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Closing the Sim-to-Real Gap with Physics-Enhanced Neural ODEs

Kamp, Tobias und Ultsch, Johannes und Brembeck, Jonathan (2023) Closing the Sim-to-Real Gap with Physics-Enhanced Neural ODEs. In: 20th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, ICINCO 2023, 2, Seiten 77-84. SCITEPRESS. 20th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO), 2023-11-13 - 2023-11-15, Rom, Italien. doi: 10.5220/0012160100003543. ISBN 978-989-758-670-5. ISSN 2184-2809.

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Offizielle URL: https://www.scitepress.org/PublicationsDetail.aspx?ID=WEuuBm/l9Og=&t=1

Kurzfassung

A central task in engineering is the modelling of dynamical systems. In addition to first-principle methods, data-driven approaches leverage recent developments in machine learning to infer models from observations. Hybrid models aim to inherit the advantages of both, white- and black-box modelling approaches by combining the two methods in various ways. In this sense, Neural Ordinary Differential Equations (NODEs) proved to be a promising approach that deploys state-of-the-art ODE solvers and offers great modelling flexibility. In this work, an exemplary NODE setup is used to train low-dimensional artificial neural networks with physically meaningful outputs to enhance a dynamical model. The approach maintains the physical integrity of the model and offers the possibility to enforce physical laws during the training. Further, this work outlines how a confidence interval for the learned functions can be inferred based on the deployed training data. The robustness of the approach against noisy data and model uncertainties is investigated and a way to optimize model parameters alongside the neural networks is shown. Finally, the training routine is optimized with mini-batching and sub-sampling, which reduces the training duration in the given example by over 80 %.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200100/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Closing the Sim-to-Real Gap with Physics-Enhanced Neural ODEs
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kamp, Tobiastobias.kamp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-5584-2928148262739
Ultsch, JohannesJohannes.Ultsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6483-8468NICHT SPEZIFIZIERT
Brembeck, Jonathanjonathan.brembeck (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7671-5251NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2023
Erschienen in:20th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, ICINCO 2023
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:2
DOI:10.5220/0012160100003543
Seitenbereich:Seiten 77-84
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Gini, GuiseppinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nijmeijer, HenkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Filev, DimitarNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:SCITEPRESS
Name der Reihe:Proceedings of the 20th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics
ISSN:2184-2809
ISBN:978-989-758-670-5
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Dynamical Systems, Hybrid Modelling, Neural Ordinary Differential Equations, Scientific Machine Learning, Physics-Enhanced Neural ODEs
Veranstaltungstitel:20th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO)
Veranstaltungsort:Rom, Italien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:13 November 2023
Veranstaltungsende:15 November 2023
Veranstalter :INSTICC
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - V&V4NGC - Methoden, Prozesse und Werkzeugketten für die Validierung & Verifikation von NGC
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik > Fahrzeug-Systemdynamik
Hinterlegt von: Kamp, Tobias
Hinterlegt am:07 Dez 2023 14:55
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:00

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