We investigate the use of deep neural networks to control complex nonlinear dynamical systems, specifically the movement of a rigid body immersed in a fluid. We solve the Navier Stokes equations with two way coupling, which gives rise to nonlinear perturbations that make the control task very challenging. Neural networks are trained in an unsupervised way to act as controllers with desired characteristics through a process of learning from a differentiable simulator. Here we introduce a set of physically interpretable loss terms to let the networks learn robust and stable interactions. We demonstrate that controllers trained in a canonical setting with quiescent initial conditions reliably generalize to varied and challenging environments such as previously unseen inflow conditions and forcing, although they do not have any fluid information as input. Further, we show that controllers trained with our approach outperform a variety of classical and learned alternatives in terms of evaluation metrics and generalization capabilities.


翻译:我们调查使用深神经网络来控制复杂的非线性动态系统,具体而言,就是一个沉浸在液体中的僵硬体的移动。我们用两种方式的组合来解决纳维尔斯托克斯方程式,这导致非线性扰动,使得控制任务非常具有挑战性。神经网络受到未经监督的训练,通过从不同模拟器学习一个过程来发挥具有理想特性的控制器的作用。我们在这里引入了一套物理解释的损失术语,让这些网络学习强健和稳定的相互作用。我们证明,在卡尼诺环境下训练的控制器,其初始条件可以可靠地概括到不同和具有挑战性的环境,例如以前看不见的流入条件和强迫,尽管它们没有作为投入的流体信息。此外,我们表明,受过我们方法培训的控制器在评价度和概括能力方面超越了各种传统和有知识的替代方法。

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