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ÉQuations algébriques différentielles hamiltoniennes à port neuronal pour l'apprentissage compositionnel des réseaux électriques

Created by
  • Haebom

Auteur

Cyrus Neary, Nathan Tsao, Ufuk Topcu

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Cet article développe un algorithme d'apprentissage compositionnel pour les systèmes dynamiques couplés, en se concentrant spécifiquement sur les réseaux électriques. Si l'apprentissage profond s'est avéré efficace pour modéliser des relations complexes à partir de données, le couplage compositionnel entre les composants du système pose un défi à de nombreuses approches de modélisation de systèmes dynamiques basées sur les données, qui imposent généralement des contraintes algébriques sur les variables d'état. Afin de développer un modèle d'apprentissage profond pour les systèmes dynamiques contraints, cet article introduit les équations algébriques différentielles hamiltoniennes à port neuronal (N-PHDAE), qui utilisent des réseaux de neurones pour paramétrer les termes inconnus dans les composantes différentielles et algébriques des équations algébriques différentielles hamiltoniennes à port. Pour entraîner ces modèles, nous effectuons une réduction d'indice par différentiation automatique et proposons un algorithme qui transforme automatiquement les équations algébriques différentielles ordinaires neuronales (N-ODE) équivalentes pour lesquelles il existe des méthodes conventionnelles d'inférence de modèle et de rétropropagation. Des expériences simulant la dynamique de circuits non linéaires démontrent les avantages de l'approche proposée. Le modèle N-PHDAE proposé permet d'améliorer d'un facteur dix la précision des prévisions et la satisfaction des contraintes sur un horizon de prévision long par rapport au modèle N-ODE de référence. De plus, nous validons la composabilité de l'approche par des expériences sur un micro-réseau CC simulé. Les modèles N-PHDAE individuels sont entraînés pour chaque composant du réseau, puis combinés pour prédire avec précision le comportement d'un réseau à grande échelle.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
Nous présentons N-PHDAE, un nouveau modèle d'apprentissage profond pour les systèmes dynamiques contraints.
Nous proposons un algorithme de formation efficace pour transformer N-DAE en N-ODE via la réduction d'index utilisant la différenciation automatique.
L'excellente précision prédictive et la configurabilité du modèle N-PHDAE sont vérifiées expérimentalement par des simulations de circuits non linéaires et de micro-réseaux CC.
Il améliore considérablement la précision des prédictions et la satisfaction des contraintes par rapport au modèle N-ODE existant.
Limitations:
D’autres études sont nécessaires pour étudier la généralité de la méthode proposée et son applicabilité à divers types de systèmes dynamiques couplés.
La complexité du modèle et le temps de formation peuvent limiter son application aux systèmes réels à grande échelle.
ÉTant donné qu’il se concentre sur un type spécifique de réseau électrique, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour le généraliser à d’autres types de systèmes dynamiques.
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