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基于少测点实时重构锂电池模组温度的Gappy POD方法
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作者 苑清扬 韩佳洁 +3 位作者 薛珂 张博 兰天 李郁 《电工电能新技术》 北大核心 2025年第9期78-90,共13页
电化学储能系统中的锂离子电池核心温度实时监测对于电池管理系统(BMS)开发以及热失控风险预警有着重要的意义。受成本和空间制约以及电池系统内可供温度测点布放位置有限导致温度数据获取不全面,从而影响电池管理系统的精度。本文利用G... 电化学储能系统中的锂离子电池核心温度实时监测对于电池管理系统(BMS)开发以及热失控风险预警有着重要的意义。受成本和空间制约以及电池系统内可供温度测点布放位置有限导致温度数据获取不全面,从而影响电池管理系统的精度。本文利用Gappy POD算法基于电池模组箱体外部少量温度测点数据,实时重构箱体内电池核心及表面多点温度。本文建立二阶RC等效电路模型,通过18650PF锂电池HPPC测试数据对模型参数辨识,并利用基于本征正交分解的径向基函数神经网络(POD-RBF)对等效电路模型辨识参数数据库扩充得到包含更多功率-时间信息的电池发热功率变化曲线;构建有、无水冷板的电池模组数值模型并导入真实及异常发热功率变化曲线,测试Gappy POD算法在稳定和异常工况下的温度实时重构能力。本文研究表明,Gappy POD算法仅需少量温度测点便可在复杂工况下实现较高的重构精度、较强的趋势预测能力,为算法在电池管理系统及热失控预警中的应用提供基础。 展开更多
关键词 锂离子电池 等效电路模型 gappy POD POD-RBF 温度预测
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A new maximum-a-posteriori-based gappy method for physical field reconstruction using proper orthogonal decomposition and autoencoder
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作者 Wenwei JIANG Chenhao TAN +2 位作者 Yuntao ZHOU Kai YANG Xiaowei GAO 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 2025年第9期1729-1752,I0001-I0007,共31页
A novel gappy technology, gappy autoencoder with proper orthogonal decomposition(Gappy POD-AE), is proposed for reconstructing physical fields from sparse data. High-dimensional data are reduced via proper orthogonal ... A novel gappy technology, gappy autoencoder with proper orthogonal decomposition(Gappy POD-AE), is proposed for reconstructing physical fields from sparse data. High-dimensional data are reduced via proper orthogonal decomposition(POD),and low-dimensional data are used to train an autoencoder(AE). By integrating the POD operator with the decoder, a nonlinear solution form is established and incorporated into a new maximum-a-posteriori(MAP)-based objective for online reconstruction.The numerical results on the two-dimensional(2D) Bhatnagar-Gross-Krook-Boltzmann(BGK-Boltzmann) equation, wave equation, shallow-water equation, and satellite data show that Gappy POD-AE achieves higher accuracy than gappy proper orthogonal decomposition(Gappy POD), especially for the data with slowly decaying singular values,and is more efficient in training than gappy autoencoder(Gappy AE). The MAP-based formulation and new gappy procedure further enhance the reconstruction accuracy. 展开更多
关键词 data reconstruction gappy technology proper orthogonal decomposition(POD) autoencoder(AE) maximum-a-posteriori(MAP)
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Gappy POD算法重构储能电池组核心温度及与BP神经网络预测能力对比 被引量:6
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作者 苑清扬 薛珂 +1 位作者 张博 兰天 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期166-177,共12页
储能电池组中电池核心温度的实时监控对于防控电池热失控有着重要的意义.为克服工业实际中电池组内部无法布置多温度测点导致的温度数据获取不全面等问题,本文将Gappy POD重构算法引入储能电池核心温度实时监控问题中,通过监测电池组表... 储能电池组中电池核心温度的实时监控对于防控电池热失控有着重要的意义.为克服工业实际中电池组内部无法布置多温度测点导致的温度数据获取不全面等问题,本文将Gappy POD重构算法引入储能电池核心温度实时监控问题中,通过监测电池组表面温度预测内部核心温度.通过搭建简化的拟储能电池实验台模拟电池温升,测试了Gappy POD算法在工况平稳变化和工况剧烈变化条件下的稳定性和对核心温度的实时重构能力;对比了Gappy POD算法的重构能力和BP神经网络(Back propagation neural network)的预测能力,并探究了Gappy POD算法和BP神经网络在不同大小的数据库训练条件下的重构预测能力.研究表明,Gappy POD重构算法具有高预测精度、稳定性强并且对数据库数据量依赖性低等优势,为算法在储能电池热管理中的实际应用提供了基础. 展开更多
关键词 gappy POD BP神经网络 储能电池 热管理 核心温度预测
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基于Gappy POD方法的翼型流场分析 被引量:4
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作者 段焰辉 蔡晋生 《航空工程进展》 2010年第1期40-44,共5页
本文将Gappy POD方法用于翼型流场分析,得到了一种快速、高精度的近似流场分析方法。应用Gap-py POD方法进行流场缺失数据的填补,验证该方法的数据填补能力。流场分析时,以NACA0012为初始翼型生成POD基,将与初始翼型形状相近翼型的流场... 本文将Gappy POD方法用于翼型流场分析,得到了一种快速、高精度的近似流场分析方法。应用Gap-py POD方法进行流场缺失数据的填补,验证该方法的数据填补能力。流场分析时,以NACA0012为初始翼型生成POD基,将与初始翼型形状相近翼型的流场解作为缺失数据,使用Gappy POD方法进行填补得到该翼型的近似流场解。结果表明,Gappy POD方法可以快速得到与初始翼型外型相近翼型的高精度近似流场解。 展开更多
关键词 gappy POD方法 数据填补 翼型 流场分析
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基于Gappy POD和WRF模式的风速数据重构
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作者 小巴桑次仁 索朗塔杰 +1 位作者 杜媛芳 拉巴次仁 《西南大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期82-88,共7页
由于地形较为复杂且观测站稀疏等原因导致西藏自治区那曲市中东部一带的风速重构较为困难.计算了WRF模式在研究区域内格点处的风场数据并以此为基础计算风场的主要特征,采用优化的经典POD算法将该区域仅有的8个稳定台站的风观测数据应... 由于地形较为复杂且观测站稀疏等原因导致西藏自治区那曲市中东部一带的风速重构较为困难.计算了WRF模式在研究区域内格点处的风场数据并以此为基础计算风场的主要特征,采用优化的经典POD算法将该区域仅有的8个稳定台站的风观测数据应用于提升模式输出数据的精度.交叉检验结果表明该方法能够提高地形复杂的观测站稀疏区域内任意点处的模式风速重构的精度. 展开更多
关键词 gappy POD WRF模式 风速 重构 复杂地形
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基于改进Gappy POD方法的压气机叶栅气动外形反设计方法 被引量:3
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作者 刘汉儒 马岩 +4 位作者 赵星宇 王掩刚 胡佳伟 李丽丽 蒋永松 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期607-618,共12页
针对压气机叶栅气动高效反设计,建立了基于Gappy proper orthogonal demcomposition(Gappy POD)的气动外形反设计框架。通过Kriging代理模型优化获得某型压气机叶栅的气动优化结果,并以此作为反设计目标基础。为进一步提高基本Gappy PO... 针对压气机叶栅气动高效反设计,建立了基于Gappy proper orthogonal demcomposition(Gappy POD)的气动外形反设计框架。通过Kriging代理模型优化获得某型压气机叶栅的气动优化结果,并以此作为反设计目标基础。为进一步提高基本Gappy POD反设计的效率及精度,发展了基于自适应快照替换优化和修正目标压力系数分布的两种改进方法,并对基本Gappy POD结合两种改进策略的反设计精度和效率进行了详细对比。结果表明:基于自适应快照替换优化流程的反设计框架使得反设计精度明显提高,叶片表面压力系数分布方均根误差从6.49×10^(-3)降低到1.29×10^(-3),而通过修正目标压力系数分布则提高了单次反设计精度。将两种改进策略同时结合改进Gappy POD,能够获得在同等设计精度下更快的收敛速度,可为压缩系统几何部件反设计提供新的高效方法。 展开更多
关键词 压气机叶栅 气动反设计 改进gappy POD 快照替换优化 压力系数分布修正
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基于Gappy POD的S形扩压器稳态出口流场预测方法研究 被引量:2
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作者 方成 周建华 王孝利 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第9期84-90,共7页
针对实现主动流动控制需要对流场快速获知,提出通过扩压器壁面静压测量值预测出口流场的设想。利用已有的Gappy POD方法实现预测,但该方法在高模态条件下计算精度差。为解决此问题,在已有方法基础上对计算过程中每一步迭代误差进行不同... 针对实现主动流动控制需要对流场快速获知,提出通过扩压器壁面静压测量值预测出口流场的设想。利用已有的Gappy POD方法实现预测,但该方法在高模态条件下计算精度差。为解决此问题,在已有方法基础上对计算过程中每一步迭代误差进行不同处理,得到Method_1和Method_2。计算结果表明,在静压测点数足够条件下,两种方法能够实现更高精度的计算;并且在不同程度上解决了已有方法在高模态下计算精度差的问题。另外,当测点数达到40时,Method_2计算精度更高。 展开更多
关键词 主动流动控制 S形扩压器 流场预测 改进型gappy POD
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基于Gappy POD的流场数据填补方法 被引量:3
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作者 李静 张伟伟 《气体物理》 2020年第4期1-10,共10页
本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)是一种数据驱动的流场特征信息提取技术,可以按能量大小给出流场的结构模态,并且可以通过较少阶模态叠加获得高阶数据的近似描述.将该方法结合一组线性方程,即构成Gappy POD方法... 本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)是一种数据驱动的流场特征信息提取技术,可以按能量大小给出流场的结构模态,并且可以通过较少阶模态叠加获得高阶数据的近似描述.将该方法结合一组线性方程,即构成Gappy POD方法,可实现对缺失流场的重构.论文从样本数据已知和样本数据不完全已知两种情况展开,对Gappy POD方法在缺失流场数据填补方面的应用进行了研究.首先,对于样本数据已知的情况,研究了样本参数范围内任意参数值下的重构能力;其次,对于样本数据不完全已知的情况,研究了模态阶数、缺失率以及样本数对缺失流场重构精度的影响规律.结果表明,Gappy POD方法可以高效再现参数范围内的任意完整流场数据.但是,对于缺失率较高的样本集,需要适当增加样本数以提高重构精度. 展开更多
关键词 数据驱动 gappy POD 流场重构 非定常流动 POD
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基于改进型Gappy POD的亚跨声速压气机叶型反设计方法
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作者 茅晓晨 陈飞 陈璇 《航空动力学报》 2025年第10期424-436,共13页
针对基本Gappy POD(proper orthogonal decomposition)方法的反设计精度较低、可操作性不强,且对跨声速叶型的反设计精度低于亚声速叶型的问题提出改进策略,发展了一套完整的改进型Gappy POD方法。通过验证算例证明了基于改进型Gappy PO... 针对基本Gappy POD(proper orthogonal decomposition)方法的反设计精度较低、可操作性不强,且对跨声速叶型的反设计精度低于亚声速叶型的问题提出改进策略,发展了一套完整的改进型Gappy POD方法。通过验证算例证明了基于改进型Gappy POD方法的压气机叶型反设计更加简单高效,与基本Gappy POD方法相比,两种叶型的反设计精度分别提高了61%和78%,同时反设计耗时分别缩短了77%和63%。进一步研究发现改进型Gappy POD方法对叶型拟合精度提高的收益主要来自压力面重构精度的提高,而在吸力面后半段叶型几何偏差较大,且几何偏差呈现从前缘到尾缘先增大后减小的趋势。 展开更多
关键词 压气机叶型 反设计 本征正交分解(POD) gappy POD 重构精度
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结合粒子群优化算法与Gappy POD的叶型反设计方法
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作者 陈飞 茅晓晨 +2 位作者 陈璇 王何建 高丽敏 《航空动力学报》 2025年第10期466-476,共11页
为了解决基于Gappy POD(本征正交分解)的反设计方法鲁棒性差及约束条件添加难等问题,发展了一种结合粒子群优化算法与Gappy POD的反设计方法,并针对由过约束状态主导的精度降低,提出了基于CFD计算的压力面修正迭代方法以使反设计脱离过... 为了解决基于Gappy POD(本征正交分解)的反设计方法鲁棒性差及约束条件添加难等问题,发展了一种结合粒子群优化算法与Gappy POD的反设计方法,并针对由过约束状态主导的精度降低,提出了基于CFD计算的压力面修正迭代方法以使反设计脱离过约束状态。对亚/跨声速压气机叶型的验证表明:该方法能够在最大厚度约束下实现高精度反设计,且较正向优化设计方法计算耗时显著降低。结合关键流动区域控制的改型设计结果表明:两种叶型整体攻角性能较原始叶型均显著提升,设计攻角下叶型静压升基本不变,总压损失分别降低9.53%和12.7%,同时亚声速叶型的可用攻角范围不变而跨声速叶型的可用攻角范围拓宽了14.3%。 展开更多
关键词 压气机叶型 反设计方法 粒子群优化 gappy POD(本征正交分解) 改型设计
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系统有限传感器布局优化的相关系数过滤法
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作者 苑清扬 韩佳洁 +2 位作者 薛珂 孙维杰 张博 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第9期2925-2938,共14页
针对Gappy本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)方法在有限传感器布局优化中基于条件数准则选点效率低的问题,提出一种相关系数过滤法,以提高选点效率和重构精度。该方法基于全局相关性最大化假设,通过相关系数矩阵筛选... 针对Gappy本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)方法在有限传感器布局优化中基于条件数准则选点效率低的问题,提出一种相关系数过滤法,以提高选点效率和重构精度。该方法基于全局相关性最大化假设,通过相关系数矩阵筛选最优测点位置,并引入相关程度期望系数和余点数作为关键参数。在一维伯格斯方程和二维方腔顶盖驱动流算例中进行仿真实验,比较不同相关程度期望系数和余点数对Gappy POD重构精度的影响。结果表明,所提方法在保证重构精度的同时减少传感器数量,并在效率和精度上优于条件数准则和遗传算法等传统方法。所提方法在稀疏传感器布局优化中具有较高的应用价值,可为复杂系统流场重构提供高效选点策略。 展开更多
关键词 gappy本征正交分解 相关系数过滤法 有限传感器布局优化 流场重构
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基于降维算法从少量测量数据中重构温度场 被引量:4
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作者 罗芸 钱进 +1 位作者 王一桂 朱道兴 《智能计算机与应用》 2022年第5期154-159,共6页
由于测量环境及测量技术的制约,工业中温度信息的获取主要依据少量测点数据,难以得到被测对象完整温度信息。计算方法可以获得被测对象完整温度信息,但计算量大,信息再现实时性差。为了解决这个问题,实现快速、有效、准确的实时温度分... 由于测量环境及测量技术的制约,工业中温度信息的获取主要依据少量测点数据,难以得到被测对象完整温度信息。计算方法可以获得被测对象完整温度信息,但计算量大,信息再现实时性差。为了解决这个问题,实现快速、有效、准确的实时温度分布测量,提出一种基于Gappy POD低维表示的温度分布降维重建算法,从少量局部温度测量数据准确中重建温度场,并分析采用上述算法进行温度场重构时POD基个数、测点数量和测点位置对其的影响。通过双峰温度场模型重建结果和误差分析表明,重建误差在1×10;以下,且该算法显著地减少了测量传感器的数量,降低了温度分布测量的复杂性与测量成本,为工业测量中数据缺失提供新的解决思路。 展开更多
关键词 gappy POD 温度场重构 POD基 少量测量数据 降维
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Deep Learning Applied to Computational Mechanics:A Comprehensive Review,State of the Art,and the Classics 被引量:1
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作者 Loc Vu-Quoc Alexander Humer 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2023年第11期1069-1343,共275页
Three recent breakthroughs due to AI in arts and science serve as motivation:An award winning digital image,protein folding,fast matrix multiplication.Many recent developments in artificial neural networks,particularl... Three recent breakthroughs due to AI in arts and science serve as motivation:An award winning digital image,protein folding,fast matrix multiplication.Many recent developments in artificial neural networks,particularly deep learning(DL),applied and relevant to computational mechanics(solid,fluids,finite-element technology)are reviewed in detail.Both hybrid and pure machine learning(ML)methods are discussed.Hybrid methods combine traditional PDE discretizations with ML methods either(1)to help model complex nonlinear constitutive relations,(2)to nonlinearly reduce the model order for efficient simulation(turbulence),or(3)to accelerate the simulation by predicting certain components in the traditional integration methods.Here,methods(1)and(2)relied on Long-Short-Term Memory(LSTM)architecture,with method(3)relying on convolutional neural networks.Pure ML methods to solve(nonlinear)PDEs are represented by Physics-Informed Neural network(PINN)methods,which could be combined with attention mechanism to address discontinuous solutions.Both LSTM and attention architectures,together with modern and generalized classic optimizers to include stochasticity for DL networks,are extensively reviewed.Kernel machines,including Gaussian processes,are provided to sufficient depth for more advanced works such as shallow networks with infinite width.Not only addressing experts,readers are assumed familiar with computational mechanics,but not with DL,whose concepts and applications are built up from the basics,aiming at bringing first-time learners quickly to the forefront of research.History and limitations of AI are recounted and discussed,with particular attention at pointing out misstatements or misconceptions of the classics,even in well-known references.Positioning and pointing control of a large-deformable beam is given as an example. 展开更多
关键词 Deep learning breakthroughs network architectures backpropagation stochastic optimization methods from classic to modern recurrent neural networks long short-term memory gated recurrent unit attention transformer kernel machines Gaussian processes libraries Physics-Informed Neural Networks state-of-the-art history limitations challenges Applications to computational mechanics Finite-element matrix integration improved Gauss quadrature Multiscale geomechanics fluid-filled porous media Fluid mechanics turbulence proper orthogonal decomposition Nonlinear-manifold model-order reduction autoencoder hyper-reduction using gappy data control of large deformable beam
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Remarks on the Erroneous Dispersion Surfaces From a Pair of a Hyperbolic Branch and An Elliptical Arc of the Intersected Two Laue Spheres Based on the Usual Crude Approximation
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作者 Tetsuo Nakajima 《Journal of Modern Physics》 2011年第3期146-153,共8页
In almost all previous works, the hyperbolic dispersion surfaces of the central proper quadrics have been crudely derived from the degree of reduction from the bi-quadratic equation by use of some roughly indefinable ... In almost all previous works, the hyperbolic dispersion surfaces of the central proper quadrics have been crudely derived from the degree of reduction from the bi-quadratic equation by use of some roughly indefinable approximate relations. Moreover, neglecting the high symmetry of the hyperbola, both the branches have been approximated on the asymmetric surfaces composed of a pair of a branch of the hyperbola and a vertex of the ellipse without the presentation of reasonable evidence. Based upon the same dispersion surfaces equation, a new original gapless dispersion surfaces could be rigorously introduced without crude omission of even a term in the bi-quadratic equation based upon usual analogy with the extended band theory of solid as the close approximation to the truth. 展开更多
关键词 Dynamical Theory X-Ray Diffraction Gapless DISPERSION SURFACE gappy DISPERSION Surface.
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A Self-Calibrating Digital Twin Approach by Integrating CFD and Sensor Data for Coal-Fired Boiler Water Wall Temperature
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作者 WANG Tianyi ZHONG Wenqi +4 位作者 CHEN Xi MA Qilei GU Yonghua DONG Wenli PAN Zhichao 《Journal of Thermal Science》 2025年第3期738-755,共18页
Digital twin is a cutting-edge technology in the energy industry,capable of predicting real-time operation data for equipment performance monitoring and operational optimization.However,methods for calibrating and fus... Digital twin is a cutting-edge technology in the energy industry,capable of predicting real-time operation data for equipment performance monitoring and operational optimization.However,methods for calibrating and fusing digital twin prediction with limited in-situ measured data are still lacking,especially for equipment involving complicated multiphase flow and chemical reactions like coal-fired boilers.In this work,using coal-fired boiler water wall temperature monitoring as an example,we propose a digital twin that reconstructs the water wall temperature distribution with high spatial resolution in real time and calibrates the reconstruction using in-situ water wall temperature data.The digital twin is established using the gappy proper orthogonal decomposition(POD)reduced-order model by fusing CFD solutions and measured data.The reconstruction accuracy of the digital twin was initially validated.And then,the minimum number of measured data sampling points required for precise reconstruction was investigated.An improved uniform data collection method was subsequently developed.After that,the computational time required for the digital twin and the traditional CFD was compared.Finally,the reconstruction method was further validated by in-situ measured temperature from the in-service boiler.Results indicate that the established digital twin can precisely reconstruct the water wall temperature in real time.Thirty-nine sampling points are sufficient to reconstruct the temperature distribution with the original data collection method.The proposed uniform data collection method further reduces the mean relative errors to less than 0.4%across four test cases,and with the constrained technique,the errors decrease to 0.374%and 0.345%for Cases 1 and 3,which had poor reconstructions using the original sampling point arrangement.In addition,the reconstruction time of the digital twin is also considerably reduced compared to CFD.Engineering application indicates that the reconstructed temperatures are highly consistent with in-situ measured data.The established water wall temperature digital twin is beneficial for water wall tube overheating detection and operation optimization. 展开更多
关键词 CFD coal-fired boiler digital twin gappy proper orthogonal decomposition
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