MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W1490905176

Stiffness reduction of complex non-linear models and procedure to maintain solution quality

2009· article· en· W1490905176 sur OpenAlexaff
Cyril Garneau, Damien J. Batstone, Filip Claeys, Peter A. Vanrolleghem

Notice bibliographique

RevueQueensland's institutional digital repository (The University of Queensland) · 2009
Typearticle
Langueen
DomaineMathematics
ThématiqueNumerical methods for differential equations
Établissements canadiensUniversité Laval
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésJacobian matrix and determinantMathematicsSolverLinearizationApplied mathematicsRunge–Kutta methodsOdeReduction (mathematics)Differential algebraic equationInstabilityEigenvalues and eigenvectorsOrdinary differential equationControl theory (sociology)Differential equationMathematical optimizationComputer scienceNonlinear systemMathematical analysis
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Wastewater treatment models consisting of large sets of non-linear ODE are usually stiff. Because stiff solvers cannot typically be applied, due to dynamic inputs, long computation times result. To limit the computational burden, model reduction, e.g. by linearization or by singular perturbation, has been applied on individual cases with good results, but there are no generalised methods to apply this in DAE systems. We therefore developed a method to improve the efficiency of a Diagonally Implicit Runge-Kutta (DIRK) DAE solver. The method consists of reducing the number of differential equations in the model by transforming some of them into algebraic equations, i.e. assuming instantaneous equilibrium. The Homotopy method is used to link the state variables to the large eigenvalues of the Jacobian (i.e. the fast dynamics). By solving these “stiff” state equations algebraically, important improvements in calculation time can be achieved. However, several practical issues remain. In particular, it is important to confirm that the reduction of the original model does not induce instability or unacceptable error. Control of instability is achieved by comparing the solution of five simulated steps computed with the reduced model to the solution of a single step of equivalent time computed with the full model. Since implicit Runge-Kutta methods show highly stable response, the full step can be considered as a converging estimate of the true solution, and thus a comparison point to detect instability. In case of unacceptable error (i.e. instability detected), the five simulated steps are rejected and the original model is used. An unacceptable error typically arises when a stiff state variable loses its stiffness after one step. This is common when states are influenced by non-linear equations in themselves, as apparent eigenvalues can drop dramatically when the state moves towards equilibrium. In such a case, the variation of the state variable away from equilibrium will be too large, missing potentially important events. The eigenvalue related to the state will pass from a very high eigenvalue to a much lower eigenvalue after a single simulated time step. To detect such a case, eigenvalues are recomputed after one time step and the number of “large” eigenvalues is compared before and after the time step. In case of a modification, the step is rejected and recalculated with the original model. Results have shown that improvements up to 45% in the number of function evaluations can be observed. Best improvements have been observed at more stringent error tolerances. Stability and error control have shown promising results, but the model reduction induces visible changes in intermediate values of stiff state variables. Caution must be used if results need high precision in all state variables.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: Théorique ou conceptuel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,377
Score d'incertitude au seuil0,669

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,065
Tête enseignante GPT0,313
Écart entre enseignants0,248 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeThéorique ou conceptuel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2009
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueQueensland's institutional digital repository (The University of Queensland)Même sujetNumerical methods for differential equationsTravaux en français237 207