論文の概要: Thermal Neural Networks: Lumped-Parameter Thermal Modeling With State-Space Machine Learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.16323v1
• Date: Tue, 30 Mar 2021 13:15:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2021-03-31 14:31:44.632257
• Title: Thermal Neural Networks: Lumped-Parameter Thermal Modeling With State-Space Machine Learning
• Title（参考訳）: 熱ニューラルネットワーク:状態空間機械学習による集中パラメータ熱モデリング
• Authors: Wilhelm Kirchg\"assner, Oliver Wallscheid, Joachim B\"ocker
• Abstract要約: 電力システムの熱モデルには、リアルタイム能力と高い推定精度の両方が必要である。 本研究では,熱伝達に基づくラムド型パラメータモデルとして,熱ニューラルネットワーク(TNN)を導入し,両者を統一した。 TNNは状態空間表現を通じて物理的に解釈可能な状態を持ち、エンドツーエンドのトレーニング可能であり、その設計に材料、幾何学、専門知識を必要としない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: With electric power systems becoming more compact and increasingly powerful, the relevance of thermal stress especially during overload operation is expected to increase ceaselessly. Whenever critical temperatures cannot be measured economically on a sensor base, a thermal model lends itself to estimate those unknown quantities. Thermal models for electric power systems are usually required to be both, real-time capable and of high estimation accuracy. Moreover, ease of implementation and time to production play an increasingly important role. In this work, the thermal neural network (TNN) is introduced, which unifies both, consolidated knowledge in the form of heat-transfer-based lumped-parameter models, and data-driven nonlinear function approximation with supervised machine learning. A quasi-linear parameter-varying system is identified solely from empirical data, where relationships between scheduling variables and system matrices are inferred statistically and automatically. At the same time, a TNN has physically interpretable states through its state-space representation, is end-to-end trainable -- similar to deep learning models -- with automatic differentiation, and requires no material, geometry, nor expert knowledge for its design. Experiments on an electric motor data set show that a TNN achieves higher temperature estimation accuracies than previous white-/grey- or black-box models with a mean squared error of $3.18~\text{K}^2$ and a worst-case error of $5.84~\text{K}$ at 64 model parameters.
• Abstract（参考訳）: 電力系統がよりコンパクトで強力になるにつれて、過負荷時の熱応力の関連性は絶え間なく増大すると予想される。 臨界温度がセンサベースで経済的に測定できない場合、熱モデルはそれらの未知の量を推定するのに役立つ。 電力系統の熱モデルは通常、リアルタイム能力と高い推定精度の両方を必要とする。 さらに、実装の容易さと運用までの時間がますます重要な役割を果たす。 本研究では,熱伝達型集中定数モデルと教師付き機械学習によるデータ駆動非線形関数近似という2つの知識を統合した熱ニューラルネットワーク(tnn)を提案する。 準線形パラメータ変動システムは、スケジューリング変数とシステム行列の関係を統計的かつ自動的に推測する経験的データのみから同定される。 同時に、TNNは状態空間の表現を通じて物理的に解釈可能な状態を持ち、ディープラーニングモデルに似た、エンドツーエンドのトレーニングが可能で、自動的な微分があり、その設計に材料、幾何学、専門家の知識を必要としない。 実験では、tnnが以前のホワイト/グレーまたはブラックボックスモデルよりも高い温度推定精度を達成し、平均二乗誤差は3.18〜\text{k}^2$、最悪の場合誤差は64のモデルパラメータで5.84〜\text{k}$である。

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