数学 > 动力系统
[提交于 2025年7月7日
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标题: 约束机械系统的算子推理在降阶建模中的应用
标题: Application of operator inference to reduced-order modeling of constrained mechanical systems
摘要: 受约束的机械系统出现在许多应用中,例如机器人和其他多体系统的建模。 在这种情况下,运动由微分代数方程(DAE)系统控制,通常具有大型稀疏的系统矩阵。 在计算资源有限的情况下,问题的维度强烈影响系统分析、优化和控制的仿真效果。 因此,我们旨在获得一个简化代理模型,该模型具有少量自由度,能够准确表示原始高维DAE模型的运动和其他重要特性。 经典模型降阶方法通过利用系统矩阵来构建高保真模型到低维子空间的投影。 实际上,动力学方程通常是专有软件产品中不可访问的部分。 在本工作中,我们展示了非侵入式算子推断(OpInf)方法在索引2和3的DAE系统中的应用。 考虑到对于适当的DAE,存在所谓的隐藏流形上的ODE实现,OpInf优化问题直接在降维子空间中提供了给定DAE系统的底层ODE表示。 一个显著的优势是,仅需要压缩形式的DAE解快照即可识别降阶系统矩阵。 通过使用半定规划强制系统算子的对称正定结构,保证了降阶模型的稳定性和可解释性。 数值结果展示了所提出方法在不同受约束机械系统示例中的实现,并针对各种载荷条件进行了测试。
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