The increasing significance of digital twin technology across engineering and industrial domains, such as aerospace, infrastructure, and automotive, is undeniable. However, the lack of detailed application-specific information poses challenges to its seamless implementation in practical systems. Data-driven models play a crucial role in digital twins, enabling real-time updates and predictions by leveraging data and computational models. Nonetheless, the fidelity of available data and the scarcity of accurate sensor data often hinder the efficient learning of surrogate models, which serve as the connection between physical systems and digital twin models. To address this challenge, we propose a novel framework that begins by developing a robust multi-fidelity surrogate model, subsequently applied for tracking digital twin systems. Our framework integrates polynomial correlated function expansion (PCFE) with the Gaussian process (GP) to create an effective surrogate model called H-PCFE. Going a step further, we introduce deep-HPCFE, a cascading arrangement of models with different fidelities, utilizing nonlinear auto-regression schemes. These auto-regressive schemes effectively address the issue of erroneous predictions from low-fidelity models by incorporating space-dependent cross-correlations among the models. To validate the efficacy of the multi-fidelity framework, we first assess its performance in uncertainty quantification using benchmark numerical examples. Subsequently, we demonstrate its applicability in the context of digital twin systems.


翻译:数字孪生技术在航空航天、基础设施和汽车等工程与工业领域的重要性日益凸显。然而,缺乏针对具体应用场景的详细信息,给其在实际系统中的无缝实施带来了挑战。数据驱动模型在数字孪生中扮演着关键角色,通过利用数据和计算模型实现实时更新与预测。尽管如此,可用数据的保真度不足以及精确传感器数据的稀缺性,往往阻碍了作为物理系统与数字孪生模型之间桥梁的代理模型的高效学习。为解决这一难题,我们提出了一种新颖框架:首先构建鲁棒的多保真代理模型,随后将其应用于数字孪生系统的跟踪。该框架将多项式相关函数展开(PCFE)与高斯过程(GP)相结合,创建了名为H-PCFE的高效代理模型。更进一步,我们引入了deep-HPCFE——一种通过非线性自回归方案实现的不同保真度模型的级联排列。这些自回归方案通过纳入模型间的空间依赖交叉相关性,有效解决了低保真模型错误预测的问题。为验证多保真框架的有效性,我们首先通过基准数值示例评估其在不确定性量化中的性能,随后展示了其在数字孪生系统背景下的适用性。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
专知会员服务
21+阅读 · 2021年5月1日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月14日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员