This paper investigates the applicability of a recently-proposed nonlinear sparse Bayesian learning (NSBL) algorithm to identify and estimate the complex aerodynamics of limit cycle oscillations. NSBL provides a semi-analytical framework for determining the data-optimal sparse model nested within a (potentially) over-parameterized model. This is particularly relevant to nonlinear dynamical systems where modelling approaches involve the use of physics-based and data-driven components. In such cases, the data-driven components, where analytical descriptions of the physical processes are not readily available, are often prone to overfitting, meaning that the empirical aspects of these models will often involve the calibration of an unnecessarily large number of parameters. While it may be possible to fit the data well, this can become an issue when using these models for predictions in regimes that are different from those where the data was recorded. In view of this, it is desirable to not only calibrate the model parameters, but also to identify the optimal compromise between data-fit and model complexity. In this paper, this is achieved for an aeroelastic system where the structural dynamics are well-known and described by a differential equation model, coupled with a semi-empirical aerodynamic model for laminar separation flutter resulting in low-amplitude limit cycle oscillations. For the purpose of illustrating the benefit of the algorithm, in this paper, we use synthetic data to demonstrate the ability of the algorithm to correctly identify the optimal model and model parameters, given a known data-generating model. The synthetic data are generated from a forward simulation of a known differential equation model with parameters selected so as to mimic the dynamics observed in wind-tunnel experiments.


翻译:本文调查了最近提出的非线性稀少巴耶斯学习(NSBL)算法的可适用性,该算法旨在确定和估计限制周期振动的复杂空气动力学。 NSBL提供了一个半分析框架,用以确定在(可能)超分度模型内嵌入的数据最佳稀少模型。 这特别关系到非线性动态系统,在这些系统中,建模方法涉及使用物理和数据驱动的构件。 在这类情况下,数据驱动的构件,即对物理过程的分析性描述不易获得,往往容易过于完善,这意味着这些模型的经验性参数往往涉及校准不必要的大量参数。虽然可能很好地适应数据的最佳分析框架,但当使用这些模型进行与数据记录系统不同的预测时,这可能会成为一个问题。 有鉴于此,不仅应当校准模型的模型,而且应当确定已知的数据适应性和模型复杂性之间的最佳折合点。 在本文中,这些模型的模拟性变现能力往往涉及一个结构动态模型,我们所观测到的变异性数据在模型中可以显示的变异性模型和变异性数据周期中,我们所观测到的变异性数据。

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