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ESR-PINNs:Physics-informed neural networks with expansion-shrinkage resampling selection strategies
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作者 刘佳楠 侯庆志 +1 位作者 魏建国 孙泽玮 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第7期337-346,共10页
Neural network methods have been widely used in many fields of scientific research with the rapid increase of computing power.The physics-informed neural networks(PINNs)have received much attention as a major breakthr... Neural network methods have been widely used in many fields of scientific research with the rapid increase of computing power.The physics-informed neural networks(PINNs)have received much attention as a major breakthrough in solving partial differential equations using neural networks.In this paper,a resampling technique based on the expansion-shrinkage point(ESP)selection strategy is developed to dynamically modify the distribution of training points in accordance with the performance of the neural networks.In this new approach both training sites with slight changes in residual values and training points with large residuals are taken into account.In order to make the distribution of training points more uniform,the concept of continuity is further introduced and incorporated.This method successfully addresses the issue that the neural network becomes ill or even crashes due to the extensive alteration of training point distribution.The effectiveness of the improved physics-informed neural networks with expansion-shrinkage resampling is demonstrated through a series of numerical experiments. 展开更多
关键词 physical informed neural networks RESAMPLING partial differential equation
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基于PINNs算法的一维潜水流方程的渗流参数反演
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作者 舒伟 孟胤全 +2 位作者 邓芳 蒋建国 吴吉春 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期317-327,共11页
在地下水领域中,渗流参数反演有助于了解地下水流动的性质,帮助确定地下水资源的分布、移动和质量,这对于地下水资源管理、水文模型开发和地下水补给的可持续性非常重要.近年来,神经网络方法快速发展,然而其针对潜水流渗流参数反演的研... 在地下水领域中,渗流参数反演有助于了解地下水流动的性质,帮助确定地下水资源的分布、移动和质量,这对于地下水资源管理、水文模型开发和地下水补给的可持续性非常重要.近年来,神经网络方法快速发展,然而其针对潜水流渗流参数反演的研究较少.基于此,首次将物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Networks,PINNs)方法结合软硬约束设置来解决潜水含水层渗透系数反演问题,以一维稳态非均质潜水流以及非稳态均质潜水流(含溶质运移)的渗透系数反演为例,对比了不同问题中PINNs软约束方法(PINNs-S)和硬约束方法(PINNs-H)反演渗透系数的表现.PINNs算例结果表明,PINNs算法反演渗透系数具有较高的计算精度.此外,PINNs硬约束算法和软约束算法各有优劣,在实际应用中应根据具体问题和实验效果来合理选择. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 潜水 硬约束 软约束 渗流参数反演
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A new method to solve the Reynolds equation including mass-conserving cavitation by physics informed neural networks(PINNs)with both soft and hard constraints
3
作者 Yinhu XI Jinhui DENG Yiling LI 《Friction》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期1165-1175,共11页
In this work,a new method to solve the Reynolds equation including mass-conserving cavitation by using the physics informed neural networks(PINNs)is proposed.The complementarity relationship between the pressure and t... In this work,a new method to solve the Reynolds equation including mass-conserving cavitation by using the physics informed neural networks(PINNs)is proposed.The complementarity relationship between the pressure and the void fraction is used.There are several difficulties in problem solving,and the solutions are provided.Firstly,the difficulty for considering the pressure inequality constraint by PINNs is solved by transferring it into one equality constraint without introducing error.While the void fraction inequality constraint is considered by using the hard constraint with the max-min function.Secondly,to avoid the fluctuation of the boundary value problems,the hard constraint method is also utilized to apply the boundary pressure values and the corresponding functions are provided.Lastly,for avoiding the trivial solution the limitation for the mean value of the void fraction is applied.The results are validated against existing data,and both the incompressible and compressible lubricant are considered.Good agreement can be found for both the domain and domain boundaries. 展开更多
关键词 Reynolds equation mass-conserving cavitation physics informed neural networks hard constraints trivial solution
原文传递
A generative adversarial network-based unified model integrating bias correction and downscaling for global SST
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作者 Shijin Yuan Xin Feng +3 位作者 Bin Mu Bo Qin Xin Wang Yuxuan Chen 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 CSCD 2024年第1期45-52,共8页
本文提出了一种基于生成对抗网络的全球海表面温度(sea surface temperature,SST)偏差订正及降尺度整合模型.该模型的生成器使用偏差订正模块将数值模式预测结果进行校正,再用可复用的共享降尺度模块将订正后的数据分辨率逐次提高.该模... 本文提出了一种基于生成对抗网络的全球海表面温度(sea surface temperature,SST)偏差订正及降尺度整合模型.该模型的生成器使用偏差订正模块将数值模式预测结果进行校正,再用可复用的共享降尺度模块将订正后的数据分辨率逐次提高.该模型的判别器可鉴别偏差订正及降尺度结果的质量,以此为标准进行对抗训练。同时,在对抗损失函数中含有物理引导的动力学惩罚项以提高模型的性能.本研究基于分辨率为1°的GFDL SPEAR模式的SST预测结果,选择遥感系统(Remote Sensing System)的观测资料作为真值,面向月尺度ENSO与IOD事件以及天尺度海洋热浪事件开展了验证试验:模型在将分辨率提高到0.0625°×0.0625°的同时将预测误差减少约90.3%,突破了观测数据分辨率的限制,且与观测结果的结构相似性高达96.46%. 展开更多
关键词 偏差订正 降尺度 海表面温度 生成对抗网络 物理引导的神经网络
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Discovering Phase Field Models from Image Data with the Pseudo-Spectral Physics Informed Neural Networks
5
作者 Jia Zhao 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 2021年第2期357-369,共13页
In this paper,we introduce a new deep learning framework for discovering the phase-field models from existing image data.The new framework embraces the approximation power of physics informed neural networks(PINNs)and... In this paper,we introduce a new deep learning framework for discovering the phase-field models from existing image data.The new framework embraces the approximation power of physics informed neural networks(PINNs)and the computational efficiency of the pseudo-spectral methods,which we named pseudo-spectral PINN or SPINN.Unlike the baseline PINN,the pseudo-spectral PINN has several advantages.First of all,it requires less training data.A minimum of two temporal snapshots with uniform spatial resolution would be adequate.Secondly,it is computationally efficient,as the pseudo-spectral method is used for spatial discretization.Thirdly,it requires less trainable parameters compared with the baseline PINN,which significantly simplifies the training process and potentially assures fewer local minima or saddle points.We illustrate the effectiveness of pseudo-spectral PINN through several numerical examples.The newly proposed pseudo-spectral PINN is rather general,and it can be readily applied to discover other FDE-based models from image data. 展开更多
关键词 Phase field Linear scheme Cahn-Hilliard equation Physics informed neural network
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基于PINN的Burgers方程求解模型
6
作者 骆炜杰 李芳 陈鑫 《信息工程大学学报》 2024年第3期323-330,共8页
传统的数值求解方法面临维数灾难和效率与精度平衡问题,而基于数据驱动的神经网络求解方法又存在训练量冗余和不可解释性问题。针对此问题,物理信息神经网络(Physical Information Neural Networks,PINNs)关注了训练数据中隐含的物理先... 传统的数值求解方法面临维数灾难和效率与精度平衡问题,而基于数据驱动的神经网络求解方法又存在训练量冗余和不可解释性问题。针对此问题,物理信息神经网络(Physical Information Neural Networks,PINNs)关注了训练数据中隐含的物理先验知识,融合了神经网络拟合复杂变量的能力,赋予了传统神经网络所缺乏的物理可解释性。应用该算法模型,提出了一种基于PINN的Burgers方程求解模型,该算法模型在训练中施加物理信息约束,因此能用少量的训练样本学习预测到分布在时空域上的偏微分方程模型。实验结果表明,在1+1维Burgers方程算例下,所提方法相比于经典的机器学习算法能有效捕抓到方程的变化并进行精确模拟,相比于有限差分法,可以大幅度缩短模拟时间。通过对不同的网络参数进行比较实验,所提方法在10%的噪声破坏下能产生合理的识别准确度,网络逼近方程的待定系数误差在0.001以内。 展开更多
关键词 计算流体力学 深度学习 物理信息神经网络 BURGERS方程
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基于PINNs算法的地下水渗流模型求解及参数反演 被引量:3
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作者 张升 兰鹏 +1 位作者 苏晶晶 熊海斌 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期376-383,F0003,F0004,共10页
地下水渗流模型的渗流流速计算(正向求解)和渗流参数反演(反向求解)工程意义重要,但目前能同时解决两类问题的算法较少。针对该问题,引入了物理信息神经网络(PINNs)算法,并加入硬约束进行改进,在正向求解方面,分别建立了渗流方程与达西... 地下水渗流模型的渗流流速计算(正向求解)和渗流参数反演(反向求解)工程意义重要,但目前能同时解决两类问题的算法较少。针对该问题,引入了物理信息神经网络(PINNs)算法,并加入硬约束进行改进,在正向求解方面,分别建立了渗流方程与达西定律耦合的水头、流速同时求解方法(PINNs-H-I),以及先计算水头再通过自动微分求解流速的计算方法(PINNs-H-II)。对于反向求解,分别采用单(多)物理场神经网络模型的PINNs算法反演均质(非均质)渗流参数。通过算例分析表明,相比软约束PINNs算法,通过施加硬约束可同时改善正向求解和反向求解的性能,另外在正向渗流速度计算中PINNs-H-II方法具有更高的计算精度,同时单(多)物理场神经网络模型PINNs算法反演的均质(非均质)渗流参数与实际值符合较好。 展开更多
关键词 地下水渗流模拟 渗流参数反演 物理信息神经网络 硬约束
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Physical informed memory networks for solving PDEs:implementation and applications
8
作者 Jiuyun Sun Huanhe Dong Yong Fang 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2024年第2期51-61,共11页
With the advent of physics informed neural networks(PINNs),deep learning has gained interest for solving nonlinear partial differential equations(PDEs)in recent years.In this paper,physics informed memory networks(PIM... With the advent of physics informed neural networks(PINNs),deep learning has gained interest for solving nonlinear partial differential equations(PDEs)in recent years.In this paper,physics informed memory networks(PIMNs)are proposed as a new approach to solving PDEs by using physical laws and dynamic behavior of PDEs.Unlike the fully connected structure of the PINNs,the PIMNs construct the long-term dependence of the dynamics behavior with the help of the long short-term memory network.Meanwhile,the PDEs residuals are approximated using difference schemes in the form of convolution filter,which avoids information loss at the neighborhood of the sampling points.Finally,the performance of the PIMNs is assessed by solving the Kd V equation and the nonlinear Schr?dinger equation,and the effects of difference schemes,boundary conditions,network structure and mesh size on the solutions are discussed.Experiments show that the PIMNs are insensitive to boundary conditions and have excellent solution accuracy even with only the initial conditions. 展开更多
关键词 nonlinear partial differential equations physics informed memory networks physics informed neural networks numerical solution
原文传递
基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法
9
作者 方卫华 徐孟启 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期24-31,64,共9页
为提高河道水位流量数据同化的智能化水平,基于物理信息神经网络(PINNs)提出了圣维南方程组的数据同化方法。采用双输出网络结构解决双输出方程组的同化问题,以模拟的实测数据作为边界条件和初始条件,通过消融试验验证网络中加入时空映... 为提高河道水位流量数据同化的智能化水平,基于物理信息神经网络(PINNs)提出了圣维南方程组的数据同化方法。采用双输出网络结构解决双输出方程组的同化问题,以模拟的实测数据作为边界条件和初始条件,通过消融试验验证网络中加入时空映射缩放和平衡权重系数对同化模型的有效性,以及所提出同化方法在部分测值缺失情况下的鲁棒性。结果表明,一维非恒定流圣维南方程组的数据同化结果与Preissmann四点隐式差分法结果一致,且随着同化断面数量的增加,所获得的同化精度也稳步提升;基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法有效,对非恒定流模拟具有较强的适应性。 展开更多
关键词 圣维南方程组 物理信息神经网络 Preissmann四点隐式差分法 数据同化
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FD-PINN:频域物理信息神经网络 被引量:3
10
作者 宋家豪 曹文博 张伟伟 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1195-1205,共11页
物理信息神经网络(physics-informed neural network, PINN)是将模型方程编码到神经网络中,使网络在逼近定解条件或观测数据的同时最小化方程残差,实现偏微分方程求解.该方法虽然具有无需网格划分、易于融合观测数据等优势,但目前仍存... 物理信息神经网络(physics-informed neural network, PINN)是将模型方程编码到神经网络中,使网络在逼近定解条件或观测数据的同时最小化方程残差,实现偏微分方程求解.该方法虽然具有无需网格划分、易于融合观测数据等优势,但目前仍存在训练成本高、求解精度低等局限性.文章提出频域物理信息神经网络(frequency domain physics-informed neural network, FD-PINN),通过从周期性空间维度对偏微分方程进行离散傅里叶变换,偏微分方程被退化为用于约束FD-PINN的频域中维度更低的微分方程组,该方程组内各方程不仅具有更少的自变量,并且求解难度更低.因此,与使用原始偏微分方程作为约束的经典PINN相比, FD-PINN实现了输入样本数目和优化难度的降低,能够在降低训练成本的同时提升求解精度.热传导方程、速度势方程和Burgers方程的求解结果表明, FD-PINN普遍将求解误差降低1~2个数量级,同时也将训练效率提升6~20倍. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 离散傅里叶变换 偏微分方程 机器学习
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基于PINN方法的不可压流场求解 被引量:1
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作者 刘宇豪 刘正先 李孝检 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2023年第11期150-155,共6页
将残差网络(Res Net)结构引入物理信息神经网络(PINN),提出一种基于Res Net的PINN方法(Res Net-PINN)。采用该方法对二维不可压圆柱绕流尾迹流场进行重建和预测,结果表明:Res Net-PINN能更准确地重建绕流尾迹的非定常变化规律;在圆柱绕... 将残差网络(Res Net)结构引入物理信息神经网络(PINN),提出一种基于Res Net的PINN方法(Res Net-PINN)。采用该方法对二维不可压圆柱绕流尾迹流场进行重建和预测,结果表明:Res Net-PINN能更准确地重建绕流尾迹的非定常变化规律;在圆柱绕流尾迹的短期预测方面,Res Net-PINN的预测精度和收敛速度相比全连接PINN均能提升3倍左右。Res Net能提高PINN对非定常流场的求解和预测能力,该研究可为采用机器学习方法求解更复杂流动问题提供参考。 展开更多
关键词 物理信息神经网络 残差网络 圆柱绕流尾迹 流场重建与预测
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基于PINN的复合材料自动铺放轨迹整体规划 被引量:1
12
作者 林静明 许可 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期914-923,共10页
自动纤维铺放能有效地提高复材构件的制造效率和质量。为满足复材构件的力学性能要求及铺放质量要求,在给定曲面目标域内生成铺放轨迹时需要同时考虑转弯半径、纤维角偏差以及轨迹间距等工艺指标。现有铺放轨迹规划方法大多在对基准轨... 自动纤维铺放能有效地提高复材构件的制造效率和质量。为满足复材构件的力学性能要求及铺放质量要求,在给定曲面目标域内生成铺放轨迹时需要同时考虑转弯半径、纤维角偏差以及轨迹间距等工艺指标。现有铺放轨迹规划方法大多在对基准轨迹进行优化后,通过路径密化生成铺放轨迹。这仅能保证所生成的轨迹满足单一要求,难以整体满足多个优化目标。为实现多优化目标下的复合材料自动铺放轨迹整体规划,本文将轨迹规划问题转换成为目标域内的泛函优化问题,利用内嵌物理知识神经网络(Physics-informed neural network,PINN)实现目标函数的求解,并提取目标函数的等值线作为轨迹规划的结果。相较于现有策略,本文提出的方法能整体兼顾轨迹的方向性、可铺性以及间隙质量,为实现先进复合材料自动铺放轨迹整体规划提供新思路。 展开更多
关键词 复合材料自动铺放 轨迹规划 全局度量 内嵌物理知识神经网络 曲面参数化
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基于多域物理信息神经网络的复合地层隧道掘进地表沉降预测 被引量:1
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作者 潘秋景 吴洪涛 +1 位作者 张子龙 宋克志 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期539-551,共13页
复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘... 复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘进诱发地层变形的物理信息神经网络(physics-informed neural network,简称PINN)模型。针对隧道上覆多个地层的地质特征,提出了多域物理信息神经网络(multi-physics-informed neural network,简称MPINN)模型,实现了在统一的框架内对不同地层的物理信息分区域表达。结果表明:MPINN模型高度还原了有限差分法的计算结果,可以准确预测复合地层中隧道开挖诱发的地表沉降;由于融入了物理机制,MPINN模型对隧道施工诱发地表沉降的问题具有普适性,可应用于不同地质和几何条件下隧道诱发地表沉降的预测;基于工程实测数据,提出的MPINN模型准确预测了监测断面的地表沉降曲线,可为复合地层下盾构掘进过程中地表沉降的预测预警提供参考。 展开更多
关键词 物理信息神经网络(pinn) 盾构隧道 地表沉降 机器学习 数据物理驱动
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基于PINNs的高度非线性Richards入渗模型研究
14
作者 霍海峰 黄昊宇 +2 位作者 李其昂 胡彪 张兆文 《中国民航大学学报》 CAS 2023年第5期6-12,共7页
针对具有高度非线性系数的非饱和土Richards入渗模型,利用物理信息神经网络(PINNs,physics-informed neural networks)进行求解,并通过有限差分方法对网络预测结果进行验证,发现PINNs预测结果与有限差分预测结果基本吻合;再研究超参数对... 针对具有高度非线性系数的非饱和土Richards入渗模型,利用物理信息神经网络(PINNs,physics-informed neural networks)进行求解,并通过有限差分方法对网络预测结果进行验证,发现PINNs预测结果与有限差分预测结果基本吻合;再研究超参数对PINNs误差的影响,确定训练集大小、网络层数等因素对PINNs训练集及测试集误差的影响,在合理的超参数调整下,PINNs预测模型在高度非线性入渗模型中表现出良好的训练效果。该计算方法可广泛应用于热传导、水汽迁移及应力平衡等机场工程问题求解。 展开更多
关键词 高度非线性系数 入渗模型 物理信息神经网络 有限差分方法 超参数调整
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改进PINNs方法求解边界层对流占优扩散方程
15
作者 高飞 郭晓斌 +1 位作者 袁冬芳 曹富军 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期33-50,共18页
针对物理信息神经网络(PINNs)在求解边界层附近存在剧烈梯度变化的对流占优扩散方程时无法得到足够精度的问题,本文提出一种具有参数渐进思想的神经网络求解方法。该方法首先近似大扩散参数方程的光滑解,然后逐步减小扩散参数并将大扩... 针对物理信息神经网络(PINNs)在求解边界层附近存在剧烈梯度变化的对流占优扩散方程时无法得到足够精度的问题,本文提出一种具有参数渐进思想的神经网络求解方法。该方法首先近似大扩散参数方程的光滑解,然后逐步减小扩散参数并将大扩散参数下的网络最优参数作为小扩散参数神经网络的初始值进行训练,通过参数循环反复优化物理信息神经网络,提高神经网络的表征能力,从而提升物理信息神经网络逼近对流占优扩散问题的求解精度,最后获得小扩散参数的高精度奇异解。经过对本文方法与PINNs以及gPINNs方法在精度和收敛效率方面的对比分析表明,本文方法在未知边界层位置条件下,能够高效地近似对流占优扩散方程的大梯度解,实现10-3量级的精度。同时,本文方法在收敛速度和稳定性方面比PINNs和gPINNs具有更好的优势和性能。 展开更多
关键词 扩散方程 边界层 物理信息神经网络 深度学习 对流扩散
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基于物理信息神经网络的光波衍射问题求解 被引量:1
16
作者 陈旭早 袁利军 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期423-430,共8页
用物理信息神经网络方法数值求解间断系数光波衍射问题.结果表明:用光滑函数近似间断系数可大幅度提高物理信息神经网络求解精度;用物理信息神经网络求解散射场比直接求解总场效果更好.最后通过数值实验验证理论结果的正确性.
关键词 物理信息神经网络 光波衍射 间断系数 光滑函数
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深度学习在边界层流动稳定性分析中的应用
17
作者 樊佳坤 姚方舟 +3 位作者 黄江涛 徐家宽 乔磊 白俊强 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期30-46,共17页
基于线性稳定性理论(linear stability theory,LST)的e^(N)方法是边界层转捩预测中比较可靠的方法之一。为了将传统LST特征值问题的求解过程大幅度简化和自动化,使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在边界层相似性解的... 基于线性稳定性理论(linear stability theory,LST)的e^(N)方法是边界层转捩预测中比较可靠的方法之一。为了将传统LST特征值问题的求解过程大幅度简化和自动化,使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在边界层相似性解的LST分析样本集上进行训练,针对流向和横流不稳定性,分别在自然层流翼型和无限展长后掠翼上预测扰动的当地增长率、N因子和转捩位置,结果与标准LST一致性良好;验证了CNN可以将边界层剖面速度型导数信息编码为满足伽利略不变性的标量特征,在翼型边界层中起到了表征压力梯度的作用,在后掠翼边界层中起到了表征横流强度的作用;在CNN对LST特征值预测的基础上,以LST控制方程、边界条件和平凡解惩罚项构造总损失函数来训练内嵌物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN),实现了在不依赖样本的情况下对LST特征函数的准确预测,结果表明PINN可以为LST的特征函数问题提供有效的建模方法。 展开更多
关键词 线性稳定性理论 e^(N)方法 卷积神经网络 内嵌物理信息神经网络 流向不稳定性 横流不稳定性
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基于物理信息神经网络的同步发电机建模
18
作者 杨珂 王鑫 +2 位作者 凌佳杰 耿光超 江全元 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4924-4932,I0027,共10页
采用物理机理建立的同步发电机模型在表达发电机真实的非线性特性方面存在不足,电力系统正在不断研究和采纳新的同步发电机模型以增强模型的准确性。数据驱动模型具有更强的非线性表达能力,但在同步发电机建模实际应用中面临着模型泛化... 采用物理机理建立的同步发电机模型在表达发电机真实的非线性特性方面存在不足,电力系统正在不断研究和采纳新的同步发电机模型以增强模型的准确性。数据驱动模型具有更强的非线性表达能力,但在同步发电机建模实际应用中面临着模型泛化性不强和所需数据量大等问题。为克服上述问题,该文结合神经元建模原理,以循环神经网络为基本框架,在同步发电机物理机理的引导下,提出基于物理信息神经网络的同步发电机模型。经过算例验证,所提模型可准确表达同步发电机磁饱和特性,并且具有较强的泛化性。该模型可在小规模数据下对同步发电机各阶模型达到更高的拟合准确度,并可应用于现有机电暂态仿真算法。 展开更多
关键词 物理信息神经网络 数据驱动 同步发电机 磁饱和效应
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基于内嵌物理知识卷积神经网络的电力系统暂态稳定评估
19
作者 陆旭 张理寅 +2 位作者 李更丰 别朝红 段超 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期107-119,共13页
针对现有数据驱动的电力系统暂态评估方法依赖大规模数据集且可解释性不足的问题,文中将物理知识嵌入传统数据驱动方法,提出一种基于内嵌物理知识卷积神经网络的电力系统暂态稳定评估方法。该方法考虑大规模风电并网的电力系统,将电力... 针对现有数据驱动的电力系统暂态评估方法依赖大规模数据集且可解释性不足的问题,文中将物理知识嵌入传统数据驱动方法,提出一种基于内嵌物理知识卷积神经网络的电力系统暂态稳定评估方法。该方法考虑大规模风电并网的电力系统,将电力系统暂态稳定物理方程内嵌至神经网络损失函数,通过神经网络直接逼近物理过程,使输出结果满足物理规律,提高暂态稳定评估的可靠性与可解释性。通过数据与知识双驱动,所提方法不依赖大规模训练数据集,依然具有较好的鲁棒性与泛化能力。此外,所提方法通过卷积神经网络进行特征提取与降维,解决拓扑数据无法直接作为神经网络输入的难题。在含风机的IEEE 9节点和IEEE 39节点测试系统上的实验结果表明,所提方法在准确率、计算效率、泛化能力等方面相较现有方法有显著提升。 展开更多
关键词 内嵌物理知识卷积神经网络 知识-数据混合驱动 功角 暂态稳定性 机器学习 可解释性
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基于物理信息神经网络的生物质气化产物分布预测方法
20
作者 邓志平 任少君 +2 位作者 翁琪航 朱保宇 司风琪 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期719-726,共8页
机器学习方法已经在生物质气化建模中展现出广阔的应用前景。然而,机器学习模型主要依赖于实验数据,并不考虑气化中的反应机理,在数据样本不充分的情况下模型所表现出的实际关联特性与机理规律之间存在严重偏差。为此,提出一种基于物理... 机器学习方法已经在生物质气化建模中展现出广阔的应用前景。然而,机器学习模型主要依赖于实验数据,并不考虑气化中的反应机理,在数据样本不充分的情况下模型所表现出的实际关联特性与机理规律之间存在严重偏差。为此,提出一种基于物理信息神经网络(PINN)的生物质气化产物分布预测方法,该方法将真实实验数据与先验机理进行无缝衔接,在人工神经网络(ANN)模型中嵌入边界约束和关键参数间的单调性关系,通过自动微分技术进行辅助优化,实现模型的高效训练。结果表明:PINN模型的决定系数大于0.89,均方根误差小于4%,其总体预测精度要优于随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和ANN 3种纯拟合机器学习模型;PINN模型能够严格服从边界约束和先验机理单调性关系,表现出更好的可解释性和泛化能力。 展开更多
关键词 生物质气化 机器学习模型 物理信息神经网络 机理约束
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