In this study, we propose a novel surrogate modelling approach to efficiently and accurately approximate the response of complex dynamical systems driven by time-varying exogenous excitations over extended time periods. Our approach, that we name \emph{manifold nonlinear autoregressive modelling with exogenous input} (mNARX), involves constructing a problem-specific exogenous input manifold that is optimal for constructing autoregressive surrogates. The manifold, which forms the core of mNARX, is constructed incrementally by incorporating the physics of the system, as well as prior expert- and domain- knowledge. Because mNARX decomposes the full problem into a series of smaller sub-problems, each with a lower complexity than the original, it scales well with the complexity of the problem, both in terms of training and evaluation costs of the final surrogate. Furthermore, mNARX synergizes well with traditional dimensionality reduction techniques, making it highly suitable for modelling dynamical systems with high-dimensional exogenous inputs, a class of problems that is typically challenging to solve.Since domain knowledge is particularly abundant in physical systems, such as those found in engineering applications, mNARX is well suited for these applications. We demonstrate that mNARX outperforms traditional autoregressive surrogates in predicting the response of a classical coupled spring-mass system excited by a one-dimensional random excitation. Additionally, we show that mNARX is well suited for emulating very high-dimensional time- and state-dependent systems, even when affected by active controllers, by surrogating the dynamics of a realistic aero-servo-elastic onshore wind turbine simulator. In general, our results demonstrate that mNARX offers promising prospects for modelling complex dynamical systems, in terms of accuracy and efficiency.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
42+阅读 · 2022年2月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+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
174+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
39+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
137+阅读 · 2019年9月24日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016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
36+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+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
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月21日
VIP会员
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016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
36+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员