KR20130141226A - Method and system for estimating unknown heat - Google Patents

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KR20130141226A
KR20130141226A KR1020120064463A KR20120064463A KR20130141226A KR 20130141226 A KR20130141226 A KR 20130141226A KR 1020120064463 A KR1020120064463 A KR 1020120064463A KR 20120064463 A KR20120064463 A KR 20120064463A KR 20130141226 A KR20130141226 A KR 20130141226A
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김태형
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Abstract

A method and system for estimating an unknown heat source are provided. According to an embodiment of the present invention, the method for estimating, from measured temperature data, an unknown heat source of which the temperature changes according to the passage of time comprises the step of: obtaining the measurement data of temperatures measured by temperature sensors; obtaining, based on the measurement data, operation data of temperatures operated according to the location of the unknown heat source and the passage of time; setting an objective function for the unknown heat source based on the measurement and operation data; and producing the optimal solution of the objective function by a distributed particle swarm optimization - quantum infusion (DPSO-QI) scheme. [Reference numerals] (AA) Start;(BB) End;(S110) Obtain the measurement data of temperatures measured by temperature sensors;(S120) Obtain the operation data of temperatures operated according to the location of the unknown heat source and the passage of time on the basis of the measurement data;(S130) Set an objective function for the unknown heat source based on the measurement and operation data;(S140) Produce the optimal solution of the objective function by a DPSO-QI scheme

Description

미지의 열원 추정 방법 및 시스템{Method and system for estimating unknown heat}[0001] The present invention relates to a method and system for estimating an unknown heat source,

본 발명은 미지의 열원 추정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해 열전도 역문제(inverse problem)에서 미지의 열원을 보다 정밀히 추정하기 위한 미지의 열원 추정 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an unknown heat source estimation method and system, and more particularly, to a method and system for estimating an unknown heat source in an inverse problem through a DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) And a system and method for estimating an unknown heat source.

최근에 역산 열전도(inverse heat conduction) 기법이 여러 분야에 다양하게 적용되고 있다. 실제적으로 시스템에서 원하는 위치에 온도 센서를 설치하기 어려워 역산 열전도 해석 방법을 통해 원하는 위치의 온도를 예측할 수 있다. 예를 들어, 고체 표면에서의 열 유속이나 온도 이력이 시간 함수로 알려져 있을 경우, 내부에서의 온도 분포를 역산 열전도 기법을 이용하여 추론할 수 있다.Recently, inverse heat conduction technique has been widely applied to various fields. In practice, it is difficult to install a temperature sensor at a desired position in a system, so that a desired temperature can be predicted through an inverse thermal conduction analysis method. For example, if the heat flux or temperature history at the solid surface is known as a time function, the temperature distribution inside can be inferred using inverse thermal conduction techniques.

이러한 역산 열전도 기법은 표면의 경계 조건을 찾아내거나, 경계의 일부가 알려지지 않은 물체의 형상을 찾아내거나, 물체 내의 특정 위치에서 측정된 온도 분포를 통해 미지의 열원을 찾아내는 것 등으로 분류할 수 있으며, 이 중에서 미지의 열원을 찾아내는 열전도 역문제(inverse problem)를 풀기 위해 많은 기법들이 제안되고 있다.This inverse thermal conduction technique can be classified into finding the boundary conditions of the surface, finding the shape of an object whose part of the boundary is unknown, finding the unknown heat source through the temperature distribution measured at a specific position in the object, Many techniques have been proposed to solve the inverse problem of finding an unknown heat source.

이미 알고있는 열원을 지배 방정식 등을 통해 알고자 하는 특정위치의 온도를 추정하는 것과 반대로, 열전도 역문제는 센서 등을 이용하여 측정된 특정 위치의 온도 정보를 통해 미지의 열원 정보를 추정하는 역 과정을 말한다. 이러한 열전도 역문제는 해의 안정성이 보장되지 않은 불안정한(ill-posed) 문제이다. 즉, 열원의 정보가 유일하지 않거나 이를 정밀하게 추정하는데 어려움이 있다.In contrast to estimating the temperature of a specific location where a known heat source is known through a governing equation or the like, the heat conduction station problem is a reverse process of estimating unknown heat source information through temperature information at a specific location measured using a sensor or the like . This heat conduction problem is an ill-posed problem in which the stability of the solution is not guaranteed. That is, the information of the heat source is not unique or difficult to accurately estimate.

최근 이러한 열전도 역문제의 효율적인 해법을 위해 다양한 연구가 진행되고 있으나, 보다 효율적이고 정밀하게 미지의 열원을 추정하는 기법의 개발이 더욱 요구되고 있다.Recently, various studies have been made to solve the heat conduction problem effectively, but it is required to develop a technique for estimating the unknown heat source more efficiently and precisely.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해 열전도 역문제(inverse problem)에서 미지의 열원을 보다 효율적이고 정밀하게 미지의 열원을 추정할 수 있는 미지의 열원 추정 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) technique capable of more accurately and accurately estimating an unknown heat source in an inverse problem A method and system for estimating an unknown heat source.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열전도 역문제(inverse problem)에서 해의 안정성이 보장되지 않은 불안정한(ill-posed) 문제를 정규화 기법을 통해 해결하여 보다 빠르고 정확하게 미지의 열원을 추정할 수 있는 미지의 열원 추정 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to solve the ill-posed problem in which the stability of the solution is not guaranteed in the inverse problem through the normalization technique, so that the unknown heat source can be estimated more quickly and accurately A method and system for estimating an unknown heat source.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 열원 추정 방법은, 측정된 온도 데이터로부터 시간에 따라 온도가 변하는 미지의 열원을 추정하는 미지의 열원 추정 방법에 있어서, 온도 센서를 통해 측정한 온도의 측정 데이터를 획득하는 단계; 상기 측정 데이터를 기초로 상기 미지의 열원의 위치 및 시간에 대한 온도를 연산한 온도의 연산 데이터를 획득하는 단계; 상기 측정 및 연산 데이터를 기초로 상기 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정하는 단계; 및 DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해, 상기 목적 함수의 최적해를 산출하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an unknown heat source estimating method for estimating an unknown heat source whose temperature varies with time from measured temperature data, Obtaining measurement data of the measured temperature; Obtaining calculation data of a temperature at which the temperature of the unknown heat source is calculated based on the measurement data; Setting an objective function for the unknown heat source based on the measurement and calculation data; And a DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) technique to calculate an optimal solution of the objective function.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 미지의 열원 추정 시스템은, 측정된 온도 데이터로부터 시간에 따라 온도가 변하는 미지의 열원을 추정하는 미지의 열원 추정 시스템에 있어서, 온도의 측정 데이터를 획득하는 온도 센서부; 상기 측정 데이터를 기초로 상기 미지의 열원의 위치 및 시간에 대한 온도를 연산하여 연산 데이터를 획득하는 온도 연산부; 상기 측정 및 연산 데이터를 기초로 상기 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정하는 목적 함수 설정부; 및 DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해, 상기 목적 함수의 최적해를 산출하는 DPSO-QI부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an unknown heat source estimation system for estimating an unknown heat source whose temperature varies with time from measured temperature data, A temperature sensor for acquiring a temperature of the fuel cell; A temperature calculator for calculating the temperature and the temperature of the unknown heat source based on the measurement data to obtain calculation data; An objective function setting unit for setting an objective function for the unknown heat source based on the measurement and calculation data; And a DPSO-QI unit for calculating an optimal solution of the objective function through a DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) technique.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명에 따르면, 열전도 역문제(inverse problem)에서 해의 안정성이 보장되지 않은 불안정한(ill-posed) 문제를 정규화 기법을 통해 해결할 수 있다.According to the present invention, an ill-posed problem in which the stability of a solution is not guaranteed in a heat conduction inverse problem can be solved through a normalization technique.

또한, DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해 열전도 역문제(inverse problem)에서 미지의 열원을 보다 효율적이고 정밀하게 미지의 열원을 추정할 수 있다.In addition, the DPSO (Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) technique can estimate the unknown heat source more efficiently and precisely than the unknown heat source in the inverse problem.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 열원 추정 방법의 순서도이다.
도 2는 1차원 열전도 막대의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 PSO 알고리즘을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 PSO 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 PSO 알고리즘과 본 발명의 실시예들에서 사용하는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 방식의 차이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에서 사용하는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 미지의 열원 추정 방법의 상세한 순서도이다.
도 9는 구속 조건의 수행 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 PSO 알고리즘과 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11a는 도 2의 1차원 막대에 열원이 제1 위치에 위치한 경우, PSO 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이며, 도 11b는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12a는 도 2의 1차원 막대에 열원이 제2 위치에 위치한 경우, PSO 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이며, 도 12b는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 열원 추정 시스템의 구성도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 DPSO-QI부의 구성도이다.
도 15a 및 도 15b는 도 2의 1차원 막대에 여러 알고리즘을 적용한 경우에, 정규화 계수에 따른 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart of an unknown heat source estimation method according to an embodiment of the present invention.
2 is a sectional view of the one-dimensional heat conductive rod.
3 and 4 are graphs for explaining the PSO algorithm.
5 is a graph showing the result of applying the PSO algorithm.
FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the difference between the PSO algorithm and the method using the DPSO-QI algorithm used in the embodiments of the present invention.
8 is a detailed flowchart of an unknown heat source estimation method applying the DPSO-QI algorithm used in the embodiments of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a function of performing a constraint condition. FIG.
10 is a graph showing the results of applying the PSO algorithm and the DPSO-QI algorithm.
FIG. 11A is a graph showing a result of applying the PSO algorithm when the heat source is located at the first position in the one-dimensional bar of FIG. 2, and FIG. 11B is a graph illustrating the result of applying the DPSO-QI algorithm.
FIG. 12A is a graph showing a result of applying the PSO algorithm when the heat source is located at the second position in the one-dimensional bar of FIG. 2, and FIG. 12B is a graph showing the result of applying the DPSO-QI algorithm.
13 is a configuration diagram of an unknown heat source estimation system according to an embodiment of the present invention.
14 is a configuration diagram of a DPSO-QI unit according to an embodiment of the present invention.
15A and 15B are graphs showing the results according to the normalization coefficient when various algorithms are applied to the one-dimensional bar of FIG.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms "comprises" and / or "made of" means that a component, step, operation, and / or element may be embodied in one or more other components, steps, operations, and / And does not exclude the presence or addition thereof.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 열원 추정 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of an unknown heat source estimation method according to an embodiment of the present invention.

미지의 열원 추정 방법은 측정된 온도 데이터로부터 시간에 따라 온도가 변하는 미지의 열원을 추정하는 것으로서, 온도 센서를 통해 측정한 온도의 측정 데이터를 획득하고(S110), 상기 측정 데이터를 기초로 상기 미지의 열원의 위치 및 시간에 대한 온도를 연산한 온도의 연산 데이터를 획득하여(S120), 상기 측정 및 연산 데이터를 기초로 상기 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정한 후(S130), DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해, 상기 목적 함수의 최적해를 산출한다(S140).The unknown heat source estimation method estimates an unknown heat source whose temperature varies with time from the measured temperature data, and obtains measurement data of the temperature measured by the temperature sensor (S110), and based on the measurement data, (S120), and sets an objective function for the unknown heat source on the basis of the measurement and calculation data (S130). Then, the DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) technique, the optimal solution of the objective function is calculated (S140).

구체적으로, 미지의 열원을 추정하는 방법을 1차원 열전도와 관련하여 살펴보도록 한다. 도 2는 1차원 열전도 막대의 단면도이다.Specifically, a method of estimating an unknown heat source will be described with respect to one-dimensional heat conduction. 2 is a sectional view of the one-dimensional heat conductive rod.

도 2에서, 막대의 길이는 L이며 일정한 열전도도를 가지게 된다. 특정 위치

Figure pat00001
에서 변하는 열원(heat source)
Figure pat00002
가 있으며, 막대의 양 끝단은 단열 상태이다. 도 2에 도시한 1차원 막대의 경우에 1차원 열전도 지배 방정식을 다음의 수학식 1과 같다.In Fig. 2, the length of the rod is L and has a constant thermal conductivity. Specific location
Figure pat00001
A heat source that varies in the < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00002
And both ends of the rod are insulated. In the case of the one-dimensional bar shown in FIG. 2, the one-dimensional heat conduction governance equation is expressed by Equation 1 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기에서, 경계 조건(e.g., 단열 조건 등)과 초기 온도 조건은 각각 다음의 수학식 2와 3으로 나타난다.Here, the boundary condition (e.g., adiabatic condition) and the initial temperature condition are expressed by the following equations (2) and (3), respectively.

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

여기에서, T(x, t)는 시간 t일 때 위치 x에서의 온도를 의미하며,

Figure pat00006
는 밀도, C는 비열, K는 전도 계수이고,
Figure pat00007
인 디락 델타 함수(Dirac delta function)이다.Here, T (x, t) means the temperature at position x at time t,
Figure pat00006
Is the density, C is the specific heat, K is the conduction coefficient,
Figure pat00007
Which is a Dirac delta function.

상기 수학식 1을 Crank-Nicolson의 유한 차분 방정식(implicit finite difference equation)으로 이산화하여 나타내면 다음의 수학식 4와 같다.Equation (1) can be represented by the following Equation (4) by discretizing Crank-Nicolson by an implicit finite difference equation.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기에서,

Figure pat00009
는 j번째 시간에서 i번째 격자 간격의 위치에서의 온도이고(i=1,2,...,Nx, Nx는 위치 격자의 수; j=1,2,...,Nt, Nt는 위치 격자의 수),
Figure pat00010
는 증가 시간의 크기이며,
Figure pat00011
는 거리 간격이다. 또한,
Figure pat00012
는 G(t)의 j번째의 값을 의미한다. 따라서, G(t)의 개수는
Figure pat00013
와 같다.From here,
Figure pat00009
..., Nt, Nt is the temperature at the position of the ith grid interval at the jth time (i = 1, 2, ..., Nx, Nx is the number of position grids; Number of gratings),
Figure pat00010
Is the magnitude of the increase time,
Figure pat00011
Is the distance interval. Also,
Figure pat00012
Denotes the j-th value of G (t). Therefore, the number of G (t) is
Figure pat00013
Same as

이에 따라, 상기 수학식 4에 의해 원하는 위치와 시간에 대한 계산된 온도 T를 얻을 수 있다. 즉, 추정된 온도 G(t)를 통해 센서가 부착된 위치에서 계산된 온도 T를 얻을 수 있으며, 만일 추정된 미지의 열원 G(T)가 실제의 열원과 온도가 같다면 센서를 이용하여 측정된 온도 Y와 계산된 온도 T가 같게 될 것이다.Accordingly, the calculated temperature T for the desired position and time can be obtained by Equation (4). That is, it is possible to obtain the calculated temperature T at the position where the sensor is attached through the estimated temperature G (t). If the estimated unknown heat source G (T) is equal to the actual heat source, The calculated temperature Y and the calculated temperature T will become equal.

그리하여, 센서를 통해 측정된 온도 Y와 계산된 온도 T의 차이를 줄이는 미지의 열원 G(T)를 찾는 최적화 문제를 도출할 수 있다. 그리고, 이러한 최적화 문제의 도출은 측정된 온도 Y와 계산된 온도 T를 이용하여 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정하는 것이다. 목적 함수를 설정하기 위해, 최소 제곱법(Least Square Method)을 이용할 수 있다. 따라서, 최소 제곱법(Least Square Method)을 이용하여 측정된 온도 Y와 계산된 온도 T를 기초로 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정할 수 있다. 이와 같이 설정되는 목적 함수는 다음의 수학식 5와 같다.Thus, an optimization problem of finding an unknown heat source G (T) that reduces the difference between the temperature Y measured through the sensor and the calculated temperature T can be derived. The derivation of this optimization problem is to set the objective function for the unknown heat source using the measured temperature Y and the calculated temperature T. [ To set the objective function, Least Square Method can be used. Therefore, the objective function for the unknown heat source can be set based on the measured temperature Y and the calculated temperature T using Least Square Method. The objective function set in this manner is expressed by Equation (5).

Figure pat00014
Figure pat00014

여기에서, 상기 x는 측정 위치, 상기 t는 측정 시간, 상기 n은 온도 센서의 개수, 상기

Figure pat00015
는 측정 종료 시간이며, 상기 Y는 측정 온도, 상기 T는 연산 온도, 상기 G는 미지의 열원의 추정 온도이다.Here, x is a measurement position, t is a measurement time, n is a number of temperature sensors,
Figure pat00015
Y is the measurement temperature, T is the calculation temperature, and G is the estimated temperature of the unknown heat source.

한편, 측정 잡음과 수학적 계산의 오차 등으로 인해 정확하지 않은 결과를 도출하는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같은 불안정한(ill-posed) 문제를 해결하고 이를 안정화하기 위해 정규화 기술(Regularization technique)이 도입될 수 있다.On the other hand, there may arise a case where an inaccurate result is derived due to a measurement noise and an error of a mathematical calculation. Regularization techniques can be introduced to solve and stabilize such ill-posed problems.

그러므로, 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 설정되는 목적 함수에 티호노프 정규화 기법(Tikhonov regulation method)을 통해 정규화 항을 추가할 수 있다. 이에 따라 상기 수학식 5는 다음의 수학식 6으로 대체될 수 있다.Therefore, the normalization term can be added to the objective function set by the Least Square Method through the Tikhonov regulation method. Accordingly, Equation (5) can be replaced with Equation (6).

Figure pat00016
Figure pat00016

여기에서,

Figure pat00017
이며,
Figure pat00018
는 정규화 계수, m은 정규화 차수, L은 1차원 막대의 길이이다. 그리고, 상기 x는 측정 위치, 상기 t는 측정 시간, 상기 n은 온도 센서의 개수, 상기
Figure pat00019
는 측정 종료 시간이고, 상기 Y는 측정 온도, 상기 T는 연산 온도, 상기 G는 미지의 열원의 추정 온도를 의미한다.From here,
Figure pat00017
Lt;
Figure pat00018
Is the normalization coefficient, m is the normalized order, and L is the length of the one-dimensional bar. X is the measurement position, t is the measurement time, n is the number of temperature sensors,
Figure pat00019
Y is the measurement temperature, T is the calculation temperature, and G is the estimated temperature of the unknown heat source.

일반적으로, 상기 수학식 6에서 정규화 차수 m은 0 또는 1로 할당된다. 만일, m이 0으로 할당되면, 정규화 항은 주어진 함수 벡터의 크기(norm)를 줄이는 목적 함수가 된다. 또한, m이 1로 할당되면, 정규화 항은 주어진 함수의 진동 특성을 줄이는 목적 함수가 된다.In general, the normalized order m is assigned as 0 or 1 in Equation (6). If m is assigned as 0, the normalization term is an objective function that reduces the norm of a given function vector. Also, when m is assigned to 1, the normalization term is an objective function to reduce the vibration characteristics of a given function.

그리고, 상기 수학식 6에서,

Figure pat00020
는 정규화 매개 변수로서
Figure pat00021
의 영향에 따라 안정화 정도가 달라진다. 만일
Figure pat00022
가 0에 가까워지면 정규화 항의 영향은 사라져 진동의 영향과 불안정한 해가 도출될 것이고,
Figure pat00023
가 커진다면 해는 감쇠되고 정확한 해로부터 벗어나게 될 수 있다.In Equation (6) above,
Figure pat00020
As a normalization parameter
Figure pat00021
The degree of stabilization varies depending on the influence of the influence. if
Figure pat00022
Is close to zero, the influence of the normalization term disappears and the influence of the vibration and the unstable solution will be obtained,
Figure pat00023
If it is large, the solution is attenuated and can be deviated from the exact year.

상기 수학식 6의 최적화 문제를 풀기 위해 PSO(Particle Swarm Optimization; 개체 군집 최적화) 기법을 사용할 수 있다. 일례로, “Effectiveness and Efficiency of Particle Swarm Optimization Technique in Inverse Heat Conduction Analysis” (By S, Vakili et al. [Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals, 2009]) 문헌에서는 PSO 알고리즘이 종래의 여러 진화연산 알고리즘들에 비해 미지의 열원 추정을 위한 열전도 역문제에 보다 효과적이고 정밀한 해법으로서 사용될 수 있음을 보인 바 있다.In order to solve the optimization problem of Equation (6), a PSO (Particle Swarm Optimization) technique can be used. For example, in the literature, the PSO algorithm is applied to a number of conventional evolutionary computation algorithms, such as the " Inverse < RTI ID = 0.0 > Heat Conduction & It can be used as a more effective and precise solution to the heat conduction problem for the unknown heat source estimation.

그런데, 열원의 인가 시간이 증가하거나 온도 측정의 샘플링 시간이 감소한다면 추정해야 하는 G의 개수가 급격히 증가하게 된다. 그리하여, PSO 기법을 이용한 열전도 역문제 해법에 있어 역문제 해의 차원이 증가하는 경우 정확한 해를 찾는 가능성이 급격히 저하될 수 있다. 이에 따라, DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해, 목적 함수인 상기 수학식 6의 최적해를 도출할 수 있다.However, if the application time of the heat source increases or the sampling time of the temperature measurement decreases, the number of Gs to be estimated increases sharply. Therefore, if the dimension of the inverse problem solution increases in the heat transfer problem solution using the PSO technique, the possibility of finding the correct solution may be drastically lowered. Accordingly, the optimal solution of Equation (6), which is an objective function, can be derived through the DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) technique.

이하에서는, DPSO-QI 기법을 PSO 기법과 비교하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the DPSO-QI technique will be described in comparison with the PSO technique.

개체 군집 최적화 알고리즘, 즉 PSO 기법은 Kennedy와 Eberhart에 의해 고안된 알고리즘으로서, PSO 시스템에서 각 입자들은 사회적 환경(social environment) 속에서 연결되어 있으며, 최적화 문제의 다중 차원의 탐색 영역에서 후보가 된다. 각 입자들의 위치는 서로 공유되며, 이때 최적의 위치에 있는 입자의 정보를 공유해 서로의 속도를 정하게 된다.In the PSO system, each particle is connected in a social environment and is a candidate in the multi-dimensional search domain of the optimization problem. The PSO algorithm is an algorithm designed by Kennedy and Eberhart. The position of each particle is shared with each other, and at this time, the velocity of each other is determined by sharing the information of the particles in the optimum position.

도 3 및 도 4는 PSO 알고리즘을 설명하기 위한 그래프이며, 도 5는 PSO 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 그래프이다.FIGS. 3 and 4 are graphs for explaining the PSO algorithm, and FIG. 5 is a graph showing the results of applying the PSO algorithm.

PSO 알고리즘의 개략적인 특징은, 다수의 입자들이 서로의 상호작용에 의해 이동하면서 목적 함수의 최적해를 찾아가는 것이다. PSO 알고리즘에서 입자들은 아래의 수학식 7 및 8에 따라 위치를 갱신하게 된다.A schematic feature of the PSO algorithm is that a large number of particles move by mutual interaction and seek the optimal solution of the objective function. In the PSO algorithm, the particles are updated in accordance with Equations (7) and (8) below.

Figure pat00024
Figure pat00024

Figure pat00025
Figure pat00025

여기에서, i는 각 입자들의 번호를 뜻하고, k는 반복(iteration) 횟수를 의미한다. x는 각 입자의 위치, v는 각 입자의 속도이다.

Figure pat00026
은 inertia factor,
Figure pat00027
은 cognitive scaling factor,
Figure pat00028
는 social scaling factor로서 각각 사전 설정된 값이고,
Figure pat00029
Figure pat00030
은 0과 1 사이에서 균일하게 분산된 난수(random number)이다.Here, i denotes the number of each particle, and k denotes the number of iterations. x is the position of each particle, and v is the velocity of each particle.
Figure pat00026
The inertia factor,
Figure pat00027
Cognitive scaling factor,
Figure pat00028
Is a social scaling factor,
Figure pat00029
And
Figure pat00030
Is a random number uniformly distributed between zero and one.

PSO 알고리즘에서의 입자의 움직임을 설명하기 위해 도 3 및 도 4에서와 같이 5개의 입자를 사용한 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 수학식 8에서

Figure pat00031
는 현재 k에서 군집 입자들 중 가장 최적의 입자 위치를 의미하고,
Figure pat00032
는 각 입자들의 개인적인 최적 위치를 의미한다. 즉, 지베스트(gbest)는 모든 입자들중 목적 함수를 최소로 하는 위치의 입자이며, 피베스트(pbest)는 하나의 입자가 그전 반복 실행시에 경험한 목적 함수를 최소로하는 위치이다.To describe the movement of particles in the PSO algorithm, five particles are used as shown in Figs. 3 and 4 as an example. In Equation 8
Figure pat00031
Represents the most optimal particle position among the cluster particles at present k,
Figure pat00032
Means the individual optimal position of each particle. That is, the gbest is a particle having a position that minimizes the objective function among all the particles, and the pbest is a position where one particle minimizes the objective function experienced in the previous iteration.

이러한

Figure pat00033
Figure pat00034
는 다음의 수학식 9 및 10을 따른다.Such
Figure pat00033
Wow
Figure pat00034
Lt; RTI ID = 0.0 > (9) < / RTI >

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
Figure pat00036

이와 같이,

Figure pat00037
Figure pat00038
를 이용하여 단순한 벡터 연산에 따라 각 입자는 다음 위치로 이동하게 된다. 이러한 방식으로 다른 입자들도 각각 이동을 하게 되고, 결과적으로 글로벌 최적(global optimum)에 수렴하게 된다. like this,
Figure pat00037
Wow
Figure pat00038
, Each particle moves to the next position according to a simple vector operation. In this way, each of the other particles is also moved, resulting in global optimum convergence.

그러나, PSO 알고리즘을 아래 수학식 12와 같은 구속 조건들을 가진 수학식 11에 적용하여 50번의 실험을 수행하였을 때, 실험의 결과는 도 5와 같다.However, when 50 experiments were performed by applying the PSO algorithm to Equation (11) with constraint conditions as shown in Equation (12) below, the results of the experiment are as shown in FIG.

Figure pat00039
Figure pat00039

Figure pat00040
Figure pat00040

도 5에 도시한 바와 같이, 실험 결과는 항상 일정한 값이 도출되는 것이 아니라, 그 편차가 굉장히 심한 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 조기 수렴(premature convergence)이라고 하고, 이는 PSO 알고리즘에서 치명적인 약점으로 지적되어 왔습니다.As shown in FIG. 5, it can be seen that the experimental result is not always a constant value, but the deviation is very severe. This phenomenon is called premature convergence, which has been pointed out as a fatal weakness in the PSO algorithm.

도 6 및 도 7은 PSO 알고리즘과 본 발명의 실시예들에서 사용하는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 방식의 차이점을 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the difference between the PSO algorithm and the method using the DPSO-QI algorithm used in the embodiments of the present invention.

본 발명의 실시예들에서 적용하고자 하는 DPSO-QI 알고리즘은 분산형 입자 군집 최적화(DPSO) 알고리즘의 특징과 Quantum Infusion이라고 불리는 매커니즘(mechanism)을 기반으로 하고 있는데, DPSO-QI 알고리즘과 PSO 알고리즘의 가장 큰 차이점은 PSO 알고리즘에서는 도 6에 도시하였듯이

Figure pat00041
를 사용하는 반면에, DPSO-QI 알고리즘에서는 도 8에 도시하였듯이
Figure pat00042
라는 텀(term)을 사용한다는 것이다. The DPSO-QI algorithm to be applied in the embodiments of the present invention is based on the characteristics of the distributed particle community optimization (DPSO) algorithm and a mechanism called Quantum Infusion. The DPSO-QI algorithm and the PSO algorithm The major difference is that in the PSO algorithm, as shown in FIG. 6
Figure pat00041
Whereas in the DPSO-QI algorithm, as shown in FIG. 8,
Figure pat00042
Term is used.

즉, PSO 알고리즘과 달리, DPSO-QI 알고리즘에서 입자들은 다음의 수학식 13 및 14에 따라 위치를 갱신하게 된다.That is, unlike the PSO algorithm, the particles in the DPSO-QI algorithm update their positions according to the following equations (13) and (14).

Figure pat00043
Figure pat00043

Figure pat00044
Figure pat00044

도 8은 본 발명의 실시예들에서 사용하는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 미지의 열원 추정 방법의 상세한 순서도이다.8 is a detailed flowchart of an unknown heat source estimation method applying the DPSO-QI algorithm used in the embodiments of the present invention.

도 8을 참조하면, S140 단계에서, 목적 함수의 최적화 산출을 위해

Figure pat00045
Figure pat00046
로 대체한다. 그리고,
Figure pat00047
의 도출을 위해
Figure pat00048
Figure pat00049
을 산출한다.Referring to FIG. 8, in step S140,
Figure pat00045
To
Figure pat00046
. And,
Figure pat00047
For the derivation of
Figure pat00048
Wow
Figure pat00049
.

구체적으로, DPSO(Distributed Particle Swarm Optimization) 기법을 통해, 복수개의 입자로 구성된 군집에서 복수개의 이웃 입자를 선택하고, 상기 이웃 입자에 의해 각각 형성되는 복수개의 그룹으로부터 최적 위치인

Figure pat00050
를 산출하며(S142), QI(Quantum Infusion) 기법을 통해, 임의의 입자를 선택하여 생성되는 새로운 입자의 위치인
Figure pat00051
을 산출하고(S144), 상기
Figure pat00052
Figure pat00053
를 기초로
Figure pat00054
를 산출하여(S146), 상기
Figure pat00055
를 기초로 목적 함수의 최적해를 연산하게 된다(S148).Specifically, a plurality of neighboring particles are selected in a cluster composed of a plurality of particles through a DPSO (Distributed Particle Swarm Optimization) technique, and a plurality of neighboring particles are selected from a plurality of groups formed by the neighboring particles,
Figure pat00050
(S142). Then, through the QI (Quantum Infusion) technique, the position of a new particle generated by selecting an arbitrary particle
Figure pat00051
(S144). Then,
Figure pat00052
And
Figure pat00053
On the basis of
Figure pat00054
(S146). Then,
Figure pat00055
The optimal solution of the objective function is calculated (S148).

여기에서, 이웃(neighborhood)이라는 개념이 새롭게 도입되어 티베스트(tbest)를 선정하기 위해 이웃 입자(neighbor particle)의 개수를 정해야 한다. Here, the concept of neighborhood is newly introduced to determine the number of neighbor particles in order to select a tbest.

예를 들어, 이웃 입자의 개수가 2개인 경우, 각 이웃 입자들은 2개의 그룹을 형성하고, 각각 형성된 그룹 중에 가장 최적의 위치가 티베스트(tbest)가 된다. 그리고, 각 그룹 내에서 자손 입자인 오프스프링(offspring) 입자가 새롭게 생성된다. 그런 후에, 생성된 오프스프링이 티베스트보다 더 최적의 위치라면 티베스트(tbest)가 오프스프링으로 대체되어 에스베스트(sbest)로 선정되고, 반대의 경우에는 티베스트(tbest)가 에스베스트(sbest)로 선정된다. 이렇게 정의된 에스베스트(sbest)를 통해 입자가 움직이게 된다.For example, when the number of neighboring particles is two, each neighboring particle forms two groups, and the most optimal position among the formed groups becomes tbest. Then, offspring particles, which are offspring particles, are newly generated in each group. Then, if the generated off-spring is more optimal than the tee vest, the te vest is replaced by the off spring and is selected as the sbest, and in the opposite case the te vest is moved to the sbest ). The particles are moved through the sbest defined above.

S142 단계에서,

Figure pat00056
는 다음의 수학식 15에 의해 산출된다.In step S142,
Figure pat00056
Is calculated by the following equation (15).

Figure pat00057
Figure pat00057

여기에서,

Figure pat00058
는 목적 함수,
Figure pat00059
는 이웃 입자의 개수이다.From here,
Figure pat00058
Is the objective function,
Figure pat00059
Is the number of neighboring particles.

수학식 15를 참조하면,

Figure pat00060
는 임의의 그룹 내에서 가장 최적의 값을 갖는 위치를 의미한다.Referring to Equation 15,
Figure pat00060
Means a position having the most optimum value in an arbitrary group.

S144 단계에서,

Figure pat00061
은 다음의 수학식 16에 의해 산출된다.In step S144,
Figure pat00061
Is calculated by the following expression (16).

Figure pat00062
Figure pat00062

여기에서,

Figure pat00063
는 임의로 선택된 이웃 입자,
Figure pat00064
Figure pat00065
은 0과 1 사이에서 균일하게 분산된 난수(random number),
Figure pat00066
,
Figure pat00067
은 creativity coefficient로서 사전 설정된 값이고,
Figure pat00068
는 각 입자를 k번 이동시키는 과정에서의 목적 함수의 값을 최소화시킨 각 입자의 최적 위치,
Figure pat00069
는 입자들의 평균 최적 위치이다.From here,
Figure pat00063
Lt; RTI ID = 0.0 > selected < / RTI &
Figure pat00064
And
Figure pat00065
Is a random number uniformly distributed between 0 and 1,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
Is a preset value as the creativity coefficient,
Figure pat00068
The optimal position of each particle minimizing the value of the objective function in the process of moving each particle k times,
Figure pat00069
Is the average optimal position of the particles.

수학식 16을 참조하면,

Figure pat00070
은 각 그룹 내에서 새롭게 생성되는 위치를 의미한다.Referring to Equation 16,
Figure pat00070
Quot; means a position newly generated in each group.

상기 수학식 16에서의

Figure pat00071
Figure pat00072
는 각각 다음의 수학식 17 및 18에 의해 정의된다.In Equation 16,
Figure pat00071
And
Figure pat00072
Are defined by the following equations (17) and (18), respectively.

Figure pat00073
Figure pat00073

Figure pat00074
Figure pat00074

S146 단계에서,

Figure pat00075
는 다음의 수학식 19에 의해 산출된다.In step S146,
Figure pat00075
Is calculated by the following equation (19).

Figure pat00076
Figure pat00076

수학식 19를 참조하면,

Figure pat00077
Figure pat00078
보다 최적 위치인 경우에는
Figure pat00079
Figure pat00080
로 선정하며, 반대의 경우에는
Figure pat00081
Figure pat00082
로 선정함을 알 수 있다. 이 때 새롭게 생성된
Figure pat00083
은 PSO 알고리즘에서 탐색(search)의 다양성을 개선시키는 효과가 있다.Referring to Equation 19,
Figure pat00077
this
Figure pat00078
In a more optimal position
Figure pat00079
of
Figure pat00080
, And in the opposite case
Figure pat00081
To
Figure pat00082
As shown in Fig. At this time,
Figure pat00083
Has the effect of improving the diversity of the search in the PSO algorithm.

S148 단계에서, PSO 알고리즘의

Figure pat00084
Figure pat00085
로 대체하여 최종적으로 목적 함수의 최적해를 산출하게 되며, 전술한 수학식 13 및 14에 따라 입자가 움직이게 된다.In step S148,
Figure pat00084
To
Figure pat00085
To finally calculate the optimal solution of the objective function, and the particles move according to the above-described equations (13) and (14).

도 9는 구속 조건의 수행 기능을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining a function of performing a constraint condition. FIG.

한편, DPSO-QI 알고리즘에서는 다양한 구속 조건(Constrained condition)을 다루기 위해 가상 목적 함수(virtual objective function)라는 개념을 도입하며, 이는 목적 함수의 값을 수학식 20 내지 22에 따라 변환하게 한다.Meanwhile, the DPSO-QI algorithm introduces the concept of a virtual objective function to deal with various constrained conditions, which allows the value of the objective function to be transformed according to equations (20) to (22).

Figure pat00086
Figure pat00086

Figure pat00087
Figure pat00087

Figure pat00088
Figure pat00088

여기에서, 상기

Figure pat00089
은 여러 구속 조건을 의미한다.Where
Figure pat00089
Means several constraints.

상기 수학식 22가 가상 목적 함수로서, 수학식 22에서는 목적함수 f(x)에 arctan 연산 후 π/2를 뺀 값을 가상 목적 함수로 취하고 있으나, 이러한 가상 목적 함수는 수학식 22에 한정하지 않고, 단조 함수라면 필요에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다. 여기에서, 수학식 20은 적어도 하나 이상의 구속 조건을 우선적으로 제거한 이후에 설계 변수의 최적값을 산출하는 것을 의미한다.In Equation (22), the value obtained by subtracting? / 2 from the objective function f (x) after the arctan operation is taken as a virtual objective function, but this virtual objective function is not limited to Equation (22) If it is a monotone function, it can take various forms as needed. Here, Equation (20) means to calculate the optimum value of the design parameter after preferentially removing at least one constraint.

도 9에 도시한 바와 같이, 만약 어느 입자가 실행 불가(infeasible) 영역에 있다면, 수학식 20과 같은 매커니즘(mechanism)에 의해 실행 가능(feasible) 영역으로 들어오게 되고, 그 이후에 가능한 한 이 실행 가능 영역 내에서 최적의 위치를 찾게 되는 것이다.As shown in FIG. 9, if a certain particle is in an infeasible region, it comes into a feasible region by a mechanism such as Equation (20), and after that, The optimum position is searched in the possible area.

도 10은 PSO 알고리즘과 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the results of applying the PSO algorithm and the DPSO-QI algorithm.

도 10에서, PSO 알고리즘과 DPSO-QI 알고리즘을 각각 상기 수학식 11 및 12에 적용한 결과가 도시되어 있다. 즉, 수학식 12와 같은 구속 조건들을 가진 수학식 11의 문제에 적용하여 50번의 실험을 수행하였을 때, 실험의 결과이다. 파란색은 PSO 알고리즘의 적용 결과이고, 붉은색은 DPSO-QI 알고리즘의 적용 결과이다. 도 10에 도시된 PSO 알고리즘의 적용 결과는 도 5에 도시된 결과와 같다.10, the results of applying the PSO algorithm and the DPSO-QI algorithm to Equations (11) and (12), respectively, are shown. That is, it is the result of the experiment when 50 experiments are applied to the problem of Equation (11) having constraint conditions as shown in Equation (12). Blue is the result of applying the PSO algorithm, and red is the result of applying the DPSO-QI algorithm. The application result of the PSO algorithm shown in FIG. 10 is the same as the result shown in FIG.

도 10을 참조하면, PSO 알고리즘에서 각기 다른 값에 수렴하던 결과가 DPSO-QI 알고리즘에서 50번 모두 하나의 값으로 수렴하는 것을 알 수 있으며, 이는 제안된 DPSO-QI 알고리즘의 뛰어남을 나타낸다. 즉, DPSO-QI 알고리즘의 경우, 50번의 실험 결과가 동일한 최적값으로 수렴하는 것을 확인할 수 있고, 이로써 안정성이 크게 개선된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the result converged to different values in the PSO algorithm converges to 50 in the DPSO-QI algorithm, which indicates the excellentness of the proposed DPSO-QI algorithm. That is, in the case of the DPSO-QI algorithm, it can be seen that the results of 50 experiments converge to the same optimum value, which shows that the stability is greatly improved.

이러한 DPSO-QI 알고리즘을 도 2의 1차원 열전도 문제에 적용하여 보도록 한다.This DPSO-QI algorithm will be applied to the one-dimensional heat conduction problem of FIG.

도 11a는 도 2의 1차원 막대에 열원이 제1 위치에 위치한 경우, PSO 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이며, 도 11b는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다. 여기에서, 제1 위치는 열원이 막대의 중앙에 위치한 것이다.FIG. 11A is a graph showing a result of applying the PSO algorithm when the heat source is located at the first position in the one-dimensional bar of FIG. 2, and FIG. 11B is a graph illustrating the result of applying the DPSO-QI algorithm. Here, the first position is that the heat source is located at the center of the rod.

열원(heat source)

Figure pat00090
는 다음의 수학식 23으로 정의한다.Heat source
Figure pat00090
Is defined by the following equation (23).

Figure pat00091
Figure pat00091

여기에서, 측정 종료 시간

Figure pat00092
는 1, 시간 간격
Figure pat00093
는 0.02, 거리 간격
Figure pat00094
는 0.05이다. 그러므로, 입자들은
Figure pat00095
에 해당하는 차원의 탐색 영역(search domain)에서 최적해를 찾게 된다.Here, the measurement end time
Figure pat00092
1, time interval
Figure pat00093
0.02, distance interval
Figure pat00094
Is 0.05. Therefore,
Figure pat00095
The optimal solution is found in the search domain of the dimension corresponding to the dimension.

또한, 반복 계산 횟수

Figure pat00096
는 4000번, 입자의 개수
Figure pat00097
은 2000개,
Figure pat00098
, 주변 입자
Figure pat00099
는 20으로 설정한다.Also,
Figure pat00096
4000 times, the number of particles
Figure pat00097
2000,
Figure pat00098
, Peripheral particles
Figure pat00099
Lt; / RTI >

그리고, 정규화 계수

Figure pat00100
는 0.05로 설정한다.Then, the normalization coefficient
Figure pat00100
Is set to 0.05.

단, 열원은 막대의 중간에 위치하는 것으로 가정한다. 즉, 막대의 길이 L=1인 경우, 열원은 0.5에 위치한다.However, it is assumed that the heat source is located in the middle of the bar. That is, if the length of the bar L = 1, the heat source is located at 0.5.

이러한 경우에, 입자는 50차원에 해당되는 공간에서 이동하며 최적해를 찾게 되며, PSO 알고리즘을 적용한 결과와 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 결과는 도 11a 및 도 11b와 같다.In this case, the particle moves in a space corresponding to 50 dimensions and finds an optimal solution. The results of applying the PSO algorithm and the results of applying the DPSO-QI algorithm are shown in FIGS. 11A and 11B.

도 11a에서, PSO 알고리즘을 적용한 결과는 수학적인 이론값에 일치하지 않고 출렁이는 모습을 보이고 있다. 이에 반해, 도 11b에서, DPSO-QI 알고리즘을 적용한 결과는 수학적인 이론값에 거의 일치하고 있다. 이에 따라, DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우에 PSO 알고리즘보다 훨씬 정확하고 안정적인 목적 함수의 최적해가 도출됨을 알 수 있다.In FIG. 11A, the result of applying the PSO algorithm does not match the mathematical theoretical value, but shows a sloping appearance. On the other hand, in FIG. 11B, the result of applying the DPSO-QI algorithm almost agrees with the mathematical theoretical value. Therefore, it can be seen that the optimal solution of the objective function is obtained more accurately and stably than the PSO algorithm when the DPSO-QI algorithm is applied.

이와 달리, 막대의 길이 L=1인 경우, 열원은 막대의 중간이 아닌 0.7에 위치하는 것을 가정한다. 도 12a는 도 2의 1차원 막대에 열원이 제2 위치에 위치한 경우, PSO 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이며, 도 12b는 DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다. 즉, 제2 위치는, 막대의 길이 L=1인 경우에 열원이 막대의 원점으로부터 0.7에 위치하는 것을 의미한다.Alternatively, if the length of the bar L = 1, it is assumed that the heat source is located at 0.7 rather than the middle of the bar. FIG. 12A is a graph showing a result of applying the PSO algorithm when the heat source is located at the second position in the one-dimensional bar of FIG. 2, and FIG. 12B is a graph showing the result of applying the DPSO-QI algorithm. That is, the second position means that the heat source is located at 0.7 from the origin of the rod when the length L = 1 of the rod.

도 11a 및 도 11b와 마찬가지로, 도 12a에서, PSO 알고리즘을 적용한 결과는 수학적인 이론값에 일치하지 않고 출렁이는 모습을 보이고 있는데 반해, 도 12b에서, DPSO-QI 알고리즘을 적용한 결과는 수학적인 이론값에 거의 일치하고 있음을 알 수 있다. 이에 따라, DPSO-QI 알고리즘을 적용한 경우에 PSO 알고리즘보다 훨씬 정확하고 안정적인 목적 함수의 최적해가 도출되는 것을 확인할 수 있다.12A, the result of applying the PSO algorithm does not match the mathematical theoretical value, but shows a loose appearance. On the contrary, in FIG. 12B, the result of applying the DPSO-QI algorithm is a mathematical theory And the value of " Thus, it can be seen that the optimal solution of the objective function is obtained more accurately and stably than the PSO algorithm when the DPSO-QI algorithm is applied.

따라서, Neighborhood topology에 해당하는 DPSO 기법을 사용해 입자들이 국소적인(local) 정보만을 교환하도록 함으로써 입자들의 탐색 다양성을 증가 시킬 수 있고, Quantum behavior mechanism을 기반으로 하는 QI 기법을 사용해 자손 입자인 offspring 입자를 생성함으로써 보다 정밀한 탐색이 이루어지도록 개선할 수 있다. 즉, Neighborhood topology와 Quantum behavior의 mechanism을 결합하여 PSO 알고리즘의 탐색 능력을 향상시킬 수 있다.Therefore, it is possible to increase the diversity of the particles by allowing the particles to exchange only local information by using the DPSO technique corresponding to the Neighborhood topology. By using the QI technique based on the quantum behavior mechanism, offspring particles It is possible to improve the search more precisely. In other words, the search ability of the PSO algorithm can be improved by combining the mechanism of the Neighborhood topology and the quantum behavior.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 열원 추정 시스템의 구성도이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 DPSO-QI부의 구성도이다.FIG. 13 is a configuration diagram of an unknown heat source estimation system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a configuration diagram of a DPSO-QI unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 열원 추정 시스템(100)은, 온도 센서부(110), 온도 연산부(120), 목적 함수 설정부(130) 및 DPSO-QI부(140)를 포함할 수 있다. 단, 미지의 열원 추정 시스템(100)에 적용되는 DPSO-OI 알고리즘은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 열원 추정 방법과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The unknown heat source estimation system 100 according to an embodiment of the present invention may include a temperature sensor unit 110, a temperature calculation unit 120, an objective function setting unit 130, and a DPSO-QI unit 140 have. However, since the DPSO-OI algorithm applied to the unknown heat source estimation system 100 is the same as the unknown heat source estimation method according to the embodiment of the present invention described above, a detailed description will be omitted.

온도 센서부(110)는 특정 위치에서 온도를 측정하여 측정 데이터를 획득한다. 검출한 온도를 전기 신호로 변환하여 전송하는 온도 센서의 검출 소자에는 서미스터, 백금, 니켈, 열전쌍 등이 사용될 수 있다.The temperature sensor unit 110 measures the temperature at a specific position to acquire measurement data. A thermistor , a platinum, a nickel, a thermocouple, or the like can be used as a detecting element of a temperature sensor that converts the detected temperature into an electric signal and transmits the electric signal.

온도 연산부(120)는 온도 센서부(110)가 측정한 온도 데이터를 기초로 미지의 열원의 위치 및 시간에 대한 온도를 연산하여 연산 데이터를 획득한다. 특히, 온도 연산부(120)는 특정 위치에서 시간에 따라 온도가 변화하는 상기 미지의 열원에 대한 열전달 지배 방정식을 Crank-Nicolson의 유한차분 방정식으로 이산화하여 연산 데이터를 획득할 수 있다. 여기에서, Crank-Nicolson의 유한차분 방정식을 통해 상기 수학식 1이 수학식 4로 변환됨은 전술한 바와 같으므로 구체적인 내용은 생략하도록 한다.The temperature calculation unit 120 calculates the temperature and temperature of the unknown heat source based on the temperature data measured by the temperature sensor unit 110 to obtain calculation data. Particularly, the temperature calculator 120 can obtain computational data by discretizing the heat transfer governing equations for the unknown heat source whose temperature changes with time at a specific position into a finite difference equation of Crank-Nicolson. Here, the above Equation (1) is transformed into Equation (4) through the finite difference equation of Crank-Nicolson as described above, so the detailed contents will be omitted.

목적 함수 설정부(130)는 온도 센서부(110)의 측정 데이터 및 온도 연산부(120)의 연산 데이터를 기초로 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정한다. 여기에서, 목적 함수는 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 설정될 수 있다. 그리고, 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 설정되는 목적 함수는 상기 수학식 5로 표현될 수 있다. 또한, 목적 함수 설정부(130)는 티호노프 정규화 기법(Tikhonov regulation method)을 통해 정규화 항을 상기 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 설정되는 목적 함수에 추가할 수 있다. 이에 대한 구체적 과정은 상기 수학식 6에 의해 이루어질 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 상술한 바와 같으므로 생략하도록 한다.The objective function setting unit 130 sets an objective function for the unknown heat source based on the measurement data of the temperature sensor unit 110 and the calculation data of the temperature calculation unit 120. [ Here, the objective function can be set by Least Square Method. The objective function set by the least squares method can be expressed by Equation (5). In addition, the objective function setting unit 130 may add the normalization term to the objective function set by the least squares method through the Tikhonov regulation method. A concrete procedure for this can be performed by Equation (6), and a detailed description thereof will be omitted since it is as described above.

DPSO-QI부(140)는 DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해, 목적 함수의 최적해를 산출한다. 이를 위해, DPSO-QI부(140)는 tbest(티베스트) 산출모듈(142), offspring(오프스프링) 산출모듈(144), sbest(에스베스트) 산출모듈(146) 및 최적해 산출모듈(148)을 더 포함할 수 있다.The DPSO-QI unit 140 calculates the optimal solution of the objective function through the DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) technique. To this end, the DPSO-QI section 140 includes a tbest calculation module 142, an offspring calculation module 144, a sbest calculation module 146 and an optimal solution calculation module 148, As shown in FIG.

tbest(티베스트) 산출모듈(142)은 DPSO(Distributed Particle Swarm Optimization) 기법을 통해, 복수개의 입자로 구성된 군집에서 복수개의 이웃 입자(neighbor particles)를 선택하고, 상기 이웃 입자에 의해 각각 형성되는 복수개의 그룹으로부터 최적 위치인

Figure pat00101
를 산출한다.
Figure pat00102
의 산출 시 상기 수학식 15가 이용될 수 있다.The tbest calculation module 142 selects a plurality of neighbor particles in a cluster composed of a plurality of particles through DPSO (Distributed Particle Swarm Optimization) Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure pat00101
.
Figure pat00102
The above equation (15) can be used.

offspring(오프스프링) 산출모듈(144)은 QI(Quantum Infusion) 기법을 통해, 임의의 입자를 선택하여 생성되는 새로운 입자의 위치인

Figure pat00103
을 산출한다.
Figure pat00104
산출 시 상기 수학식 16이 이용될 수 있다.The offspring output module 144 uses the QI (Quantum Infusion) technique to calculate the position of a new particle generated by selecting an arbitrary particle
Figure pat00103
.
Figure pat00104
The above equation (16) can be used in calculation.

sbest(에스베스트) 산출모듈(146)은

Figure pat00105
Figure pat00106
를 기초로
Figure pat00107
를 산출한다.
Figure pat00108
산출 시 상기 수학식 19가 이용될 수 있다.The sbest module 146 calculates
Figure pat00105
And
Figure pat00106
On the basis of
Figure pat00107
.
Figure pat00108
The above equation (19) can be used in calculation.

최적해 산출모듈(148)은

Figure pat00109
를 기초로 목적 함수의 최적해를 연산한다. 이를 위해, 상기 수학식 13 및 14가 사용되며, 입자들은 상기 수학식 13 및 14에 따라 위치를 갱신하게 된다.The optimal solution calculation module 148
Figure pat00109
The optimal solution of the objective function is calculated. To this end, equations 13 and 14 above are used and the particles are updated in accordance with Equations 13 and 14 above.

도 15a 및 도 15b는 도 2의 1차원 막대에 여러 알고리즘을 적용한 경우에, 정규화 계수에 따른 결과를 나타내는 그래프이다.15A and 15B are graphs showing the results according to the normalization coefficient when various algorithms are applied to the one-dimensional bar of FIG.

도 15a 및 도 15b의 경우에 열원 함수 및 여러 조건들은 도 11a 및 도 11b와 동일하다. 그러나, 도 15a의 경우에는 정규화 계수

Figure pat00110
의 값이 0.05이나, 도 15b의 경우에는 정규화 계수
Figure pat00111
의 값이 0이다. 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이,
Figure pat00112
의 값이 0인 경우보다
Figure pat00113
의 값이 0.05인 경우에 동일한 알고리즘을 적용하더라도 그 움직임이 보다 안정화된 것을 확인할 수 있다. 그러므로, 적절한 정규화 계수
Figure pat00114
의 값을 설정하는 것이 중요하다.In the case of Figs. 15A and 15B, the heat source function and various conditions are the same as Figs. 11A and 11B. However, in the case of Fig. 15A,
Figure pat00110
Is 0.05, and in the case of Fig. 15B, the normalization coefficient
Figure pat00111
Is zero. As shown in Figs. 15A and 15B,
Figure pat00112
Is less than 0
Figure pat00113
Is 0.05, it can be confirmed that the motion is stabilized even if the same algorithm is applied. Therefore, an appropriate normalization coefficient
Figure pat00114
It is important to set the value of.

미지의 열원을 추정하는데 있어서, DPSO-QI 알고리즘을 적용할 경우에 입력되는 열원에 대한 정보가 없더라도 매우 뛰어난 정밀도로 주어진 목적 함수의 최적해를 찾을 수 있으므로, 열전도 역문제(inverse problem)에서 미지의 열원을 보다 효율적이고 정밀하게 미지의 열원을 추정할 수 있다.In the case of applying the DPSO-QI algorithm, it is possible to find the optimal solution of a given objective function with very high precision even if there is no information about the input heat source in estimating an unknown heat source. Therefore, It is possible to estimate the unknown heat source more efficiently and precisely.

한편, 본 발명의 미지의 열원 추정 방법과, 그리고 미지의 열원 추정 시스템의 각 구성요소는 소프트웨어 및 하드웨어에 의해 하나의 모듈로 구현 가능하며, 전술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등의 자기적 매체, CD, DVD 등의 광학적 매체 및 인터넷을 통한 전송과 같은 캐리어 웨이브와 같은 형태로 구현된다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네크워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the unknown heat source estimation method of the present invention and each component of the unknown heat source estimation system can be implemented as one module by software and hardware, and the above-described embodiments of the present invention can be implemented by a computer- And can be implemented in a general-purpose computer that operates the program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium is implemented in the form of a carrier wave such as a ROM, a floppy disk, a magnetic medium such as a hard disk, an optical medium such as a CD or a DVD, and a transmission through the Internet. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to a network-connected computer system so that computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

100: 미지의 열원 추정 시스템
110: 온도 센서부 120: 온도 연산부
130: 목적 함수 설정부 140: DPSO-QI부
100: unknown heat source estimation system
110: temperature sensor unit 120: temperature calculation unit
130: Object function setting unit 140: DPSO-QI unit

Claims (23)

측정된 온도 데이터로부터 시간에 따라 온도가 변하는 미지의 열원을 추정하는 미지의 열원 추정 방법에 있어서,
온도 센서를 통해 측정한 온도의 측정 데이터를 획득하는 단계;
상기 측정 데이터를 기초로 상기 미지의 열원의 위치 및 시간에 대한 온도를 연산한 온도의 연산 데이터를 획득하는 단계;
상기 측정 및 연산 데이터를 기초로 상기 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정하는 단계; 및
DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해, 상기 목적 함수의 최적해를 산출하는 단계를 포함하는, 미지의 열원 추정 방법.
An unknown heat source estimation method for estimating an unknown heat source whose temperature varies with time from measured temperature data,
Obtaining measurement data of the temperature measured by the temperature sensor;
Obtaining calculation data of a temperature at which the temperature of the unknown heat source is calculated based on the measurement data;
Setting an objective function for the unknown heat source based on the measurement and calculation data; And
A method for estimating an unknown heat source, comprising calculating an optimal solution of the objective function through a DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) technique.
제 1항에 있어서,
상기 목적 함수를 설정하는 단계는,
상기 목적 함수가 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 설정되는 단계를 더 포함하는, 미지의 열원 추정 방법.
The method of claim 1,
The step of setting the objective function comprises:
Wherein the objective function is set by a Least Square Method. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
제 2항에 있어서,
상기 최소 제곱법에 의해 상기 목적 함수가
Figure pat00115
로 설정되며,
여기에서, 상기 x는 측정 위치, 상기 t는 측정 시간, 상기 n은 온도 센서의 개수, 상기
Figure pat00116
는 측정 종료 시간이며, 상기 Y는 측정 온도, 상기 T는 연산 온도, 상기 G는 미지의 열원의 추정 온도인, 미지의 열원 추정 방법.
3. The method of claim 2,
By the least squares method,
Figure pat00115
Lt; / RTI >
Here, x is a measurement position, t is a measurement time, n is a number of temperature sensors,
Figure pat00116
Wherein Y is the measurement temperature, T is the calculation temperature, and G is the estimated temperature of the unknown heat source.
제 2항에 있어서,
상기 목적 함수를 설정하는 단계는,
상기 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 설정되는 상기 목적 함수에 티호노프 정규화 기법(Tikhonov regulation method)을 통해 정규화 항을 추가하는 단계를 더 포함하는, 미지의 열원 추정 방법.
3. The method of claim 2,
The step of setting the objective function comprises:
Further comprising the step of adding a normalization term to the objective function set by the least squares method through a Tikhonov regulation method.
제 4항에 있어서,
상기 최소 제곱법 및 티호노프 정규화 기법에 의해 상기 목적 함수가
Figure pat00117
로 설정되며,
여기에서,
Figure pat00118
이며, λ는 정규화 계수, m은 정규화 차수, L은 1차원 막대의 길이이고,
그리고, 상기 x는 측정 위치, 상기 t는 측정 시간, 상기 n은 온도 센서의 개수, 상기
Figure pat00119
는 측정 종료 시간이고, 상기 Y는 측정 온도, 상기 T는 연산 온도, 상기 G는 미지의 열원의 추정 온도인, 미지의 열원 추정 방법.
5. The method of claim 4,
By the least squares method and the Tihonov normalization technique,
Figure pat00117
Lt; / RTI >
From here,
Figure pat00118
Lambda is a normalization coefficient, m is a normalized order, L is the length of a one-dimensional bar,
X is the measurement position, t is the measurement time, n is the number of temperature sensors,
Figure pat00119
Wherein Y is the measurement temperature, T is the calculation temperature, and G is the estimated temperature of the unknown heat source.
제 1항에 있어서,
상기 목적 함수의 최적해를 산출하는 단계는,
DPSO(Distributed Particle Swarm Optimization) 기법을 통해, 복수개의 입자로 구성된 군집에서 복수개의 이웃 입자를 선택하고, 상기 이웃 입자에 의해 각각 형성되는 복수개의 그룹으로부터 최적 위치인
Figure pat00120
를 산출하는 단계;
QI(Quantum Infusion) 기법을 통해, 임의의 입자를 선택하여 생성되는 새로운 입자의 위치인
Figure pat00121
을 산출하는 단계;
상기
Figure pat00122
Figure pat00123
를 기초로
Figure pat00124
를 산출하는 단계; 및
상기
Figure pat00125
를 기초로 상기 목적 함수의 최적해를 연산하는 단계를 더 포함하는, 미지의 열원 추정 방법.
The method of claim 1,
The step of calculating an optimal solution of the objective function may include:
A plurality of neighboring particles are selected in a cluster composed of a plurality of particles through a DPSO (Distributed Particle Swarm Optimization) technique, and a plurality of neighboring particles are selected from a plurality of groups formed by the neighboring particles,
Figure pat00120
;
Through the Quantum Infusion (QI) technique, the position of new particles generated by selecting arbitrary particles
Figure pat00121
;
remind
Figure pat00122
And
Figure pat00123
On the basis of
Figure pat00124
; And
remind
Figure pat00125
And calculating an optimal solution of the objective function based on the unknown heat source.
제 6항에 있어서,
상기
Figure pat00126
는,
Figure pat00127
에 의해 산출되며,
여기에서,
Figure pat00128
는 목적 함수,
Figure pat00129
는 이웃 입자의 개수인, 미지의 열원 추정 방법.
The method according to claim 6,
remind
Figure pat00126
Quot;
Figure pat00127
Lt; / RTI >
From here,
Figure pat00128
Is the objective function,
Figure pat00129
Is the number of neighboring particles.
제 6항에 있어서,
상기
Figure pat00130
은,
Figure pat00131
에 의해 산출되며,
여기에서,
Figure pat00132
는 임의로 선택된 이웃 입자,
Figure pat00133
Figure pat00134
은 0과 1 사이에서 균일하게 분산된 난수(random number),
Figure pat00135
,
Figure pat00136
은 creativity coefficient로서 사전 설정된 값이고,
Figure pat00137
는 각 입자를 k번 이동시키는 과정에서의 목적 함수의 값을 최소화시킨 각 입자의 최적 위치,
Figure pat00138
는 입자들의 평균 최적 위치인, 미지의 열원 추정 방법.
The method according to claim 6,
remind
Figure pat00130
silver,
Figure pat00131
Lt; / RTI >
From here,
Figure pat00132
Lt; RTI ID = 0.0 > selected < / RTI &
Figure pat00133
And
Figure pat00134
Is a random number uniformly distributed between 0 and 1,
Figure pat00135
,
Figure pat00136
Is a preset value as the creativity coefficient,
Figure pat00137
The optimal position of each particle minimizing the value of the objective function in the process of moving each particle k times,
Figure pat00138
Is an average optimal location of the particles.
제 8항에 있어서,
상기
Figure pat00139
는,
Figure pat00140
에 의해 산출되며,
상기
Figure pat00141
는,
Figure pat00142
에 의해 산출되는, 미지의 열원 추정 방법.
The method of claim 8,
remind
Figure pat00139
Quot;
Figure pat00140
Lt; / RTI >
remind
Figure pat00141
Quot;
Figure pat00142
Is calculated by the following equation.
제 6항에 있어서,
상기
Figure pat00143
를 산출하는 단계는,
상기
Figure pat00144
이 상기
Figure pat00145
보다 최적 위치인 경우에는 상기
Figure pat00146
을 상기
Figure pat00147
로 선정하며, 반대의 경우에는 상기
Figure pat00148
를 상기
Figure pat00149
로 선정하는 단계를 더 포함하는, 미지의 열원 추정 방법.
The method according to claim 6,
remind
Figure pat00143
The step of calculating,
remind
Figure pat00144
In this case,
Figure pat00145
If the position is more optimal,
Figure pat00146
Gt;
Figure pat00147
And in the opposite case,
Figure pat00148
Gt;
Figure pat00149
The method further comprising the step of:
제 6항에 있어서,
상기 목적 함수의 최적해는,
Figure pat00150
Figure pat00151
에 의해 연산되며,
여기에서, 상기
Figure pat00152
은 inertia factor, 상기
Figure pat00153
은 cognitive scaling factor, 상기
Figure pat00154
는 social scaling factor로서 각각 사전 설정된 값이고, 상기
Figure pat00155
Figure pat00156
은 0과 1 사이에서 균일하게 분산된 난수(random number)인, 미지의 열원 추정 방법.
The method according to claim 6,
The optimal solution of the objective function may be expressed as:
Figure pat00150
And
Figure pat00151
Lt; / RTI >
Where
Figure pat00152
An inertia factor,
Figure pat00153
Cognitive scaling factor,
Figure pat00154
Is a predetermined value as a social scaling factor,
Figure pat00155
And
Figure pat00156
Is a random number that is uniformly distributed between zero and one.
측정된 온도 데이터로부터 시간에 따라 온도가 변하는 미지의 열원을 추정하는 미지의 열원 추정 시스템에 있어서,
온도의 측정 데이터를 획득하는 온도 센서부;
상기 측정 데이터를 기초로 상기 미지의 열원의 위치 및 시간에 대한 온도를 연산하여 연산 데이터를 획득하는 온도 연산부;
상기 측정 및 연산 데이터를 기초로 상기 미지의 열원에 대한 목적 함수를 설정하는 목적 함수 설정부; 및
DPSO-QI(Distributed Particle Swarm Optimization - Quantum Infusion) 기법을 통해, 상기 목적 함수의 최적해를 산출하는 DPSO-QI부를 포함하는, 미지의 열원 추정 시스템.
An unknown heat source estimation system for estimating an unknown heat source whose temperature varies with time from measured temperature data,
A temperature sensor unit for obtaining temperature measurement data;
A temperature calculator for calculating the temperature and the temperature of the unknown heat source based on the measurement data to obtain calculation data;
An objective function setting unit for setting an objective function for the unknown heat source based on the measurement and calculation data; And
An unknown heat source estimation system comprising a DPSO-QI unit for calculating an optimal solution of the objective function through a DPSO-QI (Distributed Particle Swarm Optimization-Quantum Infusion) technique.
제 12항에 있어서,
상기 온도 연산부는, 특정 위치에서 시간에 따라 온도가 변화하는 상기 미지의 열원에 대한 열전달 지배 방정식을 Crank-Nicolson의 유한차분 방정식으로 이산화하여 상기 연산 데이터를 획득하는, 미지의 열원 추정 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein the temperature calculator obtains the computed data by discretizing a heat transfer governing equation for the unknown heat source whose temperature changes with time at a specific position into a Crank-Nicolson finite difference equation.
제 12항에 있어서,
상기 목적 함수 설정부는, 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 상기 목적 함수를 설정하는, 미지의 열원 추정 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein the objective function setting unit sets the objective function by a least squares method.
제 14항에 있어서,
상기 최소 제곱법에 의해 상기 목적 함수가
Figure pat00157
로 설정되며,
여기에서, 상기 x는 측정 위치, 상기 t는 측정 시간, 상기 n은 온도 센서의 개수, 상기
Figure pat00158
는 측정 종료 시간이며, 상기 Y는 측정 온도, 상기 T는 연산 온도, 상기 G는 미지의 열원의 추정 온도인, 미지의 열원 추정 시스템.
The method of claim 14,
By the least squares method,
Figure pat00157
Lt; / RTI >
Here, x is a measurement position, t is a measurement time, n is a number of temperature sensors,
Figure pat00158
Where Y is the measured temperature, T is the computed temperature, and G is the estimated temperature of the unknown heat source.
제 14항에 있어서,
상기 목적 함수 설정부는, 티호노프 정규화 기법(Tikhonov regulation method)을 통해 정규화 항을 상기 최소 제곱법(Least Square Method)에 의해 설정되는 상기 목적 함수에 추가하는, 미지의 열원 추정 시스템.
The method of claim 14,
Wherein the objective function setting unit adds the normalization term to the objective function set by the least squares method through a Tikhonov regulation method.
제 16항에 있어서,
상기 최소 제곱법 및 티호노프 정규화 기법에 의해 상기 목적 함수가
Figure pat00159
로 설정되며,
여기에서,
Figure pat00160
이며, λ는 정규화 계수, m은 정규화 차수, L은 1차원 막대의 길이이고,
그리고, 상기 x는 측정 위치, 상기 t는 측정 시간, 상기 n은 온도 센서의 개수, 상기
Figure pat00161
는 측정 종료 시간이고, 상기 Y는 측정 온도, 상기 T는 연산 온도, 상기 G는 미지의 열원의 추정 온도인, 미지의 열원 추정 시스템.
17. The method of claim 16,
By the least squares method and the Tihonov normalization technique,
Figure pat00159
Lt; / RTI >
From here,
Figure pat00160
Lambda is a normalization coefficient, m is a normalized order, L is the length of a one-dimensional bar,
X is the measurement position, t is the measurement time, n is the number of temperature sensors,
Figure pat00161
Is the measurement end time, Y is the measurement temperature, T is the computation temperature, and G is the estimated temperature of the unknown heat source.
제 12항에 있어서,
상기 DPSO-QI부는,
DPSO(Distributed Particle Swarm Optimization) 기법을 통해, 복수개의 입자로 구성된 군집에서 복수개의 이웃 입자를 선택하고, 상기 이웃 입자에 의해 각각 형성되는 복수개의 그룹으로부터 최적 위치인
Figure pat00162
를 산출하는 tbest(티베스트) 산출모듈;
QI(Quantum Infusion) 기법을 통해, 임의의 입자를 선택하여 생성되는 새로운 입자의 위치인
Figure pat00163
을 산출하는 offspring(오프스프링) 산출모듈;
상기
Figure pat00164
Figure pat00165
를 기초로
Figure pat00166
를 산출하는 sbest(에스베스트) 산출모듈; 및
상기
Figure pat00167
를 기초로 상기 목적 함수의 최적해를 연산하는 최적해 산출모듈을 더 포함하는, 미지의 열원 추정 시스템.
13. The method of claim 12,
The DPSO-
A plurality of neighboring particles are selected in a cluster composed of a plurality of particles through a DPSO (Distributed Particle Swarm Optimization) technique, and a plurality of neighboring particles are selected from a plurality of groups formed by the neighboring particles,
Figure pat00162
A tbest calculation module that calculates a tester;
Through the Quantum Infusion (QI) technique, the position of new particles generated by selecting arbitrary particles
Figure pat00163
An offspring (off-spring) output module to calculate
remind
Figure pat00164
And
Figure pat00165
On the basis of
Figure pat00166
A sbest module to calculate the best estimate; And
remind
Figure pat00167
And an optimal solution calculating module for calculating an optimal solution of the objective function based on the unknown heat source.
제 18항에 있어서,
상기 tbest(티베스트) 산출모듈은,
Figure pat00168
에 의해 상기
Figure pat00169
를 산출하며,
여기에서,
Figure pat00170
는 목적 함수,
Figure pat00171
는 이웃 입자의 개수인, 미지의 열원 추정 시스템.
19. The method of claim 18,
The " tbest "
Figure pat00168
Lt; / RTI &
Figure pat00169
Lt; / RTI >
From here,
Figure pat00170
Is the objective function,
Figure pat00171
Is the number of neighboring particles.
제 18항에 있어서,
상기 offspring(오프스프링) 산출모듈은,
Figure pat00172
에 의해 상기
Figure pat00173
을 산출하며,
여기에서,
Figure pat00174
는 임의로 선택된 이웃 입자,
Figure pat00175
Figure pat00176
은 0과 1 사이에서 균일하게 분산된 난수(random number),
Figure pat00177
,
Figure pat00178
은 creativity coefficient로서 사전 설정된 값이고,
Figure pat00179
는 각 입자를 k번 이동시키는 과정에서의 목적 함수의 값을 최소화시킨 각 입자의 최적 위치,
Figure pat00180
는 입자들의 평균 최적 위치인, 미지의 열원 추정 시스템.
19. The method of claim 18,
The offspring (off-spring)
Figure pat00172
Lt; / RTI &
Figure pat00173
Lt; / RTI >
From here,
Figure pat00174
Lt; RTI ID = 0.0 > selected < / RTI &
Figure pat00175
And
Figure pat00176
Is a random number uniformly distributed between 0 and 1,
Figure pat00177
,
Figure pat00178
Is a preset value as the creativity coefficient,
Figure pat00179
The optimal position of each particle minimizing the value of the objective function in the process of moving each particle k times,
Figure pat00180
Is an average optimal location of particles.
제 20항에 있어서,
상기 offspring(오프스프링) 산출모듈은,
Figure pat00181
에 의해 상기
Figure pat00182
를 산출하며,
Figure pat00183
에 의해 상기
Figure pat00184
를 산출하는, 미지의 열원 추정 시스템.
The method of claim 20,
The offspring (off-spring)
Figure pat00181
Lt; / RTI &
Figure pat00182
Lt; / RTI >
Figure pat00183
Lt; / RTI &
Figure pat00184
Of the unknown heat source.
제 18항에 있어서,
상기 sbest(에스베스트) 산출모듈은,
Figure pat00185
에 의해 상기
Figure pat00186
를 산출하는, 미지의 열원 추정 시스템.
19. The method of claim 18,
The sbest module may include:
Figure pat00185
Lt; / RTI &
Figure pat00186
Of the unknown heat source.
제 18항에 있어서,
상기 최적해 산출모듈은,
Figure pat00187
Figure pat00188
에 상기 최적해를 연산하며,
여기에서, 상기
Figure pat00189
은 inertia factor, 상기
Figure pat00190
은 cognitive scaling factor, 상기
Figure pat00191
는 social scaling factor로서 각각 사전 설정된 값이고, 상기
Figure pat00192
Figure pat00193
은 0과 1 사이에서 균일하게 분산된 난수(random number)인, 미지의 열원 추정 시스템.
19. The method of claim 18,
Wherein the optimal solution calculation module comprises:
Figure pat00187
And
Figure pat00188
To calculate the optimal solution,
Where
Figure pat00189
An inertia factor,
Figure pat00190
Cognitive scaling factor,
Figure pat00191
Is a predetermined value as a social scaling factor,
Figure pat00192
And
Figure pat00193
Is a random number that is uniformly distributed between zero and one.
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