Structural-parametric identification of boundary conditions in inverse heat conduction problems using an ensemble of correctness classes

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

An approach to structural-parametric identification of boundary conditions of technological thermal physics processes based on the solution of inverse heat conduction problems is proposed. The stage of structural identification under conditions of a priori uncertainty is reduced to generation of alternatives of possible classes of solutions, which are given in the form of compact sets. Taking into account the restrictions on the membership of the solution to the corresponding classes, the initial incorrectly posed problem was decomposed into a set of conditionally correct problems. Parametrization of the identified characteristic and the resulting state function corresponding to it is carried out at the stage of parametric identification on the basis of the given model structure. Thus, the obtained problems are reduced to parametric optimization problems. Its solution is realized on the basis of methods of optimal control of systems with distributed parameters estimating of temperature discrepancy in a uniform metric. The analytical method of minimax optimisation, considering alternance properties of optimal distributions, allows solving mathematical programming problems concerning the values of the parameter vector for each of the formulated alternatives. The minimax criterion is used to select an appropriate mathematical model from all available variants. If necessary, the structure of the model can be refined by extending the classes of solutions. The presented approach demonstrates satisfactory quality of identification at typical modes of operation of thermal plants on sets of sufficiently smooth functions with the minimum possible number of parameters for the required accuracy of the solution. The aim of the approach is to provide information support for the decision making process on the structure of the model operator in inverse heat conduction problems. By generating hypotheses in the form of correctness classes parameterised by a vector of parameters of higher dimensionality, the quality of identification is improved in complex equipment operating modes.

About the authors

Anna Nikolayevna Diligenskaya

Samara State Technical University

ORCID iD: 0000-0002-9867-9781
SPIN-code: 6950-2416
Scopus Author ID: 56466025800
ResearcherId: D-6252-2014
Russia, 443100, Samara St. Molodogvardeyskaya, 244

Victoria V. Zolotaryova

Samara State Technical University

ORCID iD: 0009-0003-9877-8178
SPIN-code: 2972-3715
Russia, 443100, Samara St. Molodogvardeyskaya, 244

References

  1. Мацевитый Ю. М., Гайшун И. В., Борухов В. Т., Костиков А. О. Параметрическая и функциональная идентификация тепловых процессов // Проблемы машиностроения. 2011. Т. 14, № 3. С. 40–47. EDN: VQXXCT
  2. Алифанов О. М., Вабищевич П. Н., Михайлов В. В., Ненарокомов А. В., Полежаев Ю. В., Резник С. В. Основы идентификации и проектирования тепловых процессов и систем : учеб. пособие. Москва : Логос, 2001. 400 с.
  3. Алифанов О. М., Ненарокомов А. В., Салосина М. О. Обратные задачи в тепловом проектировании и испытаниях космических аппаратов. Москва : Изд-во МАИ, 2021. 160 с. EDN: QCQEIV
  4. Мацевитый Ю. М. Обратные задачи теплопроводности : в 2 т. Киев : Наукова думка, 2002. Т. 1. 405 с.
  5. Мацевитый Ю. М., Маляренко В. А., Мултановский А. В. Применение метода оптимальной фильтрации при решении нелинейных задач теплопроводности // Проблемы машиностроения. 1977, № 5. С. 61–65.
  6. Swati Agarwala, K. Narayan Prabhu. An experimental approach based on inverse heat conduction analysis for thermal characterization of phase change materials // Thermochimica Acta. 2020. Vol. 685. Art. 178540. https://doi.org/10.1016/j.tca.2020.178540
  7. Ping Xiong Jian Deng, Tao Lu, Qi Lu, Yu Liu, Yong Zhang. A sequential conjugate gradient method to estimate heat for nonlinear inverse heat conduction problem // Annals of Nuclear Energy. 2020. Vol. 149. Art. 107798. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107798
  8. Bowen Zhang, Jie Mei, Miao Cui, Xiao-wei Gao, Yuwen Zhang. A general approach for solving three-dimensional transient nonlinear inverse heat conduction problems in irregular complex structures // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. Vol. 140. P. 909–917. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.06.049
  9. Васильев Ф. П. Методы решения экстремальных задач. Москва : Наука, 1981. 400 с.
  10. Кабанихин С. И. Обратные и некорректные задачи : учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. Новосибирск : Изд-во Сибирского отд-ния РАН, 2018. 508 с. https://doi.org/10.15372/INVERSE2018KSI, EDN: UQAVAO
  11. Вапник В. Н. Восстановление зависимостей по эмпирическим данным. Москва : Наука, 1979. 448 с.
  12. Иванов В. К., Васин В. В., Танана В. П. Теория линейных некорректных задач и ее приложения. Москва : Наука, 1978. 206 с.
  13. Прангишвили И. В., Лотоцкий В. А., Гинсберг К. С., Смолянинов В. В. Идентификация систем и задачи управления: на пути к современным системным методологиям // Проблемы управления. 2004. № 4. С. 2–15. EDN: HSQSZP
  14. Гинсберг К. С. Концептуальные основы методологии структурной идентификации для создания систем автоматического управления с требуемыми свойствами // Информационные технологии и вычислительные системы. 2019. № 1. С. 38–48. https://doi.org/10.14357/20718632190104, EDN: ZAJQWT
  15. Рапопорт Э. Я., Плешивцева Ю. Э. Специальные методы оптимизации в обратных задачах теплопроводности // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2002. № 5. С. 144–155.
  16. Diligenskaya A. N., Rapoport E. Ya. Analytical methods of parametric optimization in inverse heat-conduction problems with internal heat release // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2014. Vol. 87, iss. 5. P. 1126–1134. https://doi.org/10.1007/s10891-014-1114-1
  17. Алифанов О. М. Обратные задачи теплообмена. Москва : Машиностроение, 1988. 280 с.
  18. Дилигенская А. Н., Золотарёва В. В. Параметрическая идентификация граничного воздействия на компактных множествах заданной формы // Математические методы в технологиях и технике. 2022. № 12, ч. 1. С. 7–10. https://doi.org/10.52348/2712-8873_MMTT_2022_12_07, EDN: TGGYQJ

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).