodell eine dritte Eingangsmatrix (B*) umfasst, die zu einer deterministischen Eingangsgröße korrespondiert.Computer-implemented method (100) according to claim 3 , wherein the second input matrix (B') of the surrogate model corresponds to an input variable based on the one or more stochastic distributions, and wherein the surrogate model comprises a third input matrix (B*) corresponding to a deterministic input variable. Computerimplementiertes Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (130) des Surrogatmodells weiter umfasst - Festlegen (132) von einer Mehrzahl von Quadraturpunkten und einer Mehrzahl von Quadraturgewichten und - Berechnen (133) des Surrogatmodells unter Verwendung numerischer Quadraturverfahren.Computer-implemented method (100) according to one of the preceding claims, wherein determining (130) the surrogate model further comprises - establishing (132) a plurality of quadrature points and a plurality of quadrature weights and - calculating (133) the surrogate model using numerical quadrature methods. Computerimplementiertes Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (130) des Surrogatmodells mithilfe einer polynomiellen Chaosentwicklung durchgeführt wird.Computer-implemented method (100) according to one of the preceding claims, wherein determining (130) the surrogate model is performed using a polynomial chaos expansion. Computerimplementiertes Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei, wenn das System (10) ein nichtlineares System ist, eine oder mehr Zustandsgrößen einen nichtlinearen Teil umfassen, wobei das Verfahren (100) weiter umfasst, - Polynomialisieren (140) der einen oder der mehreren Zustandsgrößen, die einen nichtlinearen Teil umfassen, bevor das Bestimmen (130) des Surrogatmodells durchgeführt wird.Computer-implemented method (100) according to one of the Claims 2 until 6 , wherein, if the system (10) is a nonlinear system, one or more state variables comprise a nonlinear part, the method (100) further comprising - polynomializing (140) the one or more state variables comprising a nonlinear part before determining (130) the surrogate model. Computerimplementiertes Verfahren (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zu regelnde System (10) zur Anordnung in einem Fahrzeug und/oder Roboter ausgelegt ist, und/oder zur Steuerung und/oder Überwachung einer Fahrzeugfunktion und/oder einer Roboterfunktion ausgelegt ist.Computer-implemented method (100) according to one of the preceding claims, wherein the system to be controlled (10) is designed for arrangement in a vehicle and/or robot, and/or is designed for controlling and/or monitoring a vehicle function and/or a robot function. Computersystem, dafür ausgelegt, das computerimplementierte Verfahren (100) zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.Computer system adapted to perform the computer-implemented method (100) for determining a surrogate model of a state space model according to one of the preceding Claims 1 until 8 to execute. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch ein Computersystem dieses veranlassen, das computerimplementierte Verfahren (100) zur Bestimmung eines Surrogatmodells eines Zustandsraummodells gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.Computer program comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer system, cause the computer system to execute the computer-implemented method (100) for determining a surrogate model of a state space model according to one of the preceding Claims 1 until 8 to execute. Computerlesbares Medium oder Signal, das das Computerprogramm gemäß Anspruch 10 speichert und/oder enthält.Computer-readable medium or signal containing the computer program according to claim 10 stores and/or contains.
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