論文の概要: Data-driven Power Loss Identification through Physics-Based Thermal Model Backpropagation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.00133v1
- Date: Mon, 31 Mar 2025 18:37:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-03 15:43:08.621576
- Title: Data-driven Power Loss Identification through Physics-Based Thermal Model Backpropagation
- Title（参考訳）: 物理に基づく熱モデルバックプロパゲーションによるデータ駆動電力損失同定
- Authors: Mattia Scarpa, Francesco Pase, Ruggero Carli, Mattia Bruschetta, Franscesco Toso,
- Abstract要約: 電力エレクトロニクス用のデジタルツインは、実世界の応用では直接測定が非現実的または不可能な正確な電力損失を必要とする。
本稿では,物理に基づく熱モデルとデータ駆動の手法を組み合わせることで,温度測定のみを用いて電力損失を正確に検出・補正するハイブリッドフレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9997803560872798
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Digital twins for power electronics require accurate power losses whose direct measurements are often impractical or impossible in real-world applications. This paper presents a novel hybrid framework that combines physics-based thermal modeling with data-driven techniques to identify and correct power losses accurately using only temperature measurements. Our approach leverages a cascaded architecture where a neural network learns to correct the outputs of a nominal power loss model by backpropagating through a reduced-order thermal model. We explore two neural architectures, a bootstrapped feedforward network, and a recurrent neural network, demonstrating that the bootstrapped feedforward approach achieves superior performance while maintaining computational efficiency for real-time applications. Between the interconnection, we included normalization strategies and physics-guided training loss functions to preserve stability and ensure physical consistency. Experimental results show that our hybrid model reduces both temperature estimation errors (from 7.2+-6.8{\deg}C to 0.3+-0.3{\deg}C) and power loss prediction errors (from 5.4+-6.6W to 0.2+-0.3W) compared to traditional physics-based approaches, even in the presence of thermal model uncertainties. This methodology allows us to accurately estimate power losses without direct measurements, making it particularly helpful for real-time industrial applications where sensor placement is hindered by cost and physical limitations.
- Abstract（参考訳）: 電力エレクトロニクス用のデジタルツインは、実世界の応用では直接測定が非現実的または不可能な正確な電力損失を必要とする。
本稿では,物理に基づく熱モデルとデータ駆動の手法を組み合わせることで,温度測定のみを用いて電力損失を正確に検出・補正するハイブリッドフレームワークを提案する。
提案手法は,ニューラルネットワークが低次熱モデルによるバックプロパゲートにより,名目損失モデルの出力を補正することを学ぶカスケードアーキテクチャを利用する。
我々は、ブートストラップされたフィードフォワードネットワークとリカレントニューラルネットワークの2つのニューラルネットワークを探索し、ブートストラップされたフィードフォワードアプローチがリアルタイムアプリケーションにおける計算効率を維持しながら、優れたパフォーマンスを実現することを示した。
相互接続の間には,安定性を保ち,物理的整合性を確保するための正規化戦略と物理誘導型トレーニング損失関数が含まれていた。
実験結果から,我々のハイブリッドモデルでは,熱モデル不確実性が存在する場合でも,温度推定誤差 (7.2+-6.8{\deg}Cから0.3+-0.3{\deg}C) と損失予測誤差 (5.4+-6.6Wから0.2+-0.3W) の両方を従来の物理に基づくアプローチと比較して低減することが示された。
本手法は, センサ配置がコストや物理的制約によって妨げられるリアルタイム産業アプリケーションにおいて, 直接測定することなく, 電力損失を正確に推定することを可能にする。
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