A data-driven model augmentation framework, referred to as Weakly-coupled Integrated Inference and Machine Learning (IIML), is presented to improve the predictive accuracy of physical models. In contrast to parameter calibration, this work seeks corrections to the structure of the model by a) inferring augmentation fields that are consistent with the underlying model, and b) transforming these fields into corrective model forms. The proposed approach couples the inference and learning steps in a weak sense via an alternating optimization approach. This coupling ensures that the augmentation fields remain learnable and maintain consistent functional relationships with local modeled quantities across the training dataset. An iterative solution procedure is presented in this paper, removing the need to embed the augmentation function during the inference process. This framework is used to infer an augmentation introduced within a Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) model using a small amount of training data (from only 14 training cases.) These training cases belong to a dataset consisting of high-fidelity simulation data obtained from a high-fidelity model of a first generation Toyota Mirai. All cases in this dataset are characterized by different inflow and outflow conditions on the same geometry. When tested on 1224 different configurations, the inferred augmentation significantly improves the predictive accuracy for a wide range of physical conditions. Predictions and available data for the current density distribution are also compared to demonstrate the predictive capability of the model for quantities of interest which were not involved in the inference process. The results demonstrate that the weakly-coupled IIML framework offers sophisticated and robust model augmentation capabilities without requiring extensive changes to the numerical solver.


翻译:数据驱动模型增强框架,称为 " 微弱的混合综合推断和机器学习 " (IIML),用来提高物理模型的预测准确性。与参数校准相反,这项工作寻求对模型结构的校正,方法是:(a) 推断与基本模型一致的增强字段;(b) 将这些字段转换成纠正模型格式。拟议方法通过交替优化方法,将薄弱的推论和学习步骤结合为一种弱义。这一组合确保了增强字段在培训数据集中保持学习的精密和保持与当地模型数量的功能关系。本文介绍了一个迭代解决方案程序,在推断过程中消除了嵌入功能的嵌入功能。这个框架用来推断模型使用少量培训数据(仅来自14个培训案例)。这些培训案例属于由从第一代MIRIi的高纤维模型中获取的高纤维化模拟数据构成的数据集集模拟数据。对于当前精度的稳定性分析结果来说,对于当前精度的精度的精确性分析结果,对于当前精度的精度的精确性分析范围来说,其深度的精确性在12年的精确度中显示数据流流值的精确度中,其精确度的精确度的精确度将显示。

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