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 PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- computer
- model
- implemented method
- state
- determining
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1671—Programme 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
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. 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.
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.
- 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
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
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
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:
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
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
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
Beispielsweise kann das Zustandsraummodell eines nichtlinearen Originalsystems folgende Struktur haben:
Das dazu korrespondierende Surrogatmodell kann aufgrund der erweiterten Zustandsgrößen folgende Form aufweisen:
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
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
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
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
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
Im Folgenden soll mittels der
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
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
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
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)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023206821.4A DE102023206821A1 (en) | 2023-07-18 | 2023-07-18 | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DETERMINING A SURROGATE MODEL OF A STATE-SPACE MODEL |
| PCT/EP2024/070236 WO2025017058A1 (en) | 2023-07-18 | 2024-07-17 | Computer-implemented method for determining a surrogate model for a state space model |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023206821.4A DE102023206821A1 (en) | 2023-07-18 | 2023-07-18 | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DETERMINING A SURROGATE MODEL OF A STATE-SPACE MODEL |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102023206821A1 true DE102023206821A1 (en) | 2025-01-23 |
Family
ID=91958852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102023206821.4A Pending DE102023206821A1 (en) | 2023-07-18 | 2023-07-18 | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DETERMINING A SURROGATE MODEL OF A STATE-SPACE MODEL |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102023206821A1 (en) |
| WO (1) | WO2025017058A1 (en) |
-
2023
- 2023-07-18 DE DE102023206821.4A patent/DE102023206821A1/en active Pending
-
2024
- 2024-07-17 WO PCT/EP2024/070236 patent/WO2025017058A1/en active Pending
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| FISHER, James; BHATTACHARYA, Raktim: Linear quadratic regulation of systems with stochastic parameter uncertainties. In: Automatica, 2009, 45. Jg., Nr. 12, S. 2831-2841. * |
| MA, Zhiming [et al.]: Recursive Feasibility and Stability for Stochastic MPC based on Polynomial Chaos. In: IFAC-PapersOnLine, Januar 2023, Vol. 56, No. 1, S. 204-209. * |
| MESBAH, Ali [et al.]: Stochastic nonlinear model predictive control with probabilistic constraints. In: 2014 American control conference. IEEE, 2014. S. 2413-2419. * |
| PAULSON, Joel A.; STREIF, Stefan; MESBAH, Ali: Stability for receding-horizon stochastic model predictive control. In: 2015 American Control Conference (ACC). IEEE, 2015. S. 937-943. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025017058A1 (en) | 2025-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2999998B1 (en) | Methods for ascertaining a model of an output variable of a technical system | |
| DE102019131385A1 (en) | SAFETY AND PERFORMANCE STABILITY OF AUTOMATION THROUGH UNSECURITY-LEARNED LEARNING AND CONTROL | |
| WO2021058223A1 (en) | Method for applying automated driving functions efficiently and in a simulated manner | |
| DE102019127908A1 (en) | Method and device for parameterizing a vehicle function | |
| DE102019134053A1 (en) | Process for the continuous validation of automated driving functions applied in driving tests | |
| EP3398092A1 (en) | Method for configuring a co-simulation for a total system | |
| DE202018102632U1 (en) | Device for creating a model function for a physical system | |
| EP4214642A1 (en) | Method for providing a machine-learned control function for vehicle control on the basis of available vehicle sensor data | |
| EP1715352A2 (en) | Method and apparatus for diagnosing failures in a mechatronic system | |
| DE102013212889A1 (en) | Method and device for creating a control for a physical unit | |
| WO2021089499A1 (en) | Method and system for checking an automated driving function by reinforcement learning | |
| EP3979009A1 (en) | Creation of a simplified model for xil systems | |
| DE102023206821A1 (en) | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DETERMINING A SURROGATE MODEL OF A STATE-SPACE MODEL | |
| EP3620998A1 (en) | Method for safe training of a dynamic model | |
| DE102023203084A1 (en) | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DESIGNING A STATE CONTROLLER WITH STOCHASTIC OPTIMIZATION | |
| DE102022200158A1 (en) | Process for qualifying a controller using a closed-loop simulation process | |
| DE102021208313A1 (en) | Method and device for providing a controller for an electrical machine | |
| DE102024205238A1 (en) | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR CONTROLLING A DYNAMIC SYSTEM | |
| DE102023211083A1 (en) | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR DETERMINING A SURROGATE MODEL OF A STATE-SPACE MODEL | |
| DE102016206627A1 (en) | Method and device for measuring a system to be tested | |
| DE102013200932A1 (en) | Method for monitoring control function of engine control device of engine system of motor vehicle, involves determining comparison value by using mathematical numerical parametric model, particularly Gaussian model | |
| DE102024201223A1 (en) | COMPUTER-IMPLEMENTED METHOD FOR GENERATING A COMPLEXITY-REDUCED TIME MODEL OF A DISTRIBUTED SYSTEM | |
| DE102024202976A1 (en) | Method and device for ensuring compliance with partial requirements of system elements of a vehicle during the development of a vehicle | |
| DE102019128115B4 (en) | Vehicle model for longitudinal dynamics | |
| EP4563440A1 (en) | Supervised machine learning of a computer-implemented method for performing a technical process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified |