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Excel-Forum (Archiv)
20+ Jahre Excel-Kompetenz: Von Anwendern, für Anwender
Inhaltsverzeichnis

Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten

Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
29.02.2024 18:16:05
Daniel
Hallo zusammen,
oft habe ich eine Wertetabelle mit Messdaten oder Werte aus Herstellerprogrammen, die zu zwei vorgegebenen Werten einen abhängigen Wert beinhaltet.
Als Beispiel habe ich eine Verdampfungstemperatur t0 und eine Verflüssigungstemperatur tC und zu diesen beiden Werten gibt es eine passende Kälteleistung.
Trage ich die Werte in eine Exceltabelle ein bekomme ich beispielsweise für eine Verdampfungstemperatur von -15°C und Verflüssigungstemperaturen von 40...65°C eine schöne Kurve und kann mittels RGP auch die dazugehörige Gleichung bestimmen. Dies kann ich dann für eine Verdampfungstemperatur von -10, -5, 0, 5, 10 und 15°C wiederholen. Am Ende des Tages habe ich dann 7 schöne Kurven zur jeweiligen Verdampfungstemperatur.

Jetzt stellt sich für mich die Frage, wie ich aus diesen 7 Kurven/Formeln eine einzelne Kurve/Formel bekomme in die ich t0 und tC eingebe und die passende Kälteleistung zurück bekomme. Meistens haben die Hersteller hierzu eine entsprechende Formel mit Polynomkoeefizienten. Könnte ich dies auch für meine selbst gemessenen Werte erreichen/berechnen?

Jemand eine Idee, wie ich hier vorgehen könnte? Anbei meine Beispieldatei.

https://www.herber.de/bbs/user/167429.xlsx

Vielen Dank für die Unterstützung.

Grüße. Dan

23
Beiträge zum Forumthread
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Betreff
Datum
Anwender
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
29.02.2024 19:39:47
Yal
Hallo Daniel,

es wird eine 3-dimensionale quadratische Gleichung:
tC ist x
Kälteleistung ist z
t0 ist y

z = f(x,y) = (a.x^2.y^2 + b.x.y^2 + c.y^2) + (d.x^2.y + e.x.y + f.y) + (g.x^2 + h.x. + i) + (j.y^2 + k.y)
(am Ende könnte man sich "+ l" denken, aber bereits in "i" enthalten).

Die x^n.y^m sind leicht zu ermitteln, dann darauf einen Regression mit RGP. Fertig.

VG
Yal
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
29.02.2024 21:24:34
Daniel
Hallo Yal,

schon mal vielen Dank für deine Antwort und deine Erklärung.
Könntest du mir noch einen Hinweis geben wie ich x^n.y^m bestimme. Ich muss gestehen ich bin leider schon etwas raus aus dem Mathematikthema :-)

Vielen Dank.

Schöne Grüße.
Daniel
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
29.02.2024 21:54:59
Yal
Hallo Daniel

x^n.y^m ist ein allgemeine Schreibweise für
x hoch 2 mal y hoch 2
x hoch 2 mal y hoch 1 (also = x^2 . y )
x hoch 2 mal y hoch 0 (= x^2 )
x hoch 1 mal y hoch 2
x hoch 1 mal y hoch 1 (= x . y )
x hoch 1 mal y hoch 0 (= x )
x hoch 0 mal y hoch 2 (= y^2 )
x hoch 0 mal y hoch 1 (= y )
x hoch 0 mal y hoch 0 (= 1 )

Es sieht am Ende so aus. Auf die Reihenfolge achten: diese muss zu einander passen, auch wenn durcheinander.
Userbild

VG
Yal
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
29.02.2024 22:31:07
Daniel
Hi Yal,

danke für deine ausführliche Antwort.
Ich konnte dies soweit nachstellen in meiner Excel Tabelle, das funktioniert schon mal. Die durch die RGP Funktion ermittelteten Werte kann ich dann in die Gleichung einsetzen oder? Wie erhalte ich dann die Polynomkoeffizienten?
Sorry für die vielen Fragen aber das ist leider nicht mein Spezialgebiet :-)

Danke für deine Zeit und Hilfe.

Grüße. Daniel
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
29.02.2024 23:06:48
Yal
Hallo Daniel,

tC ist X
t0 ist Y
Die Faktoren a, b, c, b, usw hast jetzt, dann kannst Du
a.x^2.y^2 + b.x.y^2 + c. ... = z
rechnen.

VG
Yal
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
01.03.2024 08:57:19
Daniel
Hallo Yal,

danke für deine Antwort.
Ich habe mal versucht, dies in meine Excel umzusetzen, wahrscheinlich aber falsch. Könntest du dir das noch einmal anschauen und überprüfen?

https://www.herber.de/bbs/user/167442.xlsx

Vielen Dank für deine Geduld :-)

Daniel
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
01.03.2024 17:02:18
Yal
Hallo Daniel,

also ich muss leider sagen, auch wenn das Verfahren an sich nicht komplett falsch wäre, die sind Ergebnisse weit ausserhalb der Erwartung.

Normalerweise sind die Faktoren auf die Hohen Kombi (x^2.y^2, x^2.y, x.y^2) in solche Fälle sehr niedrig. Hier gehen sie richtig hoch.
Ich muss einfach zugeben, dass ich hier überfragt bin. Jetzt brauchst Du einen richtigen Regressionspezialist*in.

Viel Erfolg.

VG
Yal

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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
02.03.2024 16:22:48
Oppawinni
Vielleicht kann dir da
https://www.wolframalpha.com/
weiterhelfen?
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
03.03.2024 10:04:55
Daniel
Hallo Yal, hallo Oppawinni,
vielen Dank für eure Hinweise und Lösungsvorschläge.
Ich habe noch einmal recherchiert und habe eine Lösung von einen ehemaligen Arbeitskollegen gefunden. Hier kann ich mir die mathematische Herleitung aber auch nicht erklären.

Als Lösungsformel wurde folgendes erstellt:

Qo = f(T0,Tc) = f1(T0) x Tc² + f2(T0) x Tc + f3(T0)
mit f1(T0) = a*T0^6+b*T0^5+c*T0^4+d*T0^3+e*T0^2+f*T0+g
Die 7 Koeffizienten wurden mittels RGP Funktion erstellt, siehe Excel Datei.
mit f2(T0) = a1*T0^5+b1*T0^4+c1*T0^3+d1*T0^2+e1*T0+f1
Die 6 Koeffizienten wurden mittels RGP Funktion erstellt, siehe Excel Datei.
mit f3(T0) = a2*T0^2+b2*T0+c2
Die 3 Koeffizienten wurden mittels RGP Funktion erstellt, siehe Excel Datei.

Weiß jemand vielleicht, wie die Herleitung zustande kommt?

https://www.herber.de/bbs/user/167482.xlsx

Danke!

Grüße. Dan
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
03.03.2024 10:37:32
Oppawinni
Ich hab jedenfalls festgestellt, dass du die Koeffizienten falsch interpretiert hast:
Schnittpunkt 41064,7619
x -478,1496599
y 2394,892857
x^2*y^2 0,001394558
x*y^2 -0,711870748
x^2*y 0,208673469
x*y -40,36785714
x^2 2,013605442
y^2 52,17380952
sagt meine Regression und die Residuen lagen bei etwa +- 450
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
03.03.2024 11:26:52
Daniel
Hi Oppawinni,

vielen Dank für den Hinweis.
Passen meine Zuordnungen zu den Koeffizienten so:

Userbild

Wenn ich jetzt für x (tC) 40 und für y (t0) 15 einsetze komme ich aber auf einen Wert von 95368,...

Userbild

Irgendwas mache ich scheinbar falsch :-)

Grüße
Dan
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
04.03.2024 12:58:51
Oppawinni
Die Formel, die du da kreiert hast, kam mir gleich etwas seltsam vor, hatte das erst nicht weiter hinterfragt, aber es ist wirklich erst einmal nur erforderlich, die entsprechenden Parameter-/Parameterkombinationen mit dem jeweiligen Koeffizienten zu multiplizieren und das ganze zu addieren.
Freilich kann es sein, dass die resultierende Formel dann evtl. noch vereinfacht werden könnte.
Ja und für eine Beurteilung der Konvergenz hab ich gerne ne ausführliche Regression mit dem Analysetool gemacht. Yal hatte hier
https://www.herber.de/forum/messages/1967843.html
schon gezeigt, wie man da hin kommt.
Bei mir war das früher immer verfügbar, weil ich halt z.B. öfter mal geschaut habe, ob ich eine Wertetabelle vielleicht durch ein Funktion ersetzen kann. Nur einfach RGP zu machen, war für mich eher keine Option, weil die Anwendungsfälle halt sehr verschieden waren, hatte aber jetzt auch lange nichts mehr damit gemacht.
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
04.03.2024 16:25:38
Daniel
Hallo Oppawinni,
ihr beide habt mir auf jeden Fall schon mal weiter geholfen und ich kann nun einigermaßen nachvollziehen was ihr mir versucht habt zu erklären :-)

Eine Frage habe ich jetzt aber doch noch. Du hast geschrieben, dass du x^2*y^2 durch y^3 ersetzt hast und die Annäherung dadurch genauer wurde. Könntest du mir im Detail noch sagen, was du wie ersetzt hast? Ich habe versucht das nachzustellen aber dann passen meine Werte gar nicht mehr...
Vielen Dank auch für die Diagramme, die zeigen das Ergebnis wirklich schön.

Grüße
Dan
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
04.03.2024 16:53:02
Oppawinni
naja, bei deinen Ausgangswerten für die Regression hast du doch ne Spalte X^2*Y^2..
in der Spalte hab ich halt Y^3 drüber geschrieben und natürlich die Y^3 in der Tabelle berechnet
entsprechend spukt natürlich die Regression an der Stelle auch nicht den Koeffizienten für X^2*Y^2, sondern für Y^3 aus.
Dann musst du dann den halt auch mit Y^3 multiplizieren.
Ich kann das auch nochmal prüfen, ich mach ja manchmal Fehler, muss aber jetzt erst mal weg.
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
04.03.2024 18:33:38
Yal
Moin zusammen,

ich komme erst dazu den Link von Samstag vollständig zu probieren.
Es freut mich zu sehen, dass ich nicht komplett falsch lag (es war da noch was... völlig eingestaubt, das Wissen). Es lag wohl an die RGP-Formel, die zu schnell überfordert ist.

@Daniel: vielen Dank für die lustige Aufgabe, die einem aus dem üblichen "wie-kopiere-ich-von-a-nach-b"-Trott rausholt. ("Ich bin ein Mathematiker, holt mich hier raus!")
@Oppawinni: vielen Dank für nicht losgelassen zu haben!

VG
Yal

AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
04.03.2024 19:29:12
Oppawinni
Nachdem du da dran warst, hab ich mir das erst mal gar nicht richtig angesehen.
Als ich dann nochmal drauf geschaut hab, kam mir das doch recht spanisch vor und bin halt mal mit dem Analysetool drüber.
Ja und weil ich da gleich ein Problem entdeckt hatte, bin ich dann halt dran geblieben.
Ich gebe dir Recht, sowas ist wirklich auch mal interessant.
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AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
04.03.2024 18:32:45
Daniel
Hatte vorher einen Fehler, die Lösung mit y^3 ist tatsächlich noch mal deutlich besser :-)

Userbild
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
05.03.2024 22:17:40
Oppawinni
Zur Abrundung noch folgendes:

Ich hab jetzt auch nochmal nach einer Site gesucht, die multiple Regression anbietet und bin darauf gestoßen:
https://www.statskingdom.com/410multi_linear_regression.html
Dort hab ich etwas herum probiert.

Wenn ich deine ursprüngliche Variante mit der Spalte X^2*Y^2 nehme, wird diese Spalte verworfen und dann die Regression nochmal ohne X^2*Y^2 gemacht.
Es heißt, dass X^2*Y^2 nicht signifikant für die Vorhersage von Z wäre, was ich ja auch genau so gesehen hatte. Genauer heißt es:
"The following independent variable is not significant as predictor for Y: X3. Therefore it was excluded from the model."
(Dort heißt halt die Zielvariable nicht Z sondern Y und die einzelnen Spalten X1, X2... usw. wobei in X3 eben unsere Spalte X^2*Y^2 war)
Das Ergebnis zeigt dann ohne X^2*Y^2 eine ganz ähnliche Korrelation wie mit. Es wird damit halt leider auch nicht viel besser, aber die Formel würde sich (natürlich mit anderen Koeffizienten) immerhin verkürzt haben.

Ich hatte aber ja für X^2*Y^2 eben Y^3 eingebaut. Und wie ich auf die Idee gekommen bin, ist auch schnell erklärt.
Ich hatte einfach mit der Regression einzelner Reihen und Spalten begonnen und bei den Reihen hatte sich eben Y^3 als signifikant gezeigt.
RGP ist ja schön, aber ohne einen ausführliche Analyse wahrscheinlich nicht immer zielführend.
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
03.03.2024 11:56:52
Daniel
Super, vielen Dank für die Beispieldatei. Das schaut doch ganz brauchbar aus...
Schau ich mir im Detail dann noch mal an.

Schöne Grüße
Dan
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
03.03.2024 18:29:35
Oppawinni
So, jetzt hab ich mir mal erlaubt X^2*Y^2 rauszuwerfen, weil das scheinbar keine große Relevanz hatte und stattdessen Y^3 rein gesetzt.
Damit hab ich dann Residuen von etwa +/- 50. D.h. Die gemessenen Punkt werden da besser abgebildet, was dazwischen ist, k.A.....
AW: Messwerte auswerten - Polynomkoeffizienten
03.03.2024 19:11:21
Oppawinni
Schaut auf jeden Fall ganz schick aus:
Userbild

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