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JP3394989B2 - Numerical calculation method and numerical calculation device, and recording medium storing numerical calculation program - Google Patents
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JP3394989B2 - Numerical calculation method and numerical calculation device, and recording medium storing numerical calculation program - Google Patents

Numerical calculation method and numerical calculation device, and recording medium storing numerical calculation program

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JP3394989B2
JP3394989B2 JP31077099A JP31077099A JP3394989B2 JP 3394989 B2 JP3394989 B2 JP 3394989B2 JP 31077099 A JP31077099 A JP 31077099A JP 31077099 A JP31077099 A JP 31077099A JP 3394989 B2 JP3394989 B2 JP 3394989B2
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residual
value
numerical calculation
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initial value
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一雄 菊地
匡康 高橋
敦宏 田村
幸二 谷口
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独立行政法人航空宇宙技術研究所
株式会社ヴァイナス
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力、温度などの
物理量を対象とした数値計算技術に関するものであり、
特に、逐次近似解法アルゴリズムを用いた数値計算技術
に属する
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a numerical calculation technique for physical quantities such as pressure and temperature.
In particular, it belongs to a numerical calculation technique using an iterative solution algorithm .

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】従来から、圧力、温度
などの物理量を対象とした制御技術において、逐次近似
解法アルゴリズムの利用がなされている。逐次近似解法
アルゴリズムとは、様々な最適制御理論に基づいて、逐
次近似を繰り返し行いつつ、数値計算により最適解を求
めるものである。
In the past, iterative approximation algorithm has been used in control techniques for physical quantities such as pressure and temperature. The iterative approximation algorithm is an algorithm for obtaining an optimal solution by numerical calculation while repeatedly performing iterative approximation based on various optimal control theories.

【0003】ところが、逐次近似解法アルゴリズムを用
いた場合には、制御対象の各パラメータの解を求める際
に、計算の反復回数が多くなるために、計算時間の点か
ら、高速かつ高精度の制御が困難になっている。このた
め、様々な分野の制御技術に応用できるようにするため
に、逐次近似解法アルゴリズムの収束性の向上が、望ま
れている。
However, when the iterative approximation algorithm is used, the number of iterations of the calculation is increased when obtaining the solution of each parameter to be controlled, and therefore the control is performed at high speed and with high accuracy in terms of calculation time. Has become difficult. Therefore, it is desired to improve the convergence of the iterative solution algorithm so that it can be applied to control technologies in various fields.

【0004】前記の問題に鑑み、本発明は、従来よりも
収束性の高い逐次近似解法アルゴリズムを用いた数値計
方法、数値計算装置および数値計算用プログラムを記
録した記録媒体を提供することを課題とする。
In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a numerical counter using an iterative solution algorithm with higher convergence than before.
It is an object to provide a calculation method, a numerical calculation device, and a recording medium recording a numerical calculation program.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項1の発明が講じた解決手段は、物理量Uが
満たすべき偏微分方程式を離散化したときの係数行列を
A、非斉次項(ソース項)をfとしたとき、コンピュー
タを用いて、A・U=fを解き、物理量Uの数値計算を
行う方法として、物理量Uの初期値U0を設定し、繰り
返し回数mに初期値として0を、摂動量φの初期値とし
て0を与え、残差rの初期値r0として(f−A・U0
を設定し、繰り返し回数mをインクリメントしながら、
A・φ=rmの予測近似値Ψmを内部ソルバを有する第1
の演算部によって反復計算によって求めるステップと、
残差rmのL2ノルムを最小とする最適化された近似値
φmを第2演算部によって最適化ルーチンによって予測
近似値Ψmから求め、近似解Um+1として(Um+φm)を
与え、残差rm+1として(rm−A・φm)を与えるステ
ップとを近似解Umが収束するまで繰り返し実行するも
のであり、前記予測近似値Ψmを求めるステップは、繰
り返し回数m毎の残差切除率を表す変数κmが所定値K
を超えたとき、反復計算を終えるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the solving means taken by the invention of claim 1 is that the coefficient matrix when the partial differential equation to be satisfied by the physical quantity U is discretized as A, Assuming that the homogeneous term (source term) is f, a computer is used to solve AU = f, and a numerical value of the physical quantity U is calculated. An initial value U 0 of the physical quantity U is set and the number of repetitions m is set. 0 is given as the initial value, 0 is given as the initial value of the perturbation amount φ, and as the initial value r 0 of the residual r, (f−A · U 0 ).
And incrementing the number of repetitions m,
A · φ = r m predicted approximation Ψ m with internal solver
The step of iterative calculation by the calculation unit of
An optimized approximation value φ m that minimizes the L 2 norm of the residual r m is obtained from the predicted approximation value Ψ m by the optimization routine by the second computing unit, and as an approximate solution U m + 1 (U m + φ m ). And a step of giving (r m −A · φ m ) as the residual r m + 1 until the approximate solution U m converges, and the step of obtaining the predicted approximate value Ψ m is as follows. A variable κ m, which represents the residual resection rate for each number of repetitions m, is a predetermined value K
When it exceeds, the iterative calculation is finished.

【0006】そして、請求項2の発明では、前記請求項
の数値計算方法における変数κmは、
In the invention of claim 2 , the above-mentioned claim
The variable κ m in the numerical calculation method of 1 is

【数1】 の式で与えられるものとする。[Equation 1] Shall be given by the formula.

【0007】また、請求項3の発明が講じた解決手段
は、物理量Uが満たすべき偏微分方程式を離散化したと
きの係数行列をA、非斉次項(ソース項)をfとしたと
き、A・U=fを解き、物理量Uの数値計算を行う装置
として、物理量Uの初期値U0を設定し、繰り返し回数
mに初期値として0を、摂動量φの初期値として0を与
え、残差rの初期値r0として(f−A・U0)を設定
し、繰り返し回数mをインクリメントしながら、A・φ
=rmの予測近似値Ψmを内部ソルバを有する第1演算部
によって反復計算によって求めるステップと、残差rm
のL2ノルムを最小とする最適化された近似値φmを第
2演算部によって最適化ルーチンによって予測近似値Ψ
mから求め、近似解Um+1として(Um+φm)を与え、残
差rm+1として(rm−A・φm)を与えるステップとを
近似解Umが収束するまで、繰り返し実行するものであ
り、前記予測近似値Ψmを求めるステップは、繰り返し
回数m毎の残差切除率を表す変数κmが所定値Kを超え
たとき反復計算を終えるものである。
Further, the solving means taken by the invention of claim 3 is that, when the coefficient matrix when the partial differential equation to be satisfied by the physical quantity U is discretized is A and the inhomogeneous term (source term) is f, As an apparatus for solving U = f and numerically calculating the physical quantity U, an initial value U 0 of the physical quantity U is set, 0 is given as an initial value for the number of repetitions m, 0 is given as an initial value of the perturbation quantity φ, and the remaining (F−A · U 0 ) is set as the initial value r 0 of the difference r, and A · φ
= R m predicted approximate value Ψ m by iterative calculation by the first arithmetic unit having an internal solver, and residual r m
Of the optimized approximated value φ m that minimizes the L2 norm of
obtained from m, the approximate solution U m + 1 gives (U m + phi m), until the residual r m + 1 as (r m -A · φ m) approximate solution U m and providing the converge, This step is repeatedly executed, and the step of obtaining the predicted approximate value Ψ m ends the iterative calculation when the variable κ m representing the residual cutoff rate for each number of repetitions m exceeds a predetermined value K.

【0008】そして、請求項4の発明では、前記請求項
の数値計算装置における変数κmは、
In the invention of claim 4 , the above-mentioned claim
The variable κ m in the numerical computer of 3 is

【数1】 の式で与えられるものとする。[Equation 1] Shall be given by the formula.

【0009】また、請求項5の発明が講じた解決手段
は、コンピュータに、物理量Uが満たすべき偏微分方程
式を離散化したときの係数行列をA、非斉次項(ソース
項)をfとしたとき、A・U=fを解かせ、物理量Uの
数値計算を行う数値計算用プログラムを記録した記録媒
体として、物理量Uの初期値U0を設定し、繰り返し回
数mに初期値として0を、摂動量φの初期値として0を
与え、残差rの初期値r0として(f−A・U0)を設定
し、繰り返し回数mをインクリメントしながら、A・φ
=rmの予測近似値Ψmを内部ソルバを有する第1演算部
によって反復計算によって求めるステップと、残差rm
のL2ノルムを最小とする最適化された近似値φmを第
2演算部によって最適化ルーチンによって予測近似値Ψ
mから求め、近似解Um+1として(Um+φm)を与え、残
差rm+1として(rm−A・φm)を与えるステップとを
近似解Umが収束するまで繰り返し実行するものであ
り、前記予測近似値Ψmを求めるステップは、繰り返し
回数m毎の残差切除率を表す変数κmが所定値Kを超え
たとき反復計算を終えるものである処理をコンピュータ
に実行させる数値計算用プログラムを記録したものであ
る。
Further, in the solution means taken by the invention of claim 5 , the coefficient matrix when the partial differential equation to be satisfied by the physical quantity U is discretized in the computer is A, and the inhomogeneous term (source term) is f. At this time, the initial value U 0 of the physical quantity U is set as a recording medium in which a numerical calculation program for numerically calculating the physical quantity U is solved, and A · U = f is set. 0 is given as the initial value of the perturbation amount φ, (f−A · U 0 ) is set as the initial value r 0 of the residual r, and A · φ is increased while incrementing the number of repetitions m.
= R m predicted approximate value Ψ m by iterative calculation by the first arithmetic unit having an internal solver, and residual r m
Of the optimized approximated value φ m that minimizes the L2 norm of
obtained from m, the approximate solution U m + 1 gives (U m + φ m), repeated until the residual r m + 1 as (r m -A · φ m) approximate solution U m and providing the converges In the step of obtaining the predicted approximate value Ψ m , the computer performs a process of ending the iterative calculation when the variable κ m representing the residual cutoff rate for each number of iterations m exceeds a predetermined value K. It is a record of a numerical calculation program to be executed.

【0010】請求項6の発明では、前記請求項5の数値
計算用プログラムを記録した記録媒体において、前記数
値計算用プログラムで用いる変数κmは、
According to the invention of claim 6 , in the recording medium on which the program for numerical calculation of claim 5 is recorded, the variable κ m used in the program for numerical calculation is:

【数1】 の式で与えられるものとする。[Equation 1] Shall be given by the formula.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明の一実施形態に係る制御装置
の構成を示すブロック図であり、本発明に係る数値計算
技術を車両の自動走行制御に応用した例を示している。
図1において、車両は、目的値・経路設定部11によっ
て設定される軌道上を許容誤差範囲内で目的地まで自動
走行する回路を備えているものとする。走行中は、位置
情報検出器12によって、位置・方位情報や速度等の走
行情報が検出される。表示器18では設定値や走行状態
などの情報がリアルタイムでモニター表示される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device according to an embodiment of the present invention, showing an example in which a numerical calculation technique according to the present invention is applied to automatic vehicle traveling control. .
In FIG. 1, it is assumed that the vehicle includes a circuit that automatically travels to a destination within an allowable error range on the track set by the target value / route setting unit 11. During traveling, the position information detector 12 detects traveling information such as position / direction information and speed. The display device 18 displays information such as set values and running conditions on a monitor in real time.

【0013】車両の位置と軌道とのずれφは情報管理装
置13によって常に監視されている。そして、このずれ
φが許容値δmax を越えたとき、そのときの走行情報を
出発値として、方向角・角加速度・速度・加速度などの
最適化パラメータ制御、すなわち軌道復帰への最適化手
段が、本発明に係るアルゴリズムを用いてシミュレーシ
ョンされる。
The deviation φ between the vehicle position and the track is constantly monitored by the information management device 13. Then, when this deviation φ exceeds the allowable value δmax, the travel information at that time is used as a starting value, and the optimization parameter control of the direction angle, the angular acceleration, the speed, the acceleration, etc. A simulation is performed using the algorithm according to the present invention.

【0014】図2は本発明の一実施形態に係る数値計算
方法を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flow chart showing a numerical calculation method according to an embodiment of the present invention.

【0015】(残差方程式の定式化) いま求めたい物理量をUとし、その物理量が満たすべき
偏微分方程式を離散化したときの係数行列をA、非斉次
項(ソース項)をfとすると、解くべき式は、 A・U=f …(1) で表される。この式は、一般的には、SOR法、ADI
法等の逐次近似法によって解くことができる。
(Formulation of residual equation) Let U be the physical quantity to be obtained, A is the coefficient matrix when the partial differential equation to be satisfied by the physical quantity is discretized, and f is the inhomogeneous term (source term). The equation to be solved is represented by AU = f (1). This formula is generally used in the SOR method, ADI
It can be solved by a successive approximation method such as a method.

【0016】本発明では、以下のような解法を用いる。In the present invention, the following solution method is used.

【0017】式(1)の解U∞を、近似解Uと摂動量
(真の解との差)φとによって、次のように表す。 U∞=U+φ …(2) 本発明に係る解法では、摂動量φを求めて近似解Uを修
正していくことによって、式(1)の真の解U∞を求め
る。
The solution U∞ of the equation (1) is expressed as follows by the approximate solution U and the perturbation amount (difference between the true solution) and φ. U∞ = U + φ (2) In the solution according to the present invention, the perturbation amount φ is obtained and the approximate solution U is modified to obtain the true solution U∞ of the equation (1).

【0018】ここで、近似解Uに対する残差rを次のよ
うに定義する。
Here, the residual r for the approximate solution U is defined as follows.

【0019】r=f−A・U …(3) 式(1)〜(3)から、 A・(U+φ)=f ∴ Aφ=f−AU=r したがって、摂動量φを求めるためには、次の式を解け
ばよい。 Aφ=r …(4)
R = f−A · U (3) From the equations (1) to (3), A · (U + φ) = f∴A · φ = f−A · U = r Therefore, the perturbation amount φ is obtained. In order to do so, solve the following equation. A · φ = r (4)

【0020】(残差切除法のアルゴリズム) 本発明に係るアルゴリズムでは、式(4)の収束解を求
めるのではなく、ADI法などによって最も収束勾配の
急な最小単位の反復で予測近似値Ψを求め、求めた予測
近似値Ψを、最適化制御ルーチンに供給する。そして、
最適化制御ルーチンの実行結果が所定の条件を満たすま
で、予測近似値Ψの算出を繰り返し実行する。
(Algorithm of Residual Exclusion Method) In the algorithm according to the present invention, the predicted approximate value Ψ is obtained by repeating the smallest unit with the steepest convergence gradient by the ADI method or the like, instead of obtaining the convergent solution of the equation (4). Is calculated, and the calculated predicted approximate value Ψ is supplied to the optimization control routine. And
The calculation of the predicted approximate value Ψ is repeatedly executed until the execution result of the optimization control routine satisfies the predetermined condition.

【0021】<最適化制御ルーチン> いま、繰り返し回数をmとしたとき、残差のL2ノルム
を最小とする合成摂動量φmと新しい近似解Um+1を次の
ように定義する。
<Optimization Control Routine> Now, assuming that the number of iterations is m, a synthetic perturbation φ m that minimizes the L2 norm of the residual and a new approximate solution U m + 1 are defined as follows.

【数2】 m+1=Um+φm …(6) αl(l=1,2,3,…,L)は残差最小化係数であ
り、後述する計算方法によって求まる定数である。残差
のL2ノルムがより小さくなるように、次のように残差
の最小化を行う。
[Equation 2] U m + 1 = U m + φ m (6) α l (l = 1, 2, 3, ..., L) is a residual minimization coefficient, which is a constant obtained by a calculation method described later. The residual is minimized as follows so that the L2 norm of the residual becomes smaller.

【0022】新しい近似解Um+1が式(6)で表される
とき、これに対する残差rm+1は、式(3)から、次の
ように表される。
When the new approximate solution U m + 1 is expressed by the equation (6), the residual error r m + 1 for it is expressed by the following equation (3).

【0023】rm+1=f−A・Um+1 …(7) 式(7)に式(6)を代入し、式(3),(5)を用い
ると、
R m + 1 = f−A · U m + 1 (7) Substituting equation (6) into equation (7) and using equations (3) and (5),

【数3】 [Equation 3]

【0024】近似解Um+1に対する残差rm+1のL2ノル
ム‖rm+1‖は、三次元の場合、(rm+12の内点全て
の総和の平方根として、式(9)で与えられる。
The L2 norm ‖r m + 1 ‖ of the residual r m + 1 with respect to the approximate solution U m + 1 is, in the case of three dimensions, expressed as the square root of the sum of all interior points of (r m + 1 ) 2. It is given in (9).

【数4】 [Equation 4]

【0025】この残差rm+1のL2ノルム‖rm+1‖を最
小にするように、式(9)の残差最小化係数αll=
1,2,3,…,L)を最小二乗法で定める。すなわ
ち、
In order to minimize the L2 norm ‖r m + 1 ‖ of this residual r m + 1 , the residual minimization coefficient α l ( l =
1, 2, 3, ..., L ) are determined by the least squares method. That is,

【数5】 式(10)はαのL元連立方程式となり、これを数値的
に解くことによってαlが定まる。αlが定まると、式
(5)からφmが求まり、式(6)からUm+1が求まる。
残差最小化係数αlの計算方法については後述する。
[Equation 5] Equation (10) becomes an L-element simultaneous equation of α, and α l is determined by numerically solving it. When α l is determined, φ m is obtained from the equation (5) and U m + 1 is obtained from the equation (6).
A method of calculating the residual minimization coefficient α l will be described later.

【0026】mをインクリメントしながら、同様のルー
チンを繰り返すことによって、式(9)の残差のL2ノ
ルムを零または最小にする解U∞に収束する。
By repeating the same routine while incrementing m, the solution converges to the solution U ∞ that makes the L2 norm of the residual of equation (9) zero or minimum.

【0027】図2に示すフローチャートに従って、本実
施形態に係る数値計算方法について説明する。
The numerical calculation method according to this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0028】まず、ステップS1において、対象物理量
Uの初期値U0を設定する。そして、ステップS2にお
いて、繰り返し回数mに初期値として0を、摂動量φの
初期値として0を与え、残差rの初期値r0として(f
−A0)を設定する。
First, in step S1, an initial value U 0 of the target physical quantity U is set. Then, in step S2, a 0 as an initial value in number of repetitions m, give 0 as an initial value of the perturbation quantity phi, as the initial value r 0 of the residual r (f
-A · U 0 ) is set.

【0029】以下、近似解Umが収束するまで、繰り返
し回数mをインクリメントしながら、ステップS3〜S
9を繰り返し実行する。
Thereafter, steps S3 to S are performed while incrementing the number of iterations m until the approximate solution U m converges.
9 is repeatedly executed.

【0030】ステップS3〜S8では、ADI法、SO
R法、CG法などの逐次近似法を実行する内部ソルバに
よって、 A・φ=rm の近似解(予測近似値)Ψm を求める。ところがこの式
は、既存の逐次近似法で解こうとすると、実用問題に対
しては収束までに多くの繰り返しを必要とし、必然的に
計算機使用時間も膨大となる。
In steps S3 to S8, the ADI method, the SO
R method, by internal solver to perform successive approximation method such as CG method, the approximate solution of A · φ = r m (predicted approximate value) is obtained [psi m. However, if this equation is to be solved by the existing iterative approximation method, it will take many iterations for practical problems to converge, and inevitably the computer time will be enormous.

【0031】そこで本実施形態では、逐次計算の反復回
数の上限Nを設定する(ステップS7,S8)ととも
に、残差の減少の割合すなわち残差切除率を表す変数κ
mを導入し(ステップS5)、この変数κmが所定値Kを
超えたとき、反復計算を終えるものとしている(ステッ
プS6)。
Therefore, in the present embodiment, the upper limit N of the number of iterations of the sequential calculation is set (steps S7 and S8), and at the same time, the variable κ representing the reduction rate of the residual, that is, the residual cutoff rate.
When m is introduced (step S5) and the variable κ m exceeds a predetermined value K, the iterative calculation is finished (step S6).

【0032】逐次計算の反復回数を固定した場合には、
収束判定までのループの繰り返しm毎に、残差の減少の
割合(残差切除率)が大きく変動する。この変動は、各
繰り返しmにおける予測近似値Ψm の近似度合に起因す
るものである。このために、解が収束するまでのループ
の繰り返し回数が必要以上に増加してしまうおそれがあ
る。
When the number of iterations of the sequential calculation is fixed,
The rate of reduction of residuals (residual cut-off rate) fluctuates greatly with each iteration m of the loop until the convergence determination. This variation is due to the degree of approximation of the predicted approximation value Ψ m at each iteration m. Therefore, the number of loop iterations until the solution converges may increase more than necessary.

【0033】これに対して、本実施形態では、予測近似
値Ψm を求めるステップにおいて、残差切除率を表す変
数κm が所定値Kを超えたときに反復計算を終えるもの
としているので、ループの繰り返しm毎の残差切除率を
一定値以上に保つことができ、したがって、解が収束す
るまでに要するループの繰り返し回数を減少させること
ができる。
On the other hand, in this embodiment, the iterative calculation is terminated when the variable κ m representing the residual cutoff rate exceeds the predetermined value K in the step of obtaining the predicted approximate value Ψ m . The residual excision rate for each iteration m of the loop can be maintained above a certain value, and therefore the number of loop iterations required until the solution converges can be reduced.

【0034】ここでは、残差切除率を表す変数κmを次
のように定義する。
Here, the variable κ m representing the residual cutoff rate is defined as follows.

【数6】 [Equation 6]

【0035】この変数κmは、反復計算を繰り返すにつ
れて、予測近似値Ψmの精度が高くなるために、1.0
に限りなく近づく。したがって、この変数κmの値が任
意に設定した所定値Kを超えるまで反復計算を行うこと
によって、ループの繰り返し回数m毎の残差切除率はほ
ぼ一定になる。
This variable κ m becomes 1.0 because the accuracy of the predicted approximation value Ψ m becomes higher as the iterative calculation is repeated.
Approach endlessly. Therefore, by performing the iterative calculation until the value of the variable κ m exceeds the arbitrarily set predetermined value K, the residual cutoff rate for each loop iteration number m becomes substantially constant.

【0036】ステップS3〜S8において予測近似値Ψ
0 が求められると、ステップS9において、この予測近
似値Ψ0 を用いて、最適化ルーチンによって、次回の残
差r1が最小となるように、最適化された近似値φ0を求
める。この最適化された近似値φ0によって、第1次の
物理量の近似値U1および第1次の残差r1は、式
(2),(3)から、次式で求められる。 U1=U0+φ0 …(12) r1=f−A1 …(13) 式(13)に式(12)を代入して、 r1=f−A(U0+φ0) =f−A0−Aφ0 =r0−Aφ0 …(14) よって、式(14)により、第1次の残差r1が求めら
れる。
In steps S3 to S8, the predicted approximation value Ψ
0 has been obtained, in step S9, by using the predicted approximate value [psi 0, the optimization routine, as the next time of the residual r 1 is minimized, approximated phi 0 optimized. With this optimized approximation value φ 0 , the approximation value U 1 of the first-order physical quantity and the residual error r 1 of the first order are obtained from the equations (2) and (3) by the following equation. U 1 = U 0 + φ 0 (12) r 1 = f−A · U 1 (13) Substituting the formula (12) into the formula (13), r 1 = f−A · (U 0 + φ 0 ) = F−A · U 0 −A · φ 0 = r 0 −A · φ 0 (14) Therefore, the first-order residual r 1 is obtained by the equation (14).

【0037】ステップS11でmをインクリメントして
ステップS3に戻り、同様の計算を行う。このような処
理を繰り返すことによって、 (U2 ,r2 ),(U3 ,r3 )…(Um ,rm )… が順次求められ、残差ノルム‖rm‖が減少していく。
In step S11, m is incremented, the process returns to step S3, and the same calculation is performed. By repeating such processing, (U 2 , r 2 ), (U 3 , r 3 ) ... (U m , r m ) ... are sequentially obtained, and the residual norm ‖r m ‖ decreases. .

【0038】繰り返し回数がmのとき、ステップS4に
おいて予測近似値Ψmを求める方程式は、 Aφ=rm となり、ステップS9では、最適化制御ルーチンによっ
て最適化された近似値φmによって、 Um+1=Um+φmm+1=rm−Aφm と求められる。
[0038] When the number of repetitions of m, the equation for determining the predicted approximate value [psi m in step S4, A · φ = r m, and the step S9, the optimized An approximation phi m by the optimization control routine , U m + 1 = U m + φ m r m + 1 = r m −A · φ m .

【0039】なお、‖rm‖=0となったときが解であ
るが、境界条件によっては、最終残差rfinal が残る場
合がある。すなわち、境界条件が全て物理量の微分で与
えられる場合(ノイマン問題)、数学的にソース項fと
境界条件との間で満たすべき関係(ノイマンの拘束条
件)があり、これが満たされないために、残差ノルムが ‖rm‖=‖rm-1‖=‖rm-2‖… となってしまう。
The solution is when ‖r m ‖ = 0, but the final residual rfinal may remain depending on the boundary conditions. That is, when all the boundary conditions are given by the derivative of the physical quantity (Neumann problem), there is a relation (Neumann constraint condition) that should be mathematically satisfied between the source term f and the boundary condition. The difference norm becomes ‖r m ‖ = ‖r m-1 ‖ = ‖r m-2 ‖ ...

【0040】他の解法では、このようなノイマン問題の
場合、そのままでは収束しないため、最終残差rfinal
によって、ソース項fあるいは境界条件を修正して収束
解を得ようとする。これは、問題を変更していることに
なる。ところが、本実施形態に係る解法では、このよう
な修正を行わないでも自動的に最終残差rfinal が確定
し、収束解が得られる特性を持っている。
In the other solution methods, in the case of such a Neumann problem, the final residual rfinal does not converge as it is.
, The source term f or the boundary condition is modified to obtain a convergent solution. This is changing the problem. However, the solution method according to the present embodiment has a characteristic that the final residual rfinal is automatically determined and a convergent solution is obtained even without such correction.

【0041】(残差最小化係数αlの求め方) いま、表記を簡単にするために、次のようにδを導入す
る。 δm =Ψm δm-l+1=φm-l+1 (l=2,3,…,L) とおくと、最適化された近似値φmは、
(How to Obtain Residual Minimization Coefficient α l ) Now, in order to simplify the notation, δ is introduced as follows. Letting δ m = Ψ m δ m-l + 1 = φ m-l + 1 (l = 2, 3, ..., L), the optimized approximation φ m is

【数7】 と表される。よって、[Equation 7] Is expressed as Therefore,

【数8】 Σ記号を外して表記すると、 m+1 =r m −(α 1 A・δ m +α 2 A・δ m-1 +α 3 A・δ
m-2 +…+α L A・δ m-L+1 となる。
[Equation 8] Expressed without the Σ symbol, r m + 1 = r m − (α 1 A · δ m + α 2 A · δ m-1 + α 3 A · δ
m-2 + ... + α L A · δ m-L + 1 ) .

【0042】残差最小化係数αlは、例えば最小自乗法
を用いて、(m+1)次の残差ノルム‖rm+1‖(自乗
和の平方根)を最小にするという条件を与えることによ
って、求められる。
The residual minimization coefficient α l is obtained by giving the condition that the (m + 1) th order residual norm ‖r m + 1 ‖ (square root of sum of squares) is minimized by using, for example, the least squares method. ,Desired.

【数9】 これをαlで微分すると、[Equation 9] Differentiating this by α l ,

【数10】 [Equation 10]

【0043】この式をαlについて解くことによって、
残差最小化係数αlを求めることができる。微分を実行
すれば、
By solving this equation for α l ,
The residual minimization coefficient α l can be obtained. If you perform differentiation,

【数11】 となる。ここで、l'=1,2,…,Lである。この連
立一次方程式を解くことによって、残差最小化係数αl
を求めることができる。
[Equation 11] Becomes Here, l ′ = 1, 2, ..., L. By solving this simultaneous linear equation, the residual minimization coefficient α l
Can be asked.

【0044】例えば、L=3のときは、上式は、For example, when L = 3, the above equation becomes

【数12】 のような3元連立一次方程式になる。そして、 φm =α1δm+α2δm-1+α3δm-2m+1=rm−(α1δm+α2δm-1+α3δm-2) =rm−Aφm m+1=Um+φm となる。[Equation 12] It becomes a three-dimensional simultaneous linear equation like. Then, φ m = α 1 δ m + α 2 δ m-1 + α 3 δ m-2 r m + 1 = r m - (α 1 A · δ m + α 2 A · δ m-1 + α 3 A · δ m -2 ) = r m −A · φ m U m + 1 = U m + φ m .

【0045】図1に示す車両の走行制御においては、ま
ず予測修正量演算部14によって、現在の走行情報を基
にして予測修正量Ψm が反復計算される。ここでは、繰
り返し回数毎の残差切除率κm が所定値Kを越えるまで
反復計算される。次に、最適加算修正量演算部15によ
ってm次の加算修正量φm が演算される。予測修正量演
算部14および最適加算修正量演算部15によって求め
られた解は、最終的に修正量収束判定部16によって収
束が判定され、所定の軌道に復帰するための最適制御方
法が決定される。決定された制御情報は方向制御部17
に送られ、車両の走行経路が修正される。
In the traveling control of the vehicle shown in FIG. 1, first, the predicted correction amount calculation unit 14 repeatedly calculates the predicted correction amount Ψ m based on the current traveling information. Here, iterative calculation is performed until the residual excision rate κ m for each number of iterations exceeds a predetermined value K. Next, the optimum addition correction amount calculation unit 15 calculates the m-th order addition correction amount φ m . The solution obtained by the predicted correction amount calculation unit 14 and the optimum addition correction amount calculation unit 15 is finally determined to be converged by the correction amount convergence determination unit 16, and the optimum control method for returning to a predetermined trajectory is determined. It The determined control information is the direction control unit 17
And the traveling route of the vehicle is corrected.

【0046】なお、ここでは車両の走行制御を例にとっ
て本発明について説明したが、他の分野の様々な制御に
も本発明は利用可能であることはいうまでもない。
Although the present invention has been described here by taking the traveling control of the vehicle as an example, it goes without saying that the present invention can be applied to various controls in other fields.

【0047】また、上記の数値計算方法は、当該方法を
実現するためのプログラムを実行するコンピュータを備
えた装置によって容易に実現することができる。また、
当該方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読
み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録
したプログラムをコンピュータに実行させることによっ
て実現することができる。
The above numerical calculation method can be easily realized by an apparatus equipped with a computer that executes a program for realizing the method. Also,
It can be realized by recording a program for realizing the method on a computer-readable recording medium and causing a computer to execute the program recorded on the recording medium.

【0048】ここで、従来技術との比較について補足説
明する。従来、機器の制御に用いられてきた技術には、
比例制御やファジィ制御等がある。位置制御を例にとる
と、比例制御の場合には、基本的には現在位置と設定位
置との比較を2値化して判断し、そのずれを限りなく零
に近づけようとするため、微調整動作が頻繁に行われ
る。このため、動作が安定しない、また外乱に対して柔
軟に対処できないという欠点があった。
Here, a supplementary explanation will be given regarding the comparison with the prior art. Conventionally, the technologies used to control equipment include
There are proportional control and fuzzy control. Taking position control as an example, in the case of proportional control, basically, the comparison between the current position and the set position is binarized and judged, and the deviation is tried to approach zero as much as possible. Actions are frequent. Therefore, there are drawbacks that the operation is not stable and the disturbance cannot be dealt with flexibly.

【0049】このような欠点を解消する技術として、フ
ァジィ理論を採用した制御技術が開発された。これは、
その状態量を「大きくずれている」「少しずれている」
「微妙にずれている」などと「あいまいに」判断し、こ
れらの状態に対して「大きく修正する」「少し修正す
る」「そのまま」のような「あいまいな」ルールに基づ
いて制御を行うものである。この技術によって、AI制
御に近い「滑らかな制御」が実現されたが、情報量と制
御パラメータに比例してルール数が増加するため、その
設定とチューニング作業に手間がかかる、または主観的
な設定が可能なために制御結果にばらつきが生じるとい
う欠点もあった。
As a technique for solving such a drawback, a control technique employing a fuzzy theory has been developed. this is,
The state quantity is "largely deviated" or "a little deviated"
Judgment is "fuzzy" such as "subtle deviation", and control is performed based on "fuzzy" rules such as "correct largely", "correct a little" or "just" for these states. Is. With this technology, "smooth control" similar to AI control was realized, but the number of rules increases in proportion to the amount of information and control parameters, which makes setting and tuning work troublesome or subjective setting. However, there is also a drawback that the control results vary because of the possibility of

【0050】本発明は、制御対象を目的の状態に制御す
るための最適手段を決定するために用いられる技術であ
り、その基となるのは制御パラメータに対応した非線形
方程式である。このため、対象によっては目的の状態が
数値的に明確でないケースへも適応可能であり、また最
適な状態を自動的にチューニングする機能も備えてい
る。
The present invention is a technique used to determine the optimum means for controlling a controlled object to a target state, and its basis is a nonlinear equation corresponding to a control parameter. For this reason, it is possible to adapt to the case where the target state is not clear numerically depending on the target, and it also has the function of automatically tuning the optimum state.

【0051】(他の応用例その1) 図3は本発明に係るアルゴリズムの他の応用例を示す図
である。図3では、数値計算への応用例として、2次元
または3次元楕円型方程式法の格子生成手法への適用に
ついて示すフローである。
(Other Application Example 1) FIG. 3 is a diagram showing another application example of the algorithm according to the present invention. FIG. 3 is a flow showing the application of the two-dimensional or three-dimensional elliptic equation method to the grid generation method as an application example to the numerical calculation.

【0052】図3で用いた符号の意味は下記のとおりで
ある。 U :物理面における格子点の座標値(x,y,z) P :格子生成の制御関数 A :線型化された係数行列 Ψ(m) :m次ステップでの予測修正値 φ(m) :m次ステップでの最適化された修正値 αl :未定係数行列 r(m) :m次ステップでの残差 L :未定係数行列の個数
The symbols used in FIG. 3 have the following meanings. U: Coordinate value (x, y, z) of the grid point on the physical surface P: Control function of grid generation A: Linearized coefficient matrix Ψ (m) : Predicted correction value φ (m) at m-th step: Optimized modified value αl in m-th step: undetermined coefficient matrix r (m) : residual L in m-th step L: number of undetermined coefficient matrix

【0053】ステップS21では、m次ステップにおけ
る値に基づいて、離散化された楕円型方程式系の係数行
列を線型化させる。ステップS22では、κ技術によっ
て繰り返し回数を制御して、(m+1)次ステップにお
ける予測修正量Ψ(m) を求める。ステップS23では、
(m+1)次ステップの残差を最小(ゼロ)にするため
の未定係数行列αiを求める。ステップS24では、予
測修正値Ψ(m) 、(m−1)次以前の最適化された修正
(φ(m-1) ,…,φ(m-L+1) )および未定係数行列に
基づいて(m+1)次ステップでの最適化された修正値
φ(m+1) を求める。ステップS25では、最適化された
修正値φ(m+1) に基づいて、物理面における格子点の座
標値を修正する。
In step S21, the coefficient matrix of the discretized elliptic equation system is linearized based on the values in the m-th step. In step S22, the number of iterations is controlled by the κ technique to obtain the predicted correction amount Ψ (m) in the (m + 1) th step. In step S23,
An undetermined coefficient matrix αi for minimizing the residual of the (m + 1) th step is obtained. In step S24, the predicted correction value Ψ (m) , the optimized correction before the (m−1) th order
Based on the values(m-1) , ..., φ (m-L + 1) ) and the undetermined coefficient matrix, the optimized correction value φ (m + 1) at the (m + 1) th step is obtained. In step S25, the optimized
The coordinate value of the grid point on the physical surface is corrected based on the correction value φ (m + 1) .

【0054】図4は本応用例によって生成された格子、
図5は比較例としてのSOR法によって生成された格子
である。図4および図5では、気流中におかれた楕円柱
周りの2次元格子生成を行っている。格子点数は90×
90である。本応用例では、、残差切除法の内部ソルバ
としてADI法を用いた。
FIG. 4 shows a lattice generated by this application example,
FIG. 5 shows a lattice generated by the SOR method as a comparative example. In FIGS. 4 and 5, a two-dimensional grid is generated around an elliptic cylinder placed in the air flow. The number of grid points is 90 ×
90. In this application example, the ADI method is used as the internal solver of the residual excision method.

【0055】図6は収束速度を比較するためのグラフで
ある。図6において、a1,a2は本応用例におけるX
方向およびY方向の残差、b1,b2は比較例における
X方向およびY方向の残差である。図6から分かるよう
に、本発明に係るアルゴリズムを利用した場合には、S
OR法と比較して6倍以上高速に収束している。
FIG. 6 is a graph for comparing convergence speeds. In FIG. 6, a1 and a2 are X in this application example.
Direction and Y direction residuals, and b1 and b2 are X direction and Y direction residuals in the comparative example. As can be seen from FIG. 6, when the algorithm according to the present invention is used, S
It converges more than 6 times faster than the OR method.

【0056】(他の応用例その2) 図7は本発明に係るアルゴリズムの他の応用例を示す図
である。図7では、数値計算への応用例として、流体解
析のMAC法の圧力計算部に残差切除法を適用した例を
示すフローである。
(Other Application Example 2) FIG. 7 is a diagram showing another application example of the algorithm according to the present invention. FIG. 7 is a flow chart showing an example in which the residual ablation method is applied to the pressure calculation unit of the MAC method of fluid analysis, as an application example to numerical calculation.

【0057】図7で用いた符号の意味は下記の通りであ
る。 t :時刻 U :流速 P :圧力 Ψm :m次ステップでの予測修正量 φm :m次ステップでの最適化された修正量 α :最適化係数 rm :m次ステップでの残差
The symbols used in FIG. 7 have the following meanings. t: time U: flow velocity P: pressure Ψ m : predicted correction amount in m-th step φ m : optimized correction amount in m-th step α: optimization coefficient r m : residual in m-th step

【0058】S31は初期残差r0 の算出を含む初期化
部分、S32は予測近似値Ψm の算出部、S33はκm
の算出部、S34はS33で算出されたκm によって繰
り返し数を制御されたS32およびS33を含むルー
プ、S35は最適化係数α、最適化された修正量φm
よび次ステップでの残差rm+1 の算出部である。
S31 is an initialization part including calculation of the initial residual r 0 , S32 is a calculation part of the estimated approximate value Ψ m , and S33 is κ m.
Calculation unit, the loop S34 includes S32 and S33 which are controlled repetition number by kappa m calculated in S33, the optimization coefficient S35 alpha, optimized correction quantity phi m and residual r in the next step It is a calculation unit of m + 1 .

【0059】本応用例による効果を評価するために、M
AC法によって、一様流中に置かれた円柱周りの二次元
解析を行った。比較例としてはSOR法を用いた。格子
点数は60×60、主流速度は5cm/sである。本応
用例では、残差切除法の内部ソルバとしてSOR法を用
いた。
In order to evaluate the effect of this application example, M
Two-dimensional analysis around a cylinder placed in a uniform flow was performed by the AC method. The SOR method was used as a comparative example. The number of lattice points is 60 × 60, and the main flow velocity is 5 cm / s. In this application example, the SOR method is used as the internal solver of the residual cutting method.

【0060】図8はタイムステップ数とCPU時間との
関係を示すグラフである。図8において、aは本応用例
による結果、bは比較例としてのSOR法による結果を
示す。また図9はステップ数と相対残差/相対誤差との
関係を示すグラフである。図9において、a1,a2は
本応用例による結果、b1,b2は比較例としてのSO
R法による結果を示す。図8および図9から、本応用例
によると、SOR法に比べて5倍に高速化されているこ
とが分かる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the number of time steps and the CPU time. In FIG. 8, a shows the result by this application example, and b shows the result by the SOR method as a comparative example. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the number of steps and the relative residual / relative error. In FIG. 9, a1 and a2 are results of this application example, and b1 and b2 are SO as a comparative example.
The result by the R method is shown. From FIGS. 8 and 9, it can be seen that according to this application example, the speed is increased by a factor of 5 compared to the SOR method.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上のように本発明によると、予測近似
値Ψmを求めるステップにおいて、繰り返し回数m毎の
残差切除率を表す変数κmが所定値Kを超えたとき、反
復計算を終えるので、ループの繰り返しm毎の残差切除
率を一定値以上に保つことができ、これにより、収束に
必要なmの値を減少させることができる。したがって、
逐次近似解法アルゴリズムの収束性が向上するので、
えば制御に用いた場合に、高速かつ高精度の制御が容易
になる。
As described above, according to the present invention, when the variable κ m representing the residual cut rate for each number of iterations m exceeds the predetermined value K in the step of obtaining the predicted approximate value Ψ m , the iterative calculation is performed. Since the process is completed, the residual cutoff rate for each m iterations of the loop can be maintained at a certain value or more, and thus the value of m required for convergence can be reduced. Therefore,
Since the convergence of the iterative solution algorithm is improved, an example
For example, when used for control, high-speed and high-precision control becomes easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示
すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る数値計算方法を示す
フローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a numerical calculation method according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の応用例であって、本発明に係るアルゴ
リズムを格子生成手法に適用した場合のフローチャート
である。
FIG. 3 is a flowchart of an application example of the present invention, in which the algorithm according to the present invention is applied to a grid generation method.

【図4】図3の応用例によって生成された格子を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a lattice generated by the application example of FIG. 3;

【図5】比較例としてのSOR法によって生成された格
子を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a lattice generated by a SOR method as a comparative example.

【図6】図3の応用例と比較例の収束速度を比較するた
めのグラフである。
FIG. 6 is a graph for comparing the convergence speeds of the application example of FIG. 3 and the comparative example.

【図7】本発明の応用例であって、本発明に係るアルゴ
リズムを流体解析に適用した場合のフローチャートであ
る。
FIG. 7 is an application example of the present invention, which is a flowchart when the algorithm according to the present invention is applied to fluid analysis.

【図8】図7の応用例と比較例のCPU時間を比較する
ためのグラフである。
8 is a graph for comparing the CPU times of the application example of FIG. 7 and the comparative example.

【図9】図7の応用例と比較例の収束速度を比較するた
めのグラフである。
9 is a graph for comparing the convergence speeds of the application example of FIG. 7 and the comparative example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 敦宏 東京都調布市深大寺東7丁目44番1号 航空宇宙技術研究所内 (72)発明者 谷口 幸二 大阪市西区江戸堀1丁目18番35号 肥後 橋IPビル 株式会社ヴァイナス内 (56)参考文献 特開 平6−95707(JP,A) 特開 平8−5450(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 11/00 - 13/04 G06F 15/20,15/328 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Atsuhiro Tamura 7-44-1, Jindaiji East, Chofu City, Tokyo Inside the Aerospace Research Institute (72) Inventor Koji Taniguchi 1-1835 Edobori, Nishi-ku, Osaka City Higobashi IP Building Vinus Co., Ltd. (56) Reference JP-A-6-95707 (JP, A) JP-A-8-5450 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G05B 11/00-13/04 G06F 15 / 20,15 / 328

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 物理量Uが満たすべき偏微分方程式を離
散化したときの係数行列をA、非斉次項(ソース項)を
fとしたとき、コンピュータを用いて、 A・U=f を解き、物理量Uの数値計算を行う方法であって、 物理量Uの初期値U0を設定し、 繰り返し回数mに初期値として0を、摂動量φの初期値
として0を与え、残差rの初期値r0として(f−A・
0)を設定し、 繰り返し回数mをインクリメントしながら、 A・φ=rmの予測近似値Ψmを、内部ソルバを有する第
1演算部によって、反復計算によって求めるステップ
と、 残差rmのL2ノルムを最小とする最適化された近似値
φmを、第2演算部によって、最適化ルーチンによっ
て、予測近似値Ψmから求め、近似解Um+1として(Um
+φm)を与え、残差rm+1として(rm−A・φm)を与
えるステップとを、近似解Umが収束するまで、繰り返
し実行するものであり、 前記予測近似値Ψmを求めるステップは、 繰り返し回数m毎の残差切除率を表す変数κmが所定値
Kを超えたとき、反復計算を終えるものであることを特
徴とする数値計算方法。
1. When a coefficient matrix for discretizing a partial differential equation to be satisfied by a physical quantity U is A and an inhomogeneous term (source term) is f, a computer is used to solve A · U = f, A method for numerically calculating a physical quantity U, wherein an initial value U 0 of the physical quantity U is set, 0 is given as an initial value for the number of iterations m, 0 is given as an initial value of the perturbation quantity φ, and an initial value of the residual r is given. As r 0 (f−A ·
Set U 0), incrementing the number of repetitions m, the predicted approximate value [psi m of A · φ = r m, the first operation unit having an internal solver, a step of determining by an iterative calculation, the residual r m The optimized approximation value φ m that minimizes the L2 norm of is calculated from the predicted approximation value Ψ m by the second calculation unit by the optimization routine, and is calculated as (U m +1) as the approximation solution U m + 1.
+ Giving phi m), and providing a residual r m + 1 a (r m -A · φ m) , until the approximate solution U m converges, which repeatedly executed, the predicted approximate value [psi m The step of obtaining is a numerical calculation method characterized in that the iterative calculation is terminated when the variable κ m representing the residual cutting rate for each number of repetitions m exceeds a predetermined value K.
【請求項2】 請求項1記載の数値計算方法において、 前記変数κmは、 【数1】 の式で与えられることを特徴とする数値計算方法。2. The numerical calculation method according to claim 1 , wherein the variable κ m is Numerical calculation method characterized by being given by the formula. 【請求項3】 物理量Uが満たすべき偏微分方程式を離
散化したときの係数行列をA、非斉次項(ソース項)を
fとしたとき、 A・U=f を解き、物理量Uの数値計算を行う装置であって、 物理量Uの初期値U0を設定し、 繰り返し回数mに初期値として0を、摂動量φの初期値
として0を与え、残差rの初期値r0として(f−A・
0)を設定し、 繰り返し回数mをインクリメントしながら、 A・φ=rmの予測近似値Ψmを、内部ソルバを有する第
1演算部によって、反復計算によって求めるステップ
と、 残差rmのL2ノルムを最小とする最適化された近似値
φmを、第2演算部によって、最適化ルーチンによっ
て、予測近似値Ψmから求め、近似解Um+1として(Um
+φm)を与え、残差rm+1として(rm−A・φm)を与
えるステップとを、近似解Umが収束するまで、繰り返
し実行するものであり、 前記予測近似値Ψmを求めるステップは、 繰り返し回数m毎の残差切除率を表す変数κmが所定値
Kを超えたとき、反復計算を終えるものであることを特
徴とする数値計算装置。
3. A numerical calculation of the physical quantity U by solving A · U = f where A is a coefficient matrix when the partial differential equation to be satisfied by the physical quantity U is discretized and f is an inhomogeneous term (source term). An apparatus for performing the following, wherein an initial value U 0 of the physical quantity U is set, 0 is given as an initial value to the number of iterations m, 0 is given as an initial value of the perturbation quantity φ, and an initial value r 0 of the residual r is given as (f -A
Set U 0), incrementing the number of repetitions m, the predicted approximate value [psi m of A · φ = r m, the first operation unit having an internal solver, a step of determining by an iterative calculation, the residual r m The optimized approximation value φ m that minimizes the L2 norm of is calculated from the predicted approximation value Ψ m by the second calculation unit by the optimization routine, and is calculated as (U m +1) as the approximation solution U m + 1.
+ Giving phi m), and providing a residual r m + 1 a (r m -A · φ m) , until the approximate solution U m converges, which repeatedly executed, the predicted approximate value [psi m The numerical calculation device characterized in that the step of obtaining is to end the iterative calculation when the variable κ m representing the residual ablation rate for each number of repetitions m exceeds a predetermined value K.
【請求項4】 請求項3記載の数値計算装置において、 前記変数κmは、 【数1】 の式で与えられることを特徴とする数値計算装置。4. The numerical calculation device according to claim 3 , wherein the variable κ m is Numerical calculation device characterized by being given by the formula. 【請求項5】 コンピュータに、物理量Uが満たすべき
偏微分方程式を離散化したときの係数行列をA、非斉次
項(ソース項)をfとしたとき、 A・U=f を解かせ、物理量Uの数値計算を行う数値計算用プログ
ラムを記録した記録媒体であって、 物理量Uの初期値U0を設定し、 繰り返し回数mに初期値として0を、摂動量φの初期値
として0を与え、残差rの初期値r0として(f−A・
0)を設定し、 繰り返し回数mをインクリメントしながら、 A・φ=rmの予測近似値Ψmを、内部ソルバを有する第
1演算部によって、反復計算によって求めるステップ
と、 残差rmのL2ノルムを最小とする最適化された近似値
φmを、第2演算部によって、最適化ルーチンによっ
て、予測近似値Ψmから求め、近似解Um+1として(Um
+φm)を与え、残差rm+1として(rm−A・φm)を与
えるステップとを、近似解Umが収束するまで、繰り返
し実行するものであり、 前記予測近似値Ψmを求めるステップは、 繰り返し回数m毎の残差切除率を表す変数κmが所定値
Kを超えたとき、反復計算を終えるものである処理をコ
ンピュータに実行させる数値計算用プログラムを記録し
た記録媒体。
5. When a coefficient matrix for discretizing a partial differential equation to be satisfied by a physical quantity U is A and a non-homogeneous term (source term) is f, the computer is caused to solve A · U = f A recording medium in which a numerical calculation program for numerical calculation of U is recorded, wherein an initial value U 0 of a physical quantity U is set, 0 is given as an initial value of the number of repetitions m, and 0 is given as an initial value of the perturbation quantity φ. , As the initial value r 0 of the residual r (f−A ·
Set U 0), incrementing the number of repetitions m, the predicted approximate value [psi m of A · φ = r m, the first operation unit having an internal solver, a step of determining by an iterative calculation, the residual r m The optimized approximation value φ m that minimizes the L2 norm of is calculated from the predicted approximation value Ψ m by the second calculation unit by the optimization routine, and is calculated as (U m +1) as the approximation solution U m + 1.
+ Giving phi m), and providing a residual r m + 1 a (r m -A · φ m) , until the approximate solution U m converges, which repeatedly executed, the predicted approximate value [psi m The step of obtaining is a recording medium recording a numerical calculation program for causing a computer to execute the processing for ending the iterative calculation when the variable κ m representing the residual cutting rate for each number of repetitions m exceeds a predetermined value K. .
【請求項6】 請求項5記載の数値計算用プログラムを
記録した記録媒体において、 前記変数κmは、 【数1】 の式で与えられることを特徴とする数値計算用プログラ
ムを記録した記録媒体。
6. A recording medium recording the numerical calculation program according to claim 5 , wherein the variable κ m is A recording medium recording a numerical calculation program, which is given by
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