Bu tədqiqat sualtı neft və təbii qaz boru xətlərində texniki xidmət və təcili təmir məqsədilə hazırlanmış boru xətti ağıllı tıxama robotunun anker qurğusunu həm mexaniki quruluş, həm də adaptiv nəzarət baxımından araşdırır. Tədqiqatçılar məhdud borudaxili həcmdə slip adlandırılan anker elementlərinin radial şəkildə açılmasını təmin etmək üçün vint ötürücüsü, eksantrik krank-sürgü mexanizmi və paraleloqram birləşməsini birləşdirən kompozit mexanizm hazırlamışlar. Nəzarət tərəfində isə sabit PID parametrlərinin dəyişən yük və sürtünmə şəraitinə uyğunlaşa bilməməsi probleminə qarşı Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) alqoritmi istifadə edilmiş; \(K_p\) və \(K_i\) parametrləri onlayn uyğunlaşdırılmış, mexaniki sərhədləri aşan parametrləri cəzalandıran yeni mükafat funksiyası və oflayn əvvəlcədən təlimlə onlayn incə tənzimləməni birləşdirən iki mərhələli təlim strategiyası hazırlanmışdır.

Tədqiqatın mexaniki bölməsində anker mexanizminin hərəkət modeli Laqranj üsulu ilə qurulmuş və slip hərəkəti fiziki laboratoriya qurğusunda altı fərqli itələmə qüvvəsi səviyyəsində sınaqdan keçirilmişdir. Mənbə 10–15 kN aralığını ən uyğun anker qüvvəsi bölgəsi kimi müəyyən edir və bu aralıqda slip yerdəyişməsinin təxminən 53,1–53,5 mm ətrafında qaldığını bildirir. Lakin müvafiq Cədvəl 3-də nəzəri dəyər, eksperimental dəyər, kənarlaşma işarəsi və hədəf 53,4 mm arasındakı bəzi sayısal münasibətlər öz daxilində uyğun deyil. Buna görə həmin təcrübə mexaniki modelin ümumi meylini dəstəkləyən ilkin doğrulama kimi qiymətləndirilməlidir; cədvəldəki işarəli xəta dəyərlərindən yeni və ya düzəldilmiş nəticə çıxarılmamalıdır.

Adaptiv nəzarət bölməsindəki əsas nəticələr MATLAB/Simulink əsaslı simulyasiyadan əldə edilmişdir. Mənbənin Cədvəl 9-a görə pozucu təsir olmayan şəraitdə klassik PID nəzarətində %25 aşım və 5,0 mm yerdəyişmə xətası müşahidə olunarkən standart DDPG-də dəyərlər %12 və 2,0 mm, təkmilləşdirilmiş DDPG-də isə %3 və 0,3 mm-dir. Pozucu təsir tətbiq edildikdə PID %28 aşım və 7,0 mm xəta, standart DDPG %15 və 3,0 mm, təkmilləşdirilmiş DDPG isə %4 və 0,5 mm nəticə vermişdir. Tədqiqat beləliklə təklif olunan nəzarətin öz simulyasiya modeli daxilində həm başlanğıc reaksiyası, həm də pozucu yükdən sonrakı bərpa baxımından digər iki üsuldan daha yaxşı performans göstərdiyini nümayiş etdirir.

Bununla belə təkmilləşdirilmiş DDPG-PID nəzarəti real boru xəttində və ya tamölçülü tıxama robotunda doğrulanmayıb. Fiziki təcrübə yalnız anker mexanizminin slip yerdəyişmə davranışına yönəlmiş məhdud sınaq qurğusudur. Actor–Critic nəzarət performansı, mexaniki məhdudiyyət cəzası, TD3 müqayisəsi və Cədvəl 9-dakı xəta/aşım nəticələri simulyasiya məlumatlarına əsaslanır. Buna görə tədqiqat real sualtı axın, real boru səthi sürtünməsi, rabitə gecikməsi, sensor xətaları və tamölçülü təzyiq altında eyni performansın əldə ediləcəyini sübut etmir.

Türkiyə baxımından tədqiqat; neft və təbii qaz boru xətlərində daxildən işləyən texniki xidmət robotları, klapan tələb etməyən müvəqqəti izolyasiya sistemləri və dar həcmli elektromexaniki anker mexanizmlərinin hazırlanması baxımından metodoloji nümunə təqdim edir. Lakin layihədəki 285 mm boru daxili radiusu, mexanizm ölçüləri, itələmə qüvvələri və nəzarət parametrləri birbaşa fərqli yerli boru xətti robotuna köçürülməməlidir. Boru diametri, daxili səth vəziyyəti, axın qüvvələri, təzyiq, mühərrik və mexanizm həndəsəsi dəyişdikdə həm struktur ölçüləndirmə, həm də nəzarət modeli yenidən doğrulanmalıdır.

Boru xətti ağıllı tıxama robotu hansı problemi həll etməyə çalışır?

Tədqiqatda nəzərdən keçirilən Pipeline Intelligent Plugging Robot (PIPR), xüsusilə sualtı boru xətlərində texniki xidmət və təcili təmir zamanı boru divarında yeni dəlik açmadan müəyyən kəsiyin izolyasiya edilməsini hədəfləyən robot sistemidir. Ənənəvi dəlik açmalı tıxama üsullarının boru üzərində daimi birləşmə elementləri buraxa bilməsi və əməliyyat səmərəliliyini azalda bilməsi tədqiqatın motivasiyaları arasındadır.

Robot iki əsas funksiyanı fiziki olaraq ayrılmış modullarla yerinə yetirir:

• Anker qurğusu: robotu hədəf mövqedə boru divarına sürtünmə ilə sabitləyir.
• Tıxama qurğusu: əsas sızdırmazlıq elementini radial şəkildə genişləndirərək boru kəsiyində təzyiq daşıyan izolyasiya yaratmağı hədəfləyir.

Bu funksional ayrılma bir modulun mexaniki yükü və ya hərəkətinin digər modulun vəzifəsinə mümkün qədər az təsir etməsini hədəfləyir.

Robotun iş dövrü necə irəliləyir?

Robot boru xəttinə ilk daxil olduqda anker slipləri və əsas sızdırmazlıq elementi gövdə daxilində geri çəkilmiş vəziyyətdədir. Robotun hərəkəti boru daxilindəki mayenin yaratdığı diferensial təzyiq hesabına təmin olunur.

Hədəf mövqeyə çatdıqda xaricdən gələn yüksək tezlikli mövqeləndirmə siqnalı əməliyyat vəziyyətini başladır. Anker mühərriki vint mexanizmini döndərir, birləşmə elementləri slipləri radial şəkildə boru divarına açır və sürtünməli özünükilidləmə təsiri ilə robot sabitlənir. Eyni zamanda tıxama modulu sızdırmazlıq elementini sıxaraq boru divarına doğru genişləndirir.

Proses tamamlandıqda sızdırmazlıq elementi və sliplər geri çəkilir. Robot yenidən axına uyğun kompakt formasına qayıdır və əks diferensial təzyiqdən istifadə edilərək çıxış nöqtəsinə daşınır.

Anker mexanizmində niyə üç mexanizm birləşdirilmişdir?

Tədqiqatçılar dar boru daxilində yüksək radial anker qüvvəsi yaradarkən sliplərin mümkün qədər yalnız radial istiqamətdə hərəkət etməsini istəyirlər. Bunun üçün üç mexaniki funksiya zəncir şəklində birləşdirilmişdir:

1. Vint–qayka sistemi mühərrikin fırlanmasını oxboyu xətti hərəkətə çevirir.
2. Eksantrik krank–sürgü quruluşu qaykanın oxboyu hərəkətini birləşdirici sistemə ötürür.
3. Paraleloqram mexanizmi sliplərin istiqamətini qoruyaraq radial ötürülmə hərəkətini dəstəkləyir.

Anker qurğusunda boru çevrəsinə bərabər intervallarla paylanmış altı slip qrupu vardır. Bu simmetrik yerləşmə anker qüvvəsinin boru çevrəsinə daha balanslı ötürülməsini hədəfləyir.

Əsas mexaniki ölçülər hansılardır?

İş vəziyyətində slip üzərindəki montaj dəliyinin oxu borunun daxili divarından 75 mm uzaqdadır. Birləşdirmə mexanizminin çubuq uzunluqları mənbədə 92, 130, 130, 155 və 155 mm olaraq müəyyən edilmişdir.

Vint sistemi niyə özünükilidlənən layihələndirilib?

Anker sisteminin boru divarına basdıqdan sonra xarici yük altında istəmədən geri açılmaması üçün trapez vint cütünün özünükilidləmə şərti yoxlanılmışdır.

Vint cütündəki oxboyu yük mənbədə:

\[ F=KF_X+f(F_Z+W) \]

ilə ifadə edilir. Burada \(K=1{,}15\) eksperimental əmsal, \(f=0{,}15\) sürüşmə sürtünmə əmsalı, \(F_X=10\) N hərəkətli hissələrin ətalət qüvvəsi, \(F_Z=920\) N normal qüvvə və \(W=80\) N qayka çəkisidir.

Nominal vint diametri 16 mm, addım 4 mm və addım diametri 14 mm seçilmişdir.

Mənbədə vint helis bucağı:

\[ \lambda= \tan^{-1}\left(\frac{4}{14\pi}\right) = 5{,}20^\circ \]

və ekvivalent sürtünmə bucağı:

\[ \rho_v= \tan^{-1} \left( \frac{0{,}15}{\cos15^\circ} \right) = 8{,}83^\circ \]

kimi hesablanır. \(\lambda \leq \rho_v\) olduğu üçün tədqiqatçılar vint cütünün özünükilidləmə şərtini ödədiyi nəticəsinə gəliblər.

Vint cütünün hesablanmış ötürmə səmərəliliyi:

\[ \eta= \frac{\tan\lambda} {\tan(\lambda+\rho_v)} \times100\% = 36{,}42\% \]

kimi verilmişdir.

Vint burkulma və mühərrik gücü baxımından kifayətdirmi?

Mənbədə vint üçün kritik burkulma yükü 24.525,16 N olaraq hesablanmış və kritik yükün iş yükünə nisbəti 151,86 tapılmışdır. Bu dəyər istifadə edilən minimum təhlükəsizlik şərtindən xeyli yüksəkdir.

Qaykanın 90 mm hərəkəti 5 saniyədə tamamlaması hədəflənmişdir. Orta xətti sürət 1,08 m/dəq, hədəf vint sürəti 270 r/min və bucaq sürəti \(9\pi\) rad/s olaraq hesablanmışdır.

Ümumi mufta momenti:

\[ T_Z= 2(T_1+T_2) = 0{,}788\ \mathrm{N\,m} \]

və tələb olunan mühərrik gücü:

\[ P= \frac{T_Zn}{9550} = 0{,}022\ \mathrm{kW} \]

kimi tapılmışdır.

Mexaniki layihə bölməsində tədqiqatçılar nominal gücü 0,1 kW və nominal sürəti 1320 r/min olan YPE200-4 disk tipli kiçik asinxron mühərriki seçmişlər. Bununla belə nəzarət modelinin sonrakı bölmələrində fərqli mühərrik terminologiyaları istifadə olunur; bu mənbədaxili fərq ayrıca metod qeydində qorunmuşdur.

Sliplərin dinamik modeli necə qurulmuşdur?

Sliplərin borunun radial istiqamətində yerdəyişməsi \(\Delta y(t)\) ümumiləşdirilmiş koordinat kimi seçilmiş və sistem Laqranj üsulu ilə modelləşdirilmişdir.

Uzun birləşdirici çubuqların uzunluğu \(L\), qaykadan ötürülən oxboyu qüvvə \(F_t\), slip kütləsi \(m_K\) və sürtünmə əmsalı \(u\) olmaqla tədqiqat aşağıdakı dinamik tənliyə çatır:

\[ m_K\Delta\ddot{y} = \frac{2F_t}{L} \left( \Delta y - u\sqrt{L^2-\Delta y^2} \right) \]

Tənlik slipin radial təcilini birləşmə qüvvəsi, mexanizm həndəsəsi və boru divarı ilə yaranan sürüşmə sürtünməsi vasitəsilə əlaqələndirir.

Dinamik model fiziki olaraq sınaqdan keçirilibmi?

Bəli, lakin doğrulamanın əhatəsi məhduddur. Tədqiqatın fiziki təcrübəsi tam robotun sualtı boruda tıxama əməliyyatı deyil. Laboratoriya şəraiti səbəbilə yalnız anker sliplərinin yerdəyişmə hərəkəti oxşarlıq prinsipindən istifadə edilməklə hazırlanmış təcrübə qurğusunda sınaqdan keçirilib.

Qurğuda elektrik xətti aktuator slip mexanizmini itələyərkən yerdəyişmə sensoru, gücləndirici, nəzarətçi və kompüter vasitəsilə hərəkət qeydə alınmışdır.

İtələmə qüvvəsi üçün altı nöqtədən istifadə edilmişdir:

Tədqiqatçılar 10–15 kN aralığını ən uyğun bölgə kimi müəyyən edir və yüksək qüvvələrdə overshoot meylinin olduğunu bildirirlər.

Lakin cədvəldə verilən işarəli kənarlaşmaların nəzəri və eksperimental dəyərlərdən vahid riyazi təriflə yenidən əldə edilə bilmədiyi görünür. Məsələn 8 kN-də eksperimental dəyər nəzəri dəyərdən 2,9 mm yüksək olmasına baxmayaraq kənarlaşma −2,9 mm, 15 kN-də isə eksperimental dəyər 0,1 mm aşağı olmasına baxmayaraq +0,1 mm verilib. Buna görə mənbə cədvəli olduğu kimi qorunmalı və işarələr səssizcə yenidən hesablanmamalıdır.

Tədqiqat həmçinin altı xəta dəyəri üçün t-paylanması ilə %95 etibar intervalını [−4,03; 2,00] kimi bildirir. Mənbədə verilən işarəli altı kənarlaşma dəyəri ilə bu interval birbaşa yenidən əldə edilə bilmədiyindən statistik nəticə də mənbədə bildirildiyi kimi ötürülməlidir.

Nəzarət üçün mexaniki model necə sadələşdirilib?

Nəzarət modeli mühərrik, mufta, vint, qayka, çoxçubuqlu mexanizm və sliplərdən ibarət ötürmə zəncirini təmsil edir.

Qaykanın oxboyu hərəkəti ilə slipin radial hərəkəti arasındakı qeyri-xətti həndəsi əlaqə:

\[ \Delta y= \sqrt{2L\Delta x-\Delta x^2} \]

kimi verilmişdir.

Bu əlaqə \(\Delta x_0=0{,}045\) m iş nöqtəsi ətrafında birinci tərtib Taylor açılımı ilə xəttiləşdirilmişdir. Tədqiqatçılar maksimum nisbi xəttiləşdirmə xətasını təxminən %1,05 kimi bildirir və kiçik yerdəyişmə dalğalanmalarının olduğu nəzarət layihəsi üçün qəbul edilə bilən sayırlar.

Ötürmə funksiyasında niyə diqqətli olmaq lazımdır?

Mənbənin nəzərdə tutduğu ümumi ötürmə funksiyası:

\[ G(s)= \frac{K_aK_t\gamma_g} {Js^2+Bs} \]

şəklindədir.

Lakin sayısal əmsallarda mənbədaxili uyğunsuzluq vardır. Cədvəl 4-də:

• \(\gamma_g=0{,}0006366\) m/rad,
• \(K_aK_t=1{,}282\times10^{-4}\),
• \(J=9{,}865\times10^{-4}\) kg·m²,
• \(B=0{,}01\) Nm/(rad/s)

verildiyi halda davam edən törətmədə fərqli qüvvətlər və \(\gamma_g\) üçün fərqli yazılışlar istifadə olunur. Mənbənin yekun Tənlik (23)-ü:

\[ G(s)= \frac{8{,}16\times10^{-7}} {9{,}865\times10^{-4}s^2+0{,}01s} \]

kimi çap edilmişdir. Verianla mətni bu əmsalı yenidən hesablayaraq dəyişmir; mənbə daxilindəki sayısal uyğunsuzluğu ayrıca qeyd edir.

Klassik PID necə sazlanmışdır?

Tədqiqatçılar nəzarət quruluşunu PID adlandırır; lakin törəmə qazancı bütün müqayisələrdə sıfırdır:

\[ K_d=0 \]

və mənbə quruluşu açıq şəkildə mövqeli PI nəzarət kimi müəyyən edir.

Sınaq-yanılma üsulu ilə seçilən əsas parametrlər:

• \(K_p=1000\)
• \(K_i=0{,}2\)
• \(K_d=0\)

olmuşdur.

Nəzarət qanunu:

\[ u(t)= K_p e(t) + K_i \int_0^t e(\tau)d\tau \]

şəklindədir. \(e(t)=x_{ref}-x(t)\), hədəflə ölçülən slip yerdəyişməsi arasındakı xətadır.

Mənbə əsas step response qiymətləndirməsində klassik nəzarət üçün təxminən 0,8 s yüksəlmə müddəti və təxminən 0,005 mm steady-state error bildirir. Bununla belə yekun Cədvəl 9-da eyni PID etiketi altında pozucusuz yerdəyişmə xətası 5,0 mm kimi verilib. İki xəta dəyərinin fərqli sınaq tərifləri və ya simulyasiya quruluşlarından yarandığı açıq izah edilmədiyindən biri digərinin yerinə istifadə edilməməlidir.

DDPG niyə PID parametrlərini sazlamaq üçün istifadə edilmişdir?

Deep Deterministic Policy Gradient fasiləsiz hərəkət fəzaları üçün istifadə edilən Actor–Critic əsaslı dərin möhkəmləndirici öyrənmə yanaşmasıdır. Bu tədqiqatda hərəkət fəzası fasiləsiz \(K_p\) və \(K_i\) dəyərlərindən ibarət olduğu üçün DDPG seçilmişdir.

Actor şəbəkəsinin vəziyyət girişi:

\[ s_t= [x(t),e(t),\dot e(t)]^T \]

kimi müəyyən edilmişdir. Actor bu vəziyyətdən real vaxtda:

\[ [K_{p,t},K_{i,t}] \]

parametrlərini yaradır.

Critic şəbəkəsi isə mövcud vəziyyətlə Actor tərəfindən yaradılan nəzarət parametrlərinin gözlənilən kumulyativ mükafatını qiymətləndirir.

Təcrübə təkrarı buferi və hədəf şəbəkələrin yumşaq yenilənməsi təlim sabitliyi üçün istifadə edilmişdir. Hədəf şəbəkə yenilənməsində:

\[ \tau=0{,}001 \]

istifadə olunmuşdur.

Şəkil 9-da təcrübə təkrarı buferinin tutumu \(N=1\times10^6\), batch ölçüsü isə \(B=64\) kimi göstərilmişdir.

Əsas DDPG mükafat funksiyası necə qurulmuşdur?

İlk DDPG-PID versiyasında mükafat funksiyası:

\[ \gamma_t= -\alpha\cdot overshoot_t -\beta|e_t| +\delta\,II(|e_t|<0{,}1) \]

şəklindədir.

Üç fərqli çəki kombinasiyası müqayisə edilmiş və mənbə:

\[ \alpha=0{,}4,\qquad \beta=0{,}3,\qquad \delta=0{,}3 \]

kombinasiyasını kiçik aşım, sürətli pozucu basdırma və sabit \(K_p\) davranışı arasında ən uyğun balans kimi seçmişdir.

Müqayisə simulyasiyalarında xarici pozucu t = 8 s anında tətbiq edilir.

Təkmilləşdirilmiş DDPG-yə nə əlavə edilmişdir?

Standart DDPG-nin yalnız izləmə xətası və aşımı mükafatlandırması mexaniki anker sistemində təhlükəsiz olmayan nəzarət parametrləri yarada bilər. Buna görə mükafat funksiyasına mexaniki sərhəd cəzası əlavə edilmişdir:

\[ \gamma_t= -\alpha\cdot overshoot_t -\beta|e_t| +\delta\,II(|e_t|<0{,}1) -\gamma\,II(param_{out}) \]

Cəza mexanizmi aşağıdakı hallarda işə düşür:

• \(K_p\) təhlükəsiz iş aralığından çıxarsa,
• \(K_i\) təhlükəsiz iş aralığından çıxarsa,
• slip yerdəyişməsi icazə verilən maksimum mexaniki gedişi aşarsa.

Mənbədə müəyyən edilən parametr sərhədləri:

\[ K_p\in[500,2000] \]

və:

\[ K_i\in[0{,}1,0{,}5] \]

şəklindədir.

Cəza çəkisi üçün 0–2 aralığında müqayisələr aparılmış və:

\[ \gamma=0{,}5 \]

dəyəri sürətli pozucu bərpası ilə mexaniki sərhədlərin qorunması arasında üstün tutulmuşdur.

Niyə Kp üçün 500–2000 sərhədi seçildi?

Mənbənin Cədvəl 7 və Şəkil 15 müqayisəsinə görə aşağı \(K_p\) dəyərlərində sistem həddindən artıq basdırılmış və pozucudan sonra yavaş bərpa olunmuşdur. Çox yüksək qazanc dəyərlərində isə yüksək tezlikli rəqslər yaranmışdır.

Tədqiqatçılar bu müqayisə nəticəsində 500–2000 aralığını mexaniki nəzarət baxımından tətbiq oluna bilən iş bölgəsi kimi seçmişlər.

TD3 niyə ayrıca müqayisə edilmişdir?

Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient (TD3), standart DDPG-nin Q-dəyərini həddindən artıq qiymətləndirmə və təlim qeyri-sabitliyi problemlərini azaltmağa yönəlmiş referens alqoritm kimi istifadə edilmişdir.

TD3-də iki ayrı Critic şəbəkəsi var və hədəf dəyər hesablanarkən iki Critic-in minimum çıxışı istifadə olunur:

\[ y= r+ \gamma \min \left( Q'_{\theta_1}(s',a'), Q'_{\theta_2}(s',a') \right) \]

Actor şəbəkəsi Critic-ə nisbətən gecikdirilmiş şəkildə yenilənir və hədəf hərəkətlərinə kəsilmiş Qauss səs-küyü əlavə edilir.

Şəkil 17-də TD3 və təkmilləşdirilmiş DDPG həm pozucusuz, həm də pozuculu şəraitdə 53,4 mm hədəf yerdəyişmə üçün müqayisə edilmişdir. Mənbə təkmilləşdirilmiş DDPG-nin daha aşağı aşım, daha hamar reaksiya və t = 8 s-də pozucu tətbiq edildikdən sonra daha sürətli bərpa göstərdiyini bildirir. Lakin TD3 üçün Cədvəl 9-dakı kimi ayrıca sayısal aşım/xəta cədvəli verilmədiyindən bu vizual müqayisədən dəqiq TD3 performans rəqəmləri yaradılmamalıdır.

İki mərhələli təlim nə deməkdir?

Standart DDPG-nin təlimin başlanğıcında yüksək mükafat dalğalanması və yavaş yaxınlaşma göstərməsini azaltmaq üçün Actor–Critic şəbəkəsi əvvəlcə boru xətti anker qurğusunun Simulink modelindən yaradılan oflayn məlumatlarla öyrədilmişdir.

PID parametrlərinin ilkin axtarış bölgəsi mühəndislik sazlaması ilə əldə edilən etibarlı aralıqla məhdudlaşdırılmışdır. Bu yanaşma şəbəkənin fiziki olaraq mənasız parametr bölgələrini təsadüfi axtarmasını azaltmağı hədəfləyir.

İkinci mərhələdə model onlayn incə tənzimləməyə keçirilir və sistemdən alınan yeni vəziyyət–hərəkət–mükafat təcrübələri ilə siyasət yenilənir.

Yekun simulyasiya nəticələri nə göstərir?

Pozucusuz şəraitdə təkmilləşdirilmiş DDPG-nin aşımı klassik PID-yə görə %25-dən %3-ə, standart DDPG-yə görə isə %12-dən %3-ə düşür. Yerdəyişmə xətası müvafiq olaraq 5,0 və 2,0 mm-dən 0,3 mm-ə enir.

Pozuculu şəraitdə təkmilləşdirilmiş DDPG üçün aşım %4,0 və yerdəyişmə xətası 0,5 mm-dir. Eyni şəraitdə klassik PID %28 aşım və 7,0 mm, standart DDPG isə %15 və 3,0 mm nəticə verir.

Şəkil 18-in nəzarət reaksiyaları və sütun qrafikləri bu cədvəli vizual olaraq dəstəkləyir: klassik PID başlanğıcda aydın yüksək aşım göstərdiyi halda təkmilləşdirilmiş DDPG hədəf 53,4 mm-ə daha hamar yaxınlaşır. t = 8 s-də pozucu tətbiq edildikdə klassik PID və standart DDPG əyrilərindəki sapmalar daha böyük, təkmilləşdirilmiş DDPG-də isə daha kiçikdir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Vint ötürücüsü, eksantrik krank-sürgü və paraleloqram mexanizmi birləşdirilərək altı slipli kompakt anker qurğusu hazırlanmışdır.
• Slip hərəkətinin dinamik modeli Laqranj üsulu ilə qurulmuşdur.
• Slip yerdəyişmə davranışı altı fərqli itələmə qüvvəsində məhdud fiziki laboratoriya təcrübəsi ilə araşdırılmışdır.
• Mənbə 10–15 kN itələmə aralığını öz təcrübə qurğusu üçün uyğun anker bölgəsi kimi müəyyən edir.
• DDPG, \(K_p\) və \(K_i\) parametrlərinin fasiləsiz uyğunlaşdırılması üçün istifadə edilmişdir.
• Təkmilləşdirilmiş DDPG mükafat funksiyasına mexaniki məhdudiyyət cəzası əlavə edilmişdir.
• \(K_p\) üçün 500–2000, \(K_i\) üçün 0,1–0,5 təhlükəsiz iş sərhədləri müəyyən edilmişdir.
• Mexaniki cəza çəkisi üçün 0,5 dəyəri mənbə simulyasiyalarında ən uyğun balans kimi seçilmişdir.
• İki mərhələli oflayn əvvəlcədən təlim və onlayn incə tənzimləmə strategiyası tətbiq edilmişdir.
• Yekun simulyasiyalarda təkmilləşdirilmiş DDPG klassik PID və standart DDPG-dən daha aşağı aşım və yerdəyişmə xətası vermişdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi və ya hələ doğrulamadığı nəticələr

• Təkmilləşdirilmiş DDPG nəzarətinin real sualtı boru xəttində eyni sayısal performansı verəcəyi göstərilməmişdir.
• Nəzarət üsulu tamölçülü PIPR prototipində fiziki olaraq sınaqdan keçirilməmişdir.
• Hardware-in-the-loop doğrulaması aparılmamışdır.
• Real sualtı təzyiq, turbulent axın və uzunmüddətli borudaxili iş şəraiti eyni təcrübədə birlikdə doğrulanmamışdır.
• Sensor xətaları, rabitə gecikməsi və real elektron sürücü dinamikasının hamısı eksperimental olaraq qiymətləndirilməmişdir.
• Cədvəl 9 nəticələri fərqli diametr, həndəsə və ya anker mexanizmlərinə birbaşa ümumiləşdirilə bilməz.
• Tədqiqat real boru xəttində sızdırmazlığın sıfır sızma ilə təmin edildiyini eksperimental şəkildə sübut etmir.
• DDPG-nin bütün boru robotu nəzarət problemlərində TD3 və ya digər möhkəmləndirici öyrənmə üsullarından üstün olduğu nəticəsi çıxarıla bilməz.

Tədqiqatın Metodu və Tapıntıları

Anker qurğusunun struktur parametrləri

Dinamik model

Slip radial yerdəyişməsi \(\Delta y\) ümumiləşdirilmiş koordinat kimi istifadə edilmişdir. Uzun çubuqların qüvvəsi, slip kütləsi və sürüşmə sürtünməsi nəzərə alınaraq:

\[ m_K\Delta\ddot y = \frac{2F_t}{L} \left( \Delta y-u\sqrt{L^2-\Delta y^2} \right) \]

dinamik tənliyi əldə edilmişdir.

Modeldə slip hərəkətinin sırf radial ötürülmə etdiyi fərz olunur. Bu fərziyyə mexaniki modeli sadələşdirir və real oynaq boşluqlarını, elastik deformasiyanı və ya istehsal tolerantlıqlarını birbaşa modelə daxil etmir.

Fiziki ilkin doğrulama

Slip mexanizmi laboratoriya qurğusunda 5, 8, 12, 15, 22 və 25 kN itələmə qüvvələrində sınaqdan keçirilmişdir. Mənbə 10–15 kN aralığını ən aşağı xəta bölgəsi kimi şərh edir.

Bununla belə Cədvəl 3-dəki kənarlaşma işarələrində və kənarlaşmanın hansı referensə görə müəyyən edilməsində riyazi qeyri-müəyyənlik olduğundan cədvəl məlumatları yenidən hesablanaraq düzəldilməməlidir.

Nəzarət modeli parametrləri

Cədvəl 4-dəki bu dəyərlərlə sonrakı Tənlik (23) törətməsində istifadə olunan bəzi əmsallar arasında mənbədaxili uyğunsuzluq vardır; yekun ötürmə funksiyası mənbədə çap edildiyi kimi qorunmalıdır.

Əsas nəzarətçi parametr müqayisəsi

Bu müqayisə nəticəsində \(K_p=1000\), \(K_i=0,2\) və \(K_d=0\) əsas nəzarət parametrləri seçilmişdir.

DDPG təlim və şəbəkə parametrləri

Yekun alqoritm nəticələri

Bu cədvəl tədqiqatın ən güclü kəmiyyət nəzarət nəticəsidir. Lakin nəticələrin hamısı Simulink əsaslı nəzarət doğrulamasına aiddir və real tıxama robotunda sahə performansı kimi təqdim edilməməlidir.

Mənbə daxilindəki mühüm texniki uyğunsuzluqlar

Cədvəl 3 kənarlaşma işarələri: Nəzəri və eksperimental dəyərlərlə “Displacement Deviation” işarələri bütün sətirlərdə vahid fərq tərifinə uyğun gəlmir. 53,4 mm hədəf dəyərinə görə edilən şərh də bütün sətirlərlə arifmetik olaraq uyğunlaşmır.

%95 etibar intervalı: Mənbə [−4,03; 2,00] aralığını verir. Cədvəldəki altı işarəli kənarlaşmadan istifadə etdikdə bu interval birbaşa yenidən əldə edilə bilmir. Mənbədəki dəyər dəyişdirilməyib.

Ötürmə funksiyası əmsalları: Cədvəl 4, Tənlik (22) ətrafındakı mətn və Tənlik (23) öncəsi sayısal əvəzləmə \(K_aK_t\) və \(\gamma_g\) üçün fərqli qüvvətlər və ya rəqəmlər verir.

Mühərrik tipi: Struktur layihəsi YPE200-4 asinxron mühərriki seçdiyi halda nəzarət hissəsi step motor və başqa bir izahda DC motor/hidravlik aktuator ifadələrindən istifadə edir.

PID/PI adlandırması: Tədqiqat DDPG-PID terminindən istifadə edir; lakin \(K_d=0\) olduğuna görə effektiv əsas nəzarət quruluşu mənbənin özü tərəfindən də mövqeli PI kimi müəyyən edilir.

PID steady-state error: İlk step response izahında təxminən 0,005 mm, yekun Cədvəl 9-da isə pozucusuz şəraitdə 5,0 mm xəta bildirilir. Mənbə bu fərqin sınaq tərifini açıq şəkildə uzlaşdırmır.

Eksperimental doğrulamanın real sərhədi

Tədqiqatdakı fiziki təcrübə anker sliplərinin mexaniki yerdəyişmə davranışını və yaradılan dinamik modelin ümumi meylini yoxlamağı hədəfləyir. DDPG, təkmilləşdirilmiş DDPG, TD3, mükafat funksiyası və ya adaptiv \(K_p/K_i\) sazlamasının fiziki sınaq qurğusunda işlədildiyinə dair aparat doğrulaması təqdim edilmir.

Buna görə tədqiqatın iki doğrulama qatı bir-birindən ayrılmalıdır:

• Mexaniki model: məhdud laboratoriya yerdəyişmə təcrübəsi mövcuddur.
• Adaptiv nəzarət performansı: simulyasiya doğrulamasına əsaslanır.

Bu fərq tədqiqatın real mühəndislik yetkinliyini qiymətləndirmək baxımından əsas əhəmiyyət daşıyır.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal tədqiqat adı: Adaptive Tracking Control of Anchoring Unit for Pipeline Intelligent Plugging Robot Based on Improved Deep Deterministic Policy Gradient

Müəlliflər: Tingting Wu, Yaxin Liu, Laihe Qi, Pu Wang, Qingtao Liang, Shuai Li, Lijian Li, Xingyuan Miao, Hong Zhao, Xingxing Wang.

Müəllif sırası: Mənbədəki sıra olduğu kimi qorunub.

Məsul müəllif: Tingting Wu.

Bərabər töhfə/bərabər birinci müəllif: Mənbədə belə bəyanat yoxdur.

Qurumlar: School of Mechanical Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, China; School of Mechanical Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing, China; College of Mechanical and Transportation Engineering, China University of Petroleum, Beijing, China.

Jurnal: Machines.

Nəşriyyat: MDPI.

Biblioqrafik qeyd: Machines 2026, 14, 675.

DOI: 10.3390/machines14060675.

Rəsmi nəşr keçidi:https://doi.org/10.3390/machines14060675

Nəşr tarixi: 10 İyun 2026.

Mənbə növü və rəy statusu: Rəyli orijinal tədqiqat məqaləsidir. Anker mexanizminin hərəkət modeli məhdud fiziki təcrübə ilə araşdırılmış; təkmilləşdirilmiş DDPG-PID nəzarət performansının doğrulaması simulyasiya ilə həyata keçirilmişdir.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Maliyyələşdirmə: Henan Provincial Science and Technology Research Project (262102221054), National Natural Science Foundation of China (52475347), Key Research and Development Projects in Henan Province (251111222600), Science and Technology Innovation Leading Talent Support Program of Henan Province (254200510047) və Henan Province ali təhsil müəssisələrinin Key Scientific Research Project Plan çərçivəsində Research Special Program (26ZX018).

Məlumat əlçatanlığı: Müəlliflər məlumatların məqalə daxilində olduğunu bildirmişlər.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər maraqlar toqquşması olmadığını bəyan etmişlər.

Müəllif töhfələri: Tingting Wu konseptuallaşdırma, metod və maliyyələşdirmənin əldə edilməsində; Yaxin Liu metod, proqram təminatı, doğrulama və ilkin layihədə; Laihe Qi proqram təminatı və doğrulamada; Pu Wang doğrulamada; Qingtao Liang tədqiqatda; Shuai Li və Xingxing Wang resurs təminatında; Lijian Li məlumatların təşkilində; Xingyuan Miao nəzərdən keçirmə və redaktədə; Hong Zhao nəzarətdə iştirak etmişdir.

Bu Verianla məqaləsindəki robot quruluşu, mexaniki ölçüləndirmə, dinamik tənliklər, fiziki təcrübə nəticələri, nəzarət arxitekturaları, DDPG/TD3 izahları, mükafat funksiyaları və performans dəyərləri araşdırılan mənbə tədqiqata əsaslanır. Biblioqrafik kimlik doğrulamasından başqa xarici mənbələrdən yeni elmi təcrübə və ya performans nəticəsi əlavə edilməyib.

Əsas metodoloji sərhəd: Mexaniki anker qurğusu üçün slip yerdəyişmə prosesi laboratoriya miqyaslı fiziki qurğuda sınaqdan keçirilib. Bunun əksinə təkmilləşdirilmiş DDPG-PID-nin yekun performans nəticələri MATLAB/Simulink simulyasiyasına əsaslanır. Tamölçülü robot, hardware-in-the-loop, real sualtı boru xətti, sahə təzyiqi və uzunmüddətli dayanıqlıq doğrulaması mövcud tədqiqatda yoxdur.

Cədvəl 3 uyğunsuzluğu: Nəzəri və eksperimental yerdəyişmə dəyərləri ilə mənbədə verilən işarəli kənarlaşmalar bütün sətirlərdə eyni fərq tərifini izləmir. Mənbədə verilən %95 etibar intervalı da cədvəldəki altı işarəli dəyərdən istifadə etməklə birbaşa yenidən əldə edilmir. Rəqəmlər mənbədə olduğu kimi qorunub.

Ötürmə funksiyası uyğunsuzluğu: Cədvəl 4 və Tənlik (23) törətməsi \(K_aK_t\) və \(\gamma_g\) üçün fərqli qüvvət/rəqəmlərdən istifadə edir. Yekun tənlik mənbədə çap edildiyi kimi ötürülüb, əmsallar səssizcə yenidən hesablanmayıb.

Mühərrik və aktuator terminologiyası: Mexaniki layihə YPE200-4 disk tipli asinxron mühərriki seçir; nəzarət modeli bölmələrində step motor, DC motor və bir nöqtədə hidravlik aktuator ifadələri var. Mənbə bu terminoloji fərqləri ayrıca izah etmir.

PID/PI qeydi: Məqalə və alqoritm adlandırmasında “PID” istifadə edilsə də seçilən nəzarətçidə \(K_d=0\)-dır və mənbə əsas quruluşu mövqeli PI nəzarət kimi müəyyən edir.

Nəzarət xətası qeydi: İlk PID step response qiymətləndirməsində təxminən 0,005 mm steady-state error bildirildiyi halda yekun Cədvəl 9-da pozucusuz PID displacement error 5,0 mm kimi verilir. İki nəticə mənbədə eyni metrik və sınaq şərtləri altında açıq şəkildə uzlaşdırılmayıb.