软传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开软传感器装置，通过使用多个处理器核的计算而获取作为推测对象的状态变量。在用将状态变量x、将状态变量x作为独立变量的内部函数g(x)以及能够观测的输入变量u作为独立变量的函数f(x，g(x)，u)表现状态变量x的时间微分dx/dt的情况下，通过第二核计算用内部函数g(x)定义的中介变量v。第一核使用状态变量x、中介变量v以及输入变量u的各值计算函数f(x，v，u)，通过函数f(x，v，u)的值的时间积分得到状态变量x的值。在函数f(x，v，u)的计算中使用在上次处理中计算出的状态变量x的值、在上次处理中第二核计算出的中介变量v的值以及在本次处理中输入的输入变量u的值。

Soft sensor device

The present invention discloses a soft sensor device, which obtains the state variable as a speculative object by using the calculation of multiple processor cores. In the state variables X, X as the internal state variables function of independent variables g (x) and observation of the U input variables as a function of independent variables (x, F, G (x) U) dx/dt time differential state variables of X cases, by second core calculated by internal function g (x) defined by the intermediary variable v. The first kernel uses the state variable x, the mediator variable V and the input variable U to calculate the function f (x, V, U), and the value of the state variable x is obtained by the time integration of the values of the function f (x, V, u). In the calculation of function f (x, V, U), the value of the state variable x calculated in the last processing, the value of the intermediate variable V calculated by the second core in the last processing, and the value of the input variable U inputted in the process are given.

【技术实现步骤摘要】
软传感器装置
本专利技术涉及通过计算来获取状态变量的软传感器装置。
技术介绍
近年来，并不实际测量而通过计算来推测包括温度、压力、速度、加速度、角速度、电压、电流、电阻值等各种物理量的状态变量的软传感器有关的研究得到发展。软传感器是用函数描述了在希望推测的状态变量与能够观测的输入变量之间成立的关系的软件。通过将该软件安装到计算机，作为与以往的传感器同样的“装置”发挥功能。在本说明书中，将作为软件的软传感器安装于作为硬件的计算机而形成的装置称为“软传感器装置”。在软传感器装置中，与以往的传感器同样地要求响应性。即，要求缩短直至获取希望推测的状态变量所需的时间。包括软传感器装置的计算装置的运算能力是能够通过提高核的工作频率来提高。但是，从电力效率的观点来看，在利用工作频率的高频率化实现高性能化时存在界限。因此，近年来，例如日本特开2014-211113号公报所公开那样，在一个半导体芯片上搭载有多个处理器核的多核处理器、进而搭载有更多的处理器核的许多核处理器(many-coreprocessor)得到关注。根据多核处理器、许多核处理器，如果处理相同量的运算，则相比于单核处理器，工作频率低也可以。进而，通过将应处理的任务分配到多个核而并行计算，从而相比于用单一核进行计算的情况，能够缩短运算时间。但是，在使用多核处理器、许多核处理器时，需要留意软传感器的算法具有的顺序性。根据阿姆达定律(amdahl'slaw)，在使用N个处理器核来执行可并行化的部分的执行时间的比例是a的程序的情况下，用S＝1/((1－a)+a/N)表示整体的性能提高率S。由此可知，在具有顺序性高的算法的程序的情况下，难以通过增加核数量来提高性能。另外，越增加核数量，与核之间的数据的交换相伴的延迟也越显著。因此，仅仅通过将多核处理器、许多核处理器应用于软传感器装置，则无法充分地提高性能。专利文献专利文献1：日本特开2014-211113号公报
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于在通过使用多个处理器核的计算而获取作为推测对象的状态变量的软传感器装置中，谋求缩短状态变量的获取所需的运算时间。在作为推测对象的状态变量的值与能够观测的输入变量相关地变化的情况下，用于通过计算来推测该状态变量的软传感器用以下的式1表示。在本说明书中，用“x”表示作为推测对象的状态变量，用“u”表示能够观测的输入变量。其中，“x”是将一个或者多个状态量作为分量的矢量，“u”是将一个或者多个输入信号作为分量的矢量。【式1】如式1所示，在软传感器中，用将状态变量x、将状态变量x作为独立变量的内部函数g(x)以及输入变量u作为独立变量的函数f(x，g(x)，u)，表现状态变量x的时间微分dx/dt。从在函数f(x，g(x)，u)中存在内部函数g(x)可知，软传感器具有顺序性的构造。因此，在直接计算式1时，首先计算内部函数g(x)，接着计算函数f(x，g(x)，u)，所以在状态变量x的获取中需要时间。因此，本申请所涉及的专利技术人如以下说明那样尝试使式1的计算并行化。首先，准备如以下所述用内部函数g(x)定义的中介变量v。【式2】v＝g(x)…(2)接下来，通过对式2的两边进行时间微分并且使用式1的关系，得到下式3。式3的右边用内部函数g(x)关于状态变量x的偏微分与函数f(x，v，u)之积来表示。【式3】通过组合式1和式3，得到式4所示的等价方程式。【式4】式4的右边的第一行是函数f(x，v，u)，但其输入是状态变量x(t)、中介变量v(t)以及输入变量u(t)。另外，第2行是偏微分与函数f(x，v，u)之积，但它们的输入也是状态变量x(t)、中介变量v(t)以及输入变量u(t)。状态变量x(t)、中介变量v(t)以及输入变量u(t)都是根据时间决定的变量，而不是其它变量的函数。即，在式4中，不包括顺序性的构造。式4是用于并行化地进行式1的计算的一个选择，是能够消除式1具有的顺序性的构造的特别的选择。消除算法具有的顺序性的构造在谋求使使用多个处理器核的运算高速化的方面上是特别重要的事项。本申请的专利技术人通过将软传感器装置构成为使用多个处理器核来进行用式4表示的并行计算，实现了状态变量x的获取所需的运算时间的缩短。以下，说明本申请的软传感器装置的结构。本申请的软传感器装置具备：第一运算装置，构成为使用一个处理器核(也可以是多个处理器核)来进行运算；以及第二运算装置，构成为使用与在第一运算装置中所使用的处理器核不同的一个或者多个处理器核来进行运算。在软传感器装置具备多核处理器或者许多核处理器的情况下，第一运算装置和第二运算装置也可以都包含于该单一的多核处理器或者单一的许多核处理器中。第一运算装置被编程为使用状态变量x、中介变量v以及输入变量u的各值来计算函数f(x，v，u)，进而对函数f(x，v，u)的值进行时间积分，由此得到状态变量x的值。第二运算装置被编程为计算在第一运算装置中被用作输入的中介变量v。在通过第一运算装置计算函数f(x，v，u)时，使用在上次的处理中由第一运算装置计算出的状态变量x的值、在上次的处理中由第二运算装置计算出的中介变量v的值以及在本次的处理中输入的输入变量u的值。根据这样构成的软传感器装置，在通过第一运算装置计算函数f(x，v，u)时，使用在第二运算装置中预先计算出的中介变量v的值，所以通过由于没有顺序性的处理而实现的高速运算，能够以高的响应性获取希望推测的状态变量x。详细而言，第二运算装置也可以被编程为使用在上次的处理中由第一运算装置计算出的状态变量x的值、在上次的处理中由第二运算装置计算出的中介变量v的值以及在本次的处理中输入的输入变量u的值，计算偏微分与函数f(x，v，u)之积。即，也可以一体地计算式4的右边第2行分量。在该情况下，第二运算装置也可以被编程为通过对在该计算中得到的值进行时间积分而得到中介变量v的值。或者，第二运算装置也可以被编程为使用在上次的处理中由第一运算装置计算出的状态变量x的值来计算偏微分并且获取在本次的处理中由第一运算装置计算出的函数f(x，v，u)的值。即，也可以将式4的右边第2行分量分成偏微分和函数f(x，v，u)，仅计算偏微分在该情况下，第二运算装置被编程为通过对将在该计算中得到的偏微分的值和从第一运算装置获取到的函数f(x，v，u)的值相乘而得到的值进行时间积分来得到中介变量v的值。其中，在内部函数g(x)是用以下的式5表示的由两个以上的n个函数gn，…，g2，g1构成的具有顺序构造的合成函数的情况下，式4能够进一步并行化。【式5】g(x)＝gno…og2og1(x)…(5)在此，如下式6以及式7所示定义中介变量vi。其中，i是大于1且n以下的整数。此外，如式8所示，中介变量vn对应于上述中介变量v。【式6】vI＝g1(x)...(6)【式7】vi＝gi(vi-1)…(7)【式8】v＝vn…(8)通过对式6以及式7的两边进行时间微分，得到下式9以及式10。【式9】【式10】根据式5所示的关系使用式9以及式10使式4进一步并行化，由此得到式11所示的等价方程式。【式11】如果使用多个处理器核进行用式11表示的并行计算，则也可以由第一运算装置进行式11的右边第一行分量的运算，由第二运算装置进行右边第2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软传感器装置，通过使用多个处理器核的计算而获取状态变量x，所述状态变量x是其值与能够观测的输入变量u相关地变化的状态变量，且该状态变量x的时间微分dx/dt是用函数f(x，g(x)，u)来表现的，在函数f(x，g(x)，u)中，将该状态变量x、将该状态变量x作为独立变量的内部函数g(x)以及所述输入变量u作为独立变量，所述软传感器装置的特征在于，具备：第一运算装置，构成为使用一个或者多个处理器核来进行运算，并且被编程为使用所述状态变量x、在所述内部函数g(x)中定义的中介变量v以及所述输入变量u的各值来计算函数f(x，v，u)，进而对所述函数f(x，v，u)的值进行时间积分，由此得到所述状态变量x的值；以及第二运算装置，构成为使用与在所述第一运算装置中使用的处理器核不同的一个或者多个处理器核来进行运算，并且被编程为计算所述中介变量v，所述第一运算装置被编程为使用在上次的处理中由所述第一运算装置计算出的所述状态变量x的值、在上次的处理中由所述第二运算装置计算出的所述中介变量v的值以及在本次的处理中输入的所述输入变量u的值来计算所述函数f(x，v，u)。

【技术特征摘要】
2016.05.17 JP 2016-0989301.一种软传感器装置，通过使用多个处理器核的计算而获取状态变量x，所述状态变量x是其值与能够观测的输入变量u相关地变化的状态变量，且该状态变量x的时间微分dx/dt是用函数f(x，g(x)，u)来表现的，在函数f(x，g(x)，u)中，将该状态变量x、将该状态变量x作为独立变量的内部函数g(x)以及所述输入变量u作为独立变量，所述软传感器装置的特征在于，具备：第一运算装置，构成为使用一个或者多个处理器核来进行运算，并且被编程为使用所述状态变量x、在所述内部函数g(x)中定义的中介变量v以及所述输入变量u的各值来计算函数f(x，v，u)，进而对所述函数f(x，v，u)的值进行时间积分，由此得到所述状态变量x的值；以及第二运算装置，构成为使用与在所述第一运算装置中使用的处理器核不同的一个或者多个处理器核来进行运算，并且被编程为计算所述中介变量v，所述第一运算装置被编程为使用在上次的处理中由所述第一运算装置计算出的所述状态变量x的值、在上次的处理中由所述第二运算装置计算出的所述中介变量v的值以及在本次的处理中输入的所述输入变量u的值来计算所述函数f(x，v，u)。2.根据权利要求1所述的软传感器装置，其特征在于，所述第二运算装置被编程为：使用在上次的处理中由所述第一运算装置计算出的所述状态变量x的值、在上次的处理中由所述第二运算装置计算出的所述中介变量v的值以及在本次的处理中输入的所述输入变量u的值，计算所述内部函数g(x)关于所述状态变量x的偏微分与所述函数f(x，v，u)之积，并对该积的值进行时间积分，由此得到所述中介变量v的值。3.根据权利要求1所述的软传感器装置，其特征在于，所述第二运算装置被编程为：使用在上次的处理中由所述第一运算装置计算出的所述状态变量x的值，计算所述内部函数g(x)关于所述状态变量x的偏微分对将所述偏微分的值和在本次的处理中由所述第一运算装置计算出的所述函数f(x，v，u)的值相乘而得到的值进行时间积分，由此得到所述中介变量v的值。4.根据权利要求1所述的软传感器装置，其特征在于，所述内部函数g(x)是用以下的式A表示的、由两个以上的n个函数gn，…，g2，g1构成的具有顺序构造的合成函数，在关于各函数gn，…，g2，g1用以下的式B、C以及D定义中介变量vi的情况下，所述第一运算装置被编程为运算以下的式E...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐多宏太，大畠明，东俊一，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP