Usare l'apprendimento automatico per mirare gli specchi in un array solare?

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Ho pensato ai collettori solari dove diversi specchi indipendenti focalizzano la luce su un collettore solare, simile al seguente design di Energy Innovations.

Poichécisarannodeidifettinell'assemblaggiodiquestosolare,stoprocedendoconleseguentiipotesi(olamancanzadiqueste):

  • Ilsoftwareconoscela"posizione" di ogni specchio, ma non sa come questa posizione si rapporta al mondo reale o ad altri mirror. Ciò renderà conto della scarsa calibrazione del mirror o di altri fattori ambientali che potrebbero influire su uno specchio ma non sugli altri.

  • Se uno specchio muove 10 unità in una direzione, e quindi 10 unità nella direzione opposta, finirà dove originariamente era iniziato.

Vorrei usare l'apprendimento automatico per posizionare correttamente gli specchi e focalizzare la luce sul collettore. Prevedo di affrontarlo come un problema di ottimizzazione, ottimizzando le posizioni dello specchio per massimizzare il calore all'interno del collettore e la potenza.

Il problema è trovare un piccolo bersaglio in uno spazio rumoroso ad alta dimensione (considerando che ogni specchio ha 2 assi di rotazione). Alcuni dei problemi che prevedo sono:

  • giorni nuvolosi, anche se incappi nell'allineamento dello specchio perfetto, potrebbe essere nuvoloso in quel momento

  • dati dei sensori rumorosi

  • il sole è un bersaglio mobile, si muove lungo un percorso e segue un percorso diverso ogni giorno - sebbene tu possa calcolare la posizione esatta del sole in qualsiasi momento, non sapresti come si rapporta quella posizione ai tuoi mirror

La mia domanda non riguarda l'array solare, ma possibili tecniche di apprendimento automatico che potrebbero essere d'aiuto in questo "obiettivo piccolo in un disturbo". Ho menzionato l'array solare perché è stato il catalizzatore di questa domanda e un buon esempio.

Quali tecniche di machine learning possono trovare un obiettivo così piccolo in uno spazio rumoroso ad alta dimensione?

EDIT:

Alcuni pensieri aggiuntivi:

  • Sì, puoi calcolare la posizione dei soli nel mondo reale, ma non sai come la posizione degli specchi sia correlata al mondo reale (a meno che tu non l'abbia imparata in qualche modo). Potresti sapere che l'azimut del sole è di 220 gradi, e l'elevazione del Sole è di 60 gradi, e potresti sapere che uno specchio è in posizione (-20, 42); ora dimmi, è quello specchio allineato correttamente con il sole? Non lo sai.

  • Supponiamo che tu abbia delle misurazioni del calore molto sofisticate e sai "con questo livello di calore ci devono essere 2 specchi allineati correttamente". Ora la domanda è: quali due specchi (su 25 o più) sono allineati correttamente?

  • Una soluzione che ho considerato era quella di approssimare la corretta "funzione di allineamento" usando una rete neurale che avrebbe preso il sole azimuth e l'elevazione come input e l'output di un grande array con 2 valori per ogni specchio che corrispondono all'asse 2 di ogni specchio. Non sono sicuro di quale sia il miglior metodo di allenamento.

Altre riflessioni:

  • I mirror hanno un sistema di coordinate a cui il software ha accesso, ma il software non sa come questo sistema di coordinate rappresenti il mondo reale. Diciamo che uno specchio è in posizione (4, 42); cosa significa? Non lo so e nemmeno il software. Ma so che se muovo lo specchio e poi lo sposto (4, 42) lo specchio si troverà nella stessa posizione in cui era prima. Inoltre, due specchi possono essere in posizione (4, 42) ma puntare in direzioni opposte nel mondo reale.

  • Sì, con molti sensori di qualità il problema è facile da risolvere. Energy Innovations è fuori commercio come meglio posso dire, probabilmente perché hanno usato un sacco di sensori davvero fantastici e la gente ha detto "Comprerò solo pannelli solari, sono più economici."

  • Gli unici sensori nel sistema si trovano nella testa del raccoglitore.

posta Buttons840 27.11.2012 - 21:56
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4 risposte

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I percorsi solari possono essere previsti , quindi immagino che puoi ottenere lo specchio allineato abbastanza da vicino se conosci l'ora del giorno, del giorno dell'anno e della latitudine e longitudine.

Non hai bisogno di apprendimento automatico per questo.

Se hai specchi che non sanno da che parte sono puntati (cioè non puoi correlare la loro posizione con le misurazioni dell'elevazione e dell'azimut), potresti provare a usare una macchina fotografica con un ampio campo visivo, spazzare il cielo fino a quando un punto luminoso bianco appare nella vista della telecamera. È quindi possibile spostare lo specchio verso quel punto (utilizzando alcuni semplici calcoli x / y), finché il punto luminoso non è centrato nella vista della telecamera. Metti un filtro scuro sulla fotocamera in modo che tutto ciò che vede sia il sole.

Tuttavia, la tua domanda afferma che fai sapere dove sono puntati i mirror. Se disponi di sensori sugli specchi che ti indicano come sono posizionati, hai la possibilità di correlare tali misurazioni di posizione con i numeri reali di azimuth e di quota.

Immagino che sarebbe abbastanza semplice individuare i giorni nuvolosi con una singola cella solare o l'assenza di calore sullo specchio.

    
risposta data 27.11.2012 - 22:28
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Per questo tipo di applicazione, un campo di specchi che cerca di puntare a un collettore solare, puoi calcolare molto bene dove pensi che dovrebbe essere il sole, dove dovrebbero essere gli specchi, quale angolo dovrebbero essere, e come posizionali in modo che puntino verso il tuo raccoglitore. Sai, un modello matematico. Sarà vicino. Probabilmente abbastanza vicino.

Come calibrare gli specchi per affrontare imperfezioni e deviazioni dal modello:
Wiggle uno specchio alla volta. Se il tuo output aumenta, mantieni la modifica. Salva la modifica come calOffset . Chiamalo fatto.

Sono d'accordo con Harvey, l'apprendimento automatico è eccessivo per questo.

Ma hey, diciamo che vuoi un sistema mobile autonomo che possa svegliarsi dopo un lungo pisolino e andare a cercare il sole . E non possiamo permetterci una batteria da $ 0,05 per mantenere il tempo. E dal momento che è mobile, il sole potrebbe essere in dio, sa quale direzione. E tutti gli umani sono morti. E i nostri signori robotici delle celle solari avevano un binger serio e non sapevano in quale parte del mondo si fossero svegliati. E il loro GPS non può rilevare un segnale. E nessuno dei loro amici sa cosa è successo.

1) Spazza l'area con uno specchio e osserva eventuali picchi di potenza. Ripeti l'operazione alcune volte per assicurarti che non si tratti di una nuvola o qualcosa del genere.
2) Ora conosci la posizione del sole. Vai e basta.
3) Aspetta un'ora.
4) Spazzare di nuovo l'intera area con uno specchio. Spikes. Nuvole. Yada yada.
5) Ora conosci il percorso del sole. Seguilo fino a raggiungere il limite dei tuoi servi o fino a quando la potenza non scende 6) Ruota di 180 gradi e aspetta 12 ore.
7) Fai la cosa spazzare.
8) Dalla differenza tra la posizione di impostazione del sole e la posizione di salita, ora conosci approssimativamente la tua latitudine / stagione *. (Almeno, il tuo scostamento dall'equatore.Non conosco ancora il nord dal sud). Regolare di conseguenza.
9) Aspetta un giorno. Notare la differenza nella posizione dell'alba. Ora sai qual è il lato del solstizio su cui ti trovi.
10) Attendere verso l'alto per 6 mesi. Notare dove la direzione dell'alba raggiunge il picco. Ora sai se sei in inverno o in estate, e puoi tranquillamente capire il percorso del sole per il prossimo EON.

Se uno dei passaggi con "ora sai" non è chiaro, la risposta è MATH (e la meccanica orbitale della Terra **). Il signor Math è tuo amico. Lui può dirti delle cose. E a meno che l' assioma di uguaglianza o qualcuno di questi risultati sia falso, puoi anche fidarti di lui.

* Offerta non valida nei circoli artico o antartico.
** L'offerta non è valida su Marte, Venus, Titan, Io e altre località selezionate.

    
risposta data 27.11.2012 - 23:42
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La tua domanda non sembra riguardare tanto l'apprendimento automatico quanto la calibrazione automatica di un gruppo di dispositivi. Hai un dispositivo (uno specchio) con sensori di posizione e sai dove vuoi puntare il dispositivo, ma non sai come l'uscita del sensore si rapporta al mondo reale. Quindi devi solo calibrare il dispositivo, trovare la posizione corretta in modo da poter determinare in che modo le letture del sensore si riferiscono alla posizione effettiva. Una volta calibrato, sembra che tu possa fare affidamento sui sensori per posizionare il dispositivo.

Dato tutto ciò, dovresti probabilmente calibrare ciascuno dei dispositivi individualmente . Puoi farlo automaticamente usando una sorta di algoritmo di ricerca. Gilbert Le Blanc ne descrive uno che dovrebbe funzionare. Un altro modo sarebbe quello di assumere che i dati del sensore siano corretti e usarli per puntare lo specchio approssimativamente nella giusta posizione; quindi sposta lo specchio in un motivo che si muove a spirale verso l'esterno fino a quando non colpisci il bersaglio.

Se vuoi davvero regolare tutti i mirror contemporaneamente , potrebbe essere richiesto un algoritmo genetico:

  • Scegli un'impostazione casuale per ciascun mirror e memorizzali in un array. Ripeti, in modo da avere un certo numero di configurazioni del campo speculare.
  • Quindi, esegui le configurazioni del campo speculare, impostando tutti gli specchi per ciascuno e quindi misurando il calore generato.
  • Rimuovi le configurazioni del campo speculare che generano il minor calore dall'elenco.
  • Genera alcune nuove configurazioni ricombinando parti delle configurazioni che rimangono nell'elenco.
  • Ripeti fino a quando le configurazioni non convergono in una singola soluzione o il miglioramento a ogni iterazione scende al di sotto di qualche soglia (ad esempio hai raggiunto "abbastanza buono").

Inoltre, devo sottolineare che se provi il metodo sopra, la cosa che stai cercando di ottimizzare è la calibrazione del sensore dello specchio, non la posizione. Ogni passaggio richiederà del tempo, quindi dovrai tenere conto del movimento del sole mentre il processo continua. La "regolazione" per ogni specchio non è la posizione ma l'errore del sensore, cioè la differenza tra la lettura del sensore e la lettura ideale.

    
risposta data 28.11.2012 - 18:13
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Quasi odio scrivere questo.

  • Determina da una cella solare se il sole splende o meno.
  • Se il sole splende, inizia con lo specchio su (0, 0).
  • Ruota il mirror a 0 sull'asse x.
  • Ruota lo specchio lungo l'intero asse Y. Ad ogni passo, misura per vedere se la potenza termica del tuo collettore solare aumenta. In tal caso, fermati e vai al prossimo mirror dell'array.
  • Ruota lo specchio lungo l'asse X di un passo. Ripeti il passaggio precedente.
  • Se lo specchio è stato ruotato lungo l'intero asse xey senza aumentare la potenza termica, contrassegna lo specchio come necessario per la manutenzione e sposta su x = 0 e y = 0.
  • Ripeti tutti i passaggi con ogni mirror nell'array mirror.
  • Attendi un'ora e ripeti tutti i passaggi.
risposta data 28.11.2012 - 15:14
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