A framework for creating and updating digital twins for dynamical systems from a library of physics-based functions is proposed. The sparse Bayesian machine learning is used to update and derive an interpretable expression for the digital twin. Two approaches for updating the digital twin are proposed. The first approach makes use of both the input and output information from a dynamical system, whereas the second approach utilizes output-only observations to update the digital twin. Both methods use a library of candidate functions representing certain physics to infer new perturbation terms in the existing digital twin model. In both cases, the resulting expressions of updated digital twins are identical, and in addition, the epistemic uncertainties are quantified. In the first approach, the regression problem is derived from a state-space model, whereas in the latter case, the output-only information is treated as a stochastic process. The concepts of It\^o calculus and Kramers-Moyal expansion are being utilized to derive the regression equation. The performance of the proposed approaches is demonstrated using highly nonlinear dynamical systems such as the crack-degradation problem. Numerical results demonstrated in this paper almost exactly identify the correct perturbation terms along with their associated parameters in the dynamical system. The probabilistic nature of the proposed approach also helps in quantifying the uncertainties associated with updated models. The proposed approaches provide an exact and explainable description of the perturbations in digital twin models, which can be directly used for better cyber-physical integration, long-term future predictions, degradation monitoring, and model-agnostic control.


翻译:从物理功能库中为动态系统创建和更新数字双胞胎的框架被提出。稀有的贝耶斯机器学习用于更新和为数字双胞胎更新可解释的表达方式。提出了两种更新数字双胞胎的方法。第一种方法是使用动态系统的输入和输出信息,而第二种方法是使用仅输出的观测来更新数字双胞胎。两种方法都使用代表某些物理的候选功能库来推导现有数字双胞胎模型中新的扰动条件。在这两种情况下,最新的数字双胞胎的表达方式是相同的,此外,累积的不确定性也是量化的。在第一个方法中,回归问题来自一个州空间模型,而后一种是更新数字双胞胎的模型,将仅输出的信息作为随机过程处理。正在利用Itçãcallulus和Kramers-Moyal扩展的概念来推导出模型的回归方程式。拟议方法的性能通过高度非线性动态动态动态动态系统(如裂变问题)来展示,此外,缩略的不确定性的表达结果来自一个州空间模型,在本文中展示的数值周期性模型,并用更精确的精确的精确的参数来解释。在纸质上,在拟议中,将提出,用较精确的精确的计算中,用它们的拟议的计算方法可以提供较精确的精确的精确的计算方法,并用较精确的精确的计算方法,用。

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