Бул изилдөө суу алдындагы мунай жана жаратылыш газ түтүк линияларында тейлөө жана авариялык оңдоо үчүн иштелип чыккан түтүк линиясынын акылдуу бөгөттөө роботунун анкердик блогун механикалык түзүлүш жана адаптивдүү контрол жагынан карайт. Изилдөөчүлөр чектелген түтүк ичиндеги мейкиндикте slip деп аталган анкер элементтеринин радиалдык ачылышын камсыз кылуу үчүн бурама жетегин, эксцентриктүү кривошип-слайдер механизмин жана параллелограммдык байланыш механизмин бириктирген курамдуу механизмди долбоорлошкон. Контрол тарабында болсо туруктуу PID параметрлери өзгөрмө жүк жана сүрүлүү шарттарына ылайыкташа албаган көйгөйгө каршы Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) алгоритми колдонулган; \(K_p\) жана \(K_i\) параметрлери онлайн адаптацияланган, механикалык чектерден ашкан параметрлерди жазалаган жаңы сыйлык функциясы жана офлайн алдын ала окутууну онлайн майда жөндөө менен бириктирген эки баскычтуу окутуу стратегиясы иштелип чыккан.

Изилдөөнүн механикалык бөлүгүндө анкер механизминин кыймыл модели Лагранж ыкмасы менен түзүлүп, slip кыймылы физикалык лабораториялык түзүлүштө алты ар башка түртүү күчү деңгээлинде сыналган. Булак 10–15 kN диапазонун эң ылайыктуу анкер күчү аймагы деп аныктап, бул диапазондо slip жылышы болжол менен 53,1–53,5 mm тегерегинде калганын билдирет. Бирок тиешелүү Таблица 3’тө теориялык маани, эксперименттик маани, четтөө белгиси жана максаттуу 53,4 mm ортосундагы айрым сандык байланыштар өз ара шайкеш эмес. Ошондуктан бул эксперимент механикалык моделдин жалпы тенденциясын колдогон алдын ала текшерүү катары каралышы керек; таблицадагы белгиси көрсөтүлгөн ката маанилеринен жаңы же оңдолгон жыйынтык чыгарылбашы керек.

Адаптивдүү контрол бөлүгүндөгү негизги жыйынтыктар MATLAB/Simulink негизиндеги симуляциядан алынган. Булактын Таблица 9’уна ылайык бузуу таасири жок шартта классикалык PID контролунда %25 ашып кетүү жана 5,0 mm жылыш катасы байкалса, стандарттуу DDPGде маанилер %12 жана 2,0 mm, жакшыртылган DDPGде болсо %3 жана 0,3 mm. Бузуу таасири берилгенде PID %28 ашып кетүү жана 7,0 mm ката, стандарттуу DDPG %15 жана 3,0 mm, жакшыртылган DDPG болсо %4 жана 0,5 mm жыйынтык берген. Ошентип изилдөө сунушталган контрол өзүнүн симуляция моделинин ичинде баштапкы реакция жана бузуу жүгүнөн кийинки калыбына келүү боюнча башка эки ыкмадан жакшы өндүрүм көрсөткөнүн көрсөтөт.

Бирок жакшыртылган DDPG-PID контролу реалдуу түтүк линиясында же толук өлчөмдүү бөгөттөө роботунда текшерилген эмес. Физикалык эксперимент анкер механизминин slip жылыш жүрүм-турумуна арналган чектелген сыноо түзүлүшү гана. Actor–Critic контрол өндүрүмү, механикалык чектөө жазасы, TD3 салыштыруусу жана Таблица 9’дагы ката/ашып кетүү жыйынтыктары симуляция маалыматтарына негизделет. Ошондуктан изилдөө реалдуу суу алдындагы агым, реалдуу түтүк бетинин сүрүлүүсү, байланыш кечигүүсү, сенсор каталары жана толук өлчөмдүү басым астында ошол эле өндүрүм алынарын далилдебейт.

Түркия жагынан изилдөө; мунай жана жаратылыш газ түтүк линияларында ичинен иштеген тейлөө роботтору, клапан талап кылбаган убактылуу изоляция системалары жана тар мейкиндиктеги электромеханикалык анкер механизмдерин иштеп чыгуу үчүн методологиялык мисал берет. Бирок долбоордогу 285 mm түтүктүн ички радиусу, механизм өлчөмдөрү, түртүү күчтөрү жана контрол параметрлери түз башка жергиликтүү түтүк роботуна көчүрүлбөшү керек. Түтүк диаметри, ички беттин абалы, агым күчтөрү, басым, кыймылдаткыч жана механизм геометриясы өзгөргөндө структуралык өлчөмдөө да, контрол модели да кайра текшерилиши керек.

Түтүк линиясынын акылдуу бөгөттөө роботу кайсы көйгөйдү чечүүгө аракет кылат?

Изилдөөдө каралган Pipeline Intelligent Plugging Robot (PIPR), айрыкча суу алдындагы түтүк линияларында тейлөө жана авариялык оңдоо маалында түтүк дубалына жаңы тешик ачпастан белгилүү бир кесилишти изоляциялоону көздөгөн роботтук система. Салттуу тешик ачып бөгөттөө ыкмалары түтүктө туруктуу байланыш элементтерин калтырышы жана операциялык натыйжалуулукту төмөндөтүшү мүмкүн экени изилдөөнүн мотивацияларынын бири.

Робот эки негизги функцияны физикалык жактан бөлүнгөн модулдар менен аткарат:

• Анкердик блок: роботту максаттуу жерде түтүк дубалына сүрүлүү аркылуу бекитет.
• Бөгөттөө блогу: негизги тыгыздоочу элементти радиалдык кеңейтип, түтүк кесилишинде басым көтөрө алган изоляция түзүүнү көздөйт.

Бул функционалдык бөлүү бир модулдун механикалык жүгү же кыймылы экинчи модулдун милдетине мүмкүн болушунча аз таасир берсин деген максатта жасалган.

Роботтун иш цикли кантип жүрөт?

Робот түтүк линиясына биринчи киргенде анкер sliplери жана негизги тыгыздоочу элемент корпус ичинде артка тартылган абалда болот. Роботтун кыймылы түтүктүн ичиндеги суюктуктун дифференциалдык басымы аркылуу камсыз кылынат.

Максаттуу жерге жеткенде сырттан келген жогорку жыштыктагы позициялоо сигналы операциялык абалды баштайт. Анкер кыймылдаткычы бурама механизмин айлантат, байланыш элементтери sliplерди радиалдык түрдө түтүк дубалына ачат жана сүрүлүүчү өзүн-өзү кулпулоо таасири менен робот бекитилет. Ошол эле учурда бөгөттөө модулу тыгыздоочу элементти кысып, түтүк дубалына карай кеңейтет.

Иш бүткөндө тыгыздоочу элемент жана sliplер кайра тартылат. Робот кайра агымга ылайык компакттуу формасына келип, тескери дифференциалдык басым менен чыгуу чекитине жылдырылат.

Анкер механизминде эмне үчүн үч механизм бириктирилген?

Изилдөөчүлөр тар түтүк ичинде жогорку радиалдык анкер күчүн жаратып жатып, sliplер мүмкүн болушунча радиалдык багытта гана кыймылдасын деп каалашат. Бул үчүн үч механикалык функция чынжыр түрүндө бириктирилген:

1. Бурама–гайка системасы кыймылдаткычтын айлануусун октук сызыктуу кыймылга айлантат.
2. Эксцентриктүү кривошип–слайдер түзүлүшү гайканын октук кыймылын байланыш системасына өткөрөт.
3. Параллелограмм механизми sliplердин багытын сактап, радиалдык жылуу кыймылын колдойт.

Анкердик блокто түтүктүн айланасына бирдей аралыкта жайгашкан алты slip тобу бар. Бул симметриялуу жайгашуу анкер күчүн түтүктүн айланасына тең салмактуу өткөрүүгө багытталган.

Негизги механикалык өлчөмдөр кандай?

Иш абалында slip үстүндөгү монтаж тешигинин огу түтүктүн ички дубалынан 75 mm алыста. Байланыш механизминин таяк узундуктары булакта 92, 130, 130, 155 жана 155 mm деп белгиленген.

Бурама системасы эмне үчүн өзүн-өзү кулпулоочу болуп долбоорлонгон?

Анкер системасы түтүк дубалына баскандан кийин тышкы жүк астында өзүнөн өзү кайра ачылып кетпеши үчүн трапециялык бурама жуптун өзүн-өзү кулпулоо шарты текшерилген.

Бурама жуптагы октук жүк булакта:

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

менен берилет. Бул жерде \(K=1{,}15\) эксперименттик коэффициент, \(f=0{,}15\) жылма сүрүлүү коэффициенти, \(F_X=10\) N кыймылдуу бөлүктөрдүн инерция күчү, \(F_Z=920\) N нормал күч жана \(W=80\) N гайканын салмагы.

Номиналдуу бурама диаметри 16 mm, кадамы 4 mm жана кадам диаметри 14 mm тандалган.

Булакта бурама спираль бурчу:

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

жана эквиваленттүү сүрүлүү бурчу:

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

деп эсептелген. \(\lambda \leq \rho_v\) болгондуктан изилдөөчүлөр бурама жуп өзүн-өзү кулпулоо шартын аткарат деген жыйынтыкка келишкен.

Бурама жуптун эсептелген берүү натыйжалуулугу:

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

деп берилген.

Бурама бүктөлүү жана кыймылдаткыч кубаты жагынан жетиштүүбү?

Булакта бурама үчүн критикалык бүктөлүү жүгү 24.525,16 N деп эсептелип, критикалык жүктүн иш жүгүнө катышы 151,86 деп табылган. Бул маани колдонулган минималдуу коопсуздук шартынан кыйла жогору.

Гайканын 90 mm кыймылы 5 секундда бүтүшү керек деп коюлган. Орточо сызыктуу ылдамдык 1,08 m/мүн, максаттуу бурама ылдамдыгы 270 r/min жана бурчтук ылдамдык \(9\pi\) rad/s деп эсептелген.

Жалпы муфта моменти:

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

жана керектүү кыймылдаткыч кубаты:

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

деп табылган.

Механикалык долбоор бөлүмүндө изилдөөчүлөр номиналдык кубаты 0,1 kW жана номиналдык ылдамдыгы 1320 r/min болгон YPE200-4 диск тибиндеги кичине асинхрондук кыймылдаткычты тандашкан. Бирок контрол моделинин кийинки бөлүктөрүндө башка кыймылдаткыч терминологиялары колдонулат; бул булак ичиндеги айырма ыкма эскертүүсүндө өзүнчө сакталган.

Sliplердин динамикалык модели кантип түзүлгөн?

Sliplердин түтүктүн радиалдык багытындагы жылышы \(\Delta y(t)\) жалпыланган координат катары тандалып, система Лагранж ыкмасы менен моделденген.

Узун байланыш таяктарынын узундугу \(L\), гайкадан берилген октук күч \(F_t\), slip массасы \(m_K\) жана сүрүлүү коэффициенти \(u\) болсо, изилдөө төмөнкү динамикалык теңдемеге келет:

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

Теңдеме slipтин радиалдык ылдамдануусун байланыш күчү, механизм геометриясы жана түтүк дубалы менен болгон жылма сүрүлүү аркылуу байланыштырат.

Динамикалык модель физикалык түрдө сыналдыбы?

Ооба, бирок текшерүүнүн чеги тар. Изилдөөнүн физикалык эксперименти толук роботтун суу алдындагы түтүктө бөгөттөө операциясы эмес. Лабораториялык шарттардан улам анкер sliplеринин жылыш кыймылы гана окшоштук принциби менен түзүлгөн эксперименттик түзүлүштө сыналган.

Түзүлүштө электр сызыктуу актуатор slip механизмин түртүп жатканда, жылыш сенсору, күчөткүч, контроллер жана компьютер аркылуу кыймыл жазылган.

Түртүү күчү үчүн алты чекит колдонулган:

Изилдөөчүлөр 10–15 kN диапазонун эң ылайыктуу аймак деп аныктап, жогорку күчтөрдө overshoot тенденциясы бар экенин белгилешет.

Бирок таблицада берилген белгиси бар четтөөлөр теориялык жана эксперименттик маанилерден бирдиктүү математикалык аныктама менен кайра чыгарылбай турганы көрүнөт. Мисалы 8 kNде эксперименттик маани теориялыктан 2,9 mm жогору болсо да четтөө −2,9 mm, ал эми 15 kNде эксперименттик маани 0,1 mm төмөн болсо да +0,1 mm деп берилген. Ошондуктан булак таблицасы ошол бойдон сакталууга жана белгилер үнсүз кайра эсептелбөөгө тийиш.

Изилдөө ошондой эле алты ката мааниси үчүн t-бөлүштүрүү менен %95 ишеним интервалын [−4,03; 2,00] деп билдирет. Булактагы белгиси бар алты четтөө мааниси менен бул интервал түз кайра чыгарылбагандыктан, статистикалык жыйынтык да булакта берилген түрүндө жеткирилиши керек.

Контрол үчүн механикалык модель кантип жөнөкөйлөтүлгөн?

Контрол модели кыймылдаткыч, муфта, бурама, гайка, көп таяктуу механизм жана sliplерден турган берүү чынжырын чагылдырат.

Гайканын октук кыймылы менен slipтин радиалдык кыймылынын ортосундагы сызыктуу эмес геометриялык байланыш:

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

түрүндө берилген.

Бул байланыш \(\Delta x_0=0{,}045\) m иш чекитинин айланасында биринчи тартиптеги Тейлор кеңейтүүсү менен сызыктууланган. Изилдөөчүлөр максималдуу салыштырма сызыктуулануу катасын болжол менен %1,05 деп билдирип, кичине жылыш термелүүлөрү бар контрол долбоору үчүн кабыл алууга болот деп эсептешет.

Өткөрүү функциясында эмне үчүн этият болуу керек?

Булак көздөгөн жалпы өткөрүү функциясы:

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

түрүндө.

Бирок сандык коэффициенттерде булак ичиндеги шайкешсиздик бар. Таблица 4’тө:

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

берилсе, кийинки чыгарууда башка даражалар жана \(\gamma_g\) үчүн башка жазылыштар колдонулат. Булактын акыркы Теңдеме (23)ү:

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

түрүндө басылган. Verianla бул коэффициентти кайра эсептеп өзгөртпөйт; булактын ичиндеги сандык шайкешсиздикти өзүнчө белгилейт.

Классикалык PID кантип жөндөлгөн?

Изилдөөчүлөр контрол түзүлүшүн PID деп аташат, бирок туунду коэффициенти бардык салыштырууларда нөл:

\[ K_d=0 \]

жана булак түзүлүштү ачык түрдө позициялык PI контрол деп аныктайт.

Сынап-көрүү ыкмасы менен тандалган негизги параметрлер:

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

болгон.

Контрол мыйзамы:

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

түрүндө. \(e(t)=x_{ref}-x(t)\), максат менен өлчөнгөн slip жылышынын ортосундагы ката.

Булак негизги step response баалоосунда классикалык контрол үчүн болжол менен 0,8 s көтөрүлүү убактысын жана болжол менен 0,005 mm steady-state error билдирет. Бирок акыркы Таблица 9’да ошол эле PID белгиси менен бузуу жок шарттагы жылыш катасы 5,0 mm деп берилет. Бул эки ката мааниси башка тест аныктамаларынан же симуляция түзүлүштөрүнөн келип чыкканбы так түшүндүрүлбөгөндүктөн, бири-бирин алмаштырбашы керек.

DDPG эмне үчүн PID параметрлерин жөндөөдө колдонулган?

Deep Deterministic Policy Gradient үзгүлтүксүз аракет мейкиндиги үчүн колдонулган Actor–Critic негизиндеги терең бекемдөөчү үйрөнүү ыкмасы. Бул изилдөөдө аракет мейкиндиги үзгүлтүксүз \(K_p\) жана \(K_i\) маанилеринен тургандыктан DDPG тандалган.

Actor тармагынын абал киргизүүсү:

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

деп аныкталган. Actor ушул абалдан реалдуу убакытта:

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

параметрлерин чыгарат.

Critic тармагы учурдагы абал менен Actor чыгарган контрол параметрлеринин күтүлгөн топтолгон сыйлыгын баалайт.

Тажрыйба кайталоо буфери жана максаттуу тармактарды жумшак жаңыртуу окутуунун туруктуулугу үчүн колдонулган. Максаттуу тармак жаңыртуусунда:

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

колдонулган.

Сүрөт 9’да тажрыйба кайталоо буферинин сыйымдуулугу \(N=1\times10^6\), batch өлчөмү болсо \(B=64\) деп көрсөтүлгөн.

Негизги DDPG сыйлык функциясы кантип түзүлгөн?

Биринчи DDPG-PID версиясында сыйлык функциясы:

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

түрүндө.

Үч башка салмак комбинациясы салыштырылып, булак:

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

комбинациясын аз ашып кетүү, тез бузуу басуу жана туруктуу \(K_p\) жүрүм-турумунун ортосунда эң ылайыктуу баланс катары тандаган.

Салыштыруу симуляцияларында тышкы бузуу t = 8 s маалында берилет.

Жакшыртылган DDPGге эмне кошулган?

Стандарттуу DDPG көзөмөлдөө катасы менен ашып кетүүнү гана сыйласа, механикалык анкер системасында коопсуз эмес контрол параметрлери жаралышы мүмкүн. Ошондуктан сыйлык функциясына механикалык чек жазасы кошулган:

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

Жаза механизми төмөнкү шарттарда иштейт:

• \(K_p\) коопсуз иш диапазонунан чыкса,
• \(K_i\) коопсуз иш диапазонунан чыкса,
• slip жылышы уруксат берилген максималдуу механикалык жүрүштөн ашса.

Булакта аныкталган параметр чектери:

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

жана:

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

түрүндө.

Жаза салмагы үчүн 0–2 диапазонунда салыштыруулар жүргүзүлүп:

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

мааниси тез бузуу калыбына келүүсү менен механикалык чектерди сактоонун ортосунда тандалган.

Эмне үчүн Kp үчүн 500–2000 чеги тандалган?

Булактын Таблица 7 жана Сүрөт 15 салыштыруусуна ылайык төмөн \(K_p\) маанилеринде система ашыкча басылып, бузуу таасиринен кийин жай калыбына келген. Өтө жогорку коэффициенттерде болсо жогорку жыштыктагы термелүүлөр пайда болгон.

Изилдөөчүлөр бул салыштыруунун негизинде 500–2000 диапазонун механикалык контрол үчүн колдонууга жарактуу иш аймагы катары тандашкан.

TD3 эмне үчүн өзүнчө салыштырылган?

Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient (TD3), стандарттуу DDPGнин Q-маанисин ашыкча баалоо жана окутуу туруксуздугун азайтууга багытталган референстик алгоритм катары колдонулган.

TD3’те эки өзүнчө Critic тармагы бар жана максаттуу маани эсептелгенде эки Criticтин минималдуу чыгышы колдонулат:

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

Actor тармагы Criticке салыштырмалуу кечигип жаңыртылып, максаттуу аракеттерге кесилген Гаусс ызы-чуусу кошулат.

Сүрөт 17’де TD3 жана жакшыртылган DDPG бузуу жок жана бузуу бар шарттарда 53,4 mm максаттуу жылыш үчүн салыштырылган. Булак жакшыртылган DDPG төмөн ашып кетүү, жумшагыраак жооп жана t = 8 s маалында бузуу берилгенден кийин тезирээк калыбына келүү көрсөткөнүн айтат. Бирок TD3 үчүн Таблица 9’дагыдай өзүнчө сандык ашып кетүү/ката таблицасы берилбегендиктен, бул визуалдык салыштыруудан так TD3 өндүрүм сандары чыгарылбашы керек.

Эки баскычтуу окутуу эмнени билдирет?

Стандарттуу DDPG окутуунун башында сыйлыктын жогорку термелүүсүн жана жай жакындашуусун азайтуу үчүн Actor–Critic тармагы адегенде түтүк линиясынын анкердик блогунун Simulink моделинен түзүлгөн офлайн маалыматтар менен үйрөтүлгөн.

PID параметрлеринин баштапкы издөө аймагы инженердик жөндөө аркылуу алынган ишенимдүү диапазон менен чектелген. Бул ыкма тармактын физикалык мааниси жок параметр аймактарын туш келди изилдөөсүн азайтууга багытталган.

Экинчи баскычта модель онлайн майда жөндөөгө өткөрүлүп, системадан алынган жаңы абал–аракет–сыйлык тажрыйбалары менен саясат жаңыртылат.

Акыркы симуляция жыйынтыктары эмнени көрсөтөт?

Бузуу жок шартта жакшыртылган DDPGнин ашып кетүүсү классикалык PIDге салыштырмалуу %25’тен %3’кө, стандарттуу DDPGге салыштырмалуу %12’ден %3’кө түшөт. Жылыш катасы тиешелүүлүгүнө жараша 5,0 жана 2,0 mmден 0,3 mmге төмөндөйт.

Бузуу бар шартта жакшыртылган DDPG үчүн ашып кетүү %4,0 жана жылыш катасы 0,5 mm. Ошол эле шартта классикалык PID %28 ашып кетүү жана 7,0 mm, стандарттуу DDPG болсо %15 жана 3,0 mm жыйынтык берет.

Сүрөт 18’деги контрол жооптору жана мамыча графиктери бул таблицаны визуалдык колдойт: классикалык PID башында ачык жогорку ашып кетүү көрсөтсө, жакшыртылган DDPG максаттуу 53,4 mmге жумшагыраак жакындайт. t = 8 s маалында бузуу берилгенде классикалык PID жана стандарттуу DDPG ийри сызыктарындагы четтөөлөр чоңураак, жакшыртылган DDPGдеги четтөө кичирээк.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Бурама жетеги, эксцентриктүү кривошип-слайдер жана параллелограмм механизми бириктирилип, алты slipтүү компакттуу анкердик блок долбоорлонгон.
• Slip кыймылынын динамикалык модели Лагранж ыкмасы менен түзүлгөн.
• Slip жылыш жүрүм-туруму алты башка түртүү күчүндө чектелген физикалык лабораториялык эксперимент менен каралган.
• Булак 10–15 kN түртүү диапазонун өз эксперименттик түзүлүшү үчүн ылайыктуу анкер аймагы деп аныктайт.
• DDPG, \(K_p\) жана \(K_i\) параметрлерин үзгүлтүксүз адаптациялоо үчүн колдонулган.
• Жакшыртылган DDPG сыйлык функциясына механикалык чектөө жазасы кошулган.
• \(K_p\) үчүн 500–2000, \(K_i\) үчүн 0,1–0,5 коопсуз иш чектери аныкталган.
• Механикалык жаза салмагы үчүн 0,5 мааниси булак симуляцияларында эң ылайыктуу баланс катары тандалган.
• Эки баскычтуу офлайн алдын ала окутуу жана онлайн майда жөндөө стратегиясы колдонулган.
• Акыркы симуляцияларда жакшыртылган DDPG классикалык PID жана стандарттуу DDPGге караганда төмөн ашып кетүү жана жылыш катасын берген.

Изилдөө колдобогон же азырынча текшербеген жыйынтыктар

• Жакшыртылган DDPG контролу реалдуу суу алдындагы түтүк линиясында ошол эле сандык өндүрүмдү берери көрсөтүлгөн эмес.
• Контрол ыкмасы толук өлчөмдүү PIPR прототибинде физикалык сыналган эмес.
• Hardware-in-the-loop текшерүүсү жүргүзүлгөн эмес.
• Реалдуу суу алдындагы басым, турбуленттүү агым жана узак мөөнөттүү түтүк ичиндеги иш шарттары бир экспериментте чогуу текшерилген эмес.
• Сенсор каталары, байланыш кечигүүсү жана реалдуу электрондук жетектегич динамикасынын баары эксперименттик бааланган эмес.
• Таблица 9 жыйынтыктарын башка диаметр, геометрия же анкер механизмдерине түз жалпылоого болбойт.
• Изилдөө реалдуу түтүк линиясында тыгыздоо нөлдүк агып кетүү менен камсыз болгонун эксперименттик далилдебейт.
• DDPG бардык түтүк робот контрол көйгөйлөрүндө TD3 же башка бекемдөөчү үйрөнүү ыкмаларынан үстөм деген жыйынтык чыгарууга болбойт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Табылгалары

Анкердик блоктун структуралык параметрлери

Динамикалык модель

Slip радиалдык жылышы \(\Delta y\) жалпыланган координат катары колдонулган. Узун таяктардын күчү, slip массасы жана жылма сүрүлүү эске алынып:

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

динамикалык теңдемеси алынган.

Моделде slip кыймылы таза радиалдык жылуу деп кабыл алынат. Бул божомол механикалык моделди жөнөкөйлөтүп, реалдуу шарнир боштуктарын, ийкемдүү деформацияны же өндүрүш толеранстарын түз моделге кошпойт.

Физикалык алдын ала текшерүү

Slip механизми лабораториялык түзүлүштө 5, 8, 12, 15, 22 жана 25 kN түртүү күчтөрүндө сыналган. Булак 10–15 kN диапазонун эң төмөн ката аймагы деп чечмелейт.

Бирок Таблица 3’төгү четтөө белгилеринде жана четтөө кайсы референске карата аныкталганында математикалык белгисиздик болгондуктан, таблица маалыматтары кайра эсептелип оңдолбошу керек.

Контрол моделинин параметрлери

Таблица 4’төгү бул маанилер менен кийинки Теңдеме (23) чыгарууда колдонулган айрым коэффициенттердин ортосунда булак ичиндеги шайкешсиздик бар; акыркы өткөрүү функциясы булакта басылгандай сакталууга тийиш.

Негизги контроллер параметрлерин салыштыруу

Бул салыштыруунун жыйынтыгында \(K_p=1000\), \(K_i=0,2\) жана \(K_d=0\) негизги контрол параметрлери тандалган.

DDPG окутуу жана тармак параметрлери

Акыркы алгоритм жыйынтыктары

Бул таблица изилдөөнүн эң күчтүү сандык контрол жыйынтыгы. Бирок бардык жыйынтыктар Simulink негизиндеги контрол текшерүүсүнө таандык жана реалдуу бөгөттөө роботунун талаа өндүрүмү катары берилбеши керек.

Булак ичиндеги маанилүү техникалык шайкешсиздиктер

Таблица 3 четтөө белгилери: Теориялык жана эксперименттик маанилер менен “Displacement Deviation” белгилери бардык сапта бир эле айырма аныктамасына туура келбейт. 53,4 mm максаттуу мааниге карата түшүндүрмө да бардык сап менен арифметикалык шайкеш эмес.

%95 ишеним интервалы: Булак [−4,03; 2,00] диапазонун берет. Таблицадагы алты белгиси бар четтөөнү колдонгондо бул интервал түз кайра чыгарылбайт. Булактагы маани өзгөртүлгөн эмес.

Өткөрүү функциясынын коэффициенттери: Таблица 4, Теңдеме (22) айланасындагы текст жана Теңдеме (23) алдындагы сандык алмаштыруу \(K_aK_t\) менен \(\gamma_g\) үчүн башка даража же сан берет.

Кыймылдаткыч түрү: Структуралык долбоор YPE200-4 асинхрондук кыймылдаткычты тандаса, контрол бөлүгү step motor жана башка түшүндүрмөдө DC motor/гидравликалык актуатор терминдерин колдонот.

PID/PI аталышы: Изилдөө DDPG-PID терминин колдонот, бирок \(K_d=0\) болгондуктан эффективдүү негизги контрол түзүлүшү булак тарабынан да позициялык PI деп аныкталган.

PID steady-state error: Алгачкы step response түшүндүрмөсүндө болжол менен 0,005 mm, акыркы Таблица 9’да бузуу жок шартта 5,0 mm ката берилет. Булак бул айырманын тест аныктамасын ачык түрдө жараштырбайт.

Эксперименттик текшерүүнүн чыныгы чеги

Изилдөөдөгү физикалык эксперимент анкер sliplеринин механикалык жылыш жүрүм-турумун жана түзүлгөн динамикалык моделдин жалпы тенденциясын текшерүүгө багытталган. DDPG, жакшыртылган DDPG, TD3, сыйлык функциясы же адаптивдүү \(K_p/K_i\) жөндөөсү физикалык сыноо түзүлүшүндө иштетилгенине байланыштуу аппараттык текшерүү берилбейт.

Ошондуктан изилдөөнүн эки текшерүү катмарын бөлүп кароо керек:

• Механикалык модель: чектелген лабораториялык жылыш эксперименти бар.
• Адаптивдүү контрол өндүрүмү: симуляциялык текшерүүгө негизделет.

Бул айырма изилдөөнүн реалдуу инженердик жетилгендигин баалоодо негизги мааниге ээ.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук оригинал изилдөө аталышы: Adaptive Tracking Control of Anchoring Unit for Pipeline Intelligent Plugging Robot Based on Improved Deep Deterministic Policy Gradient

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

Авторлордун ирети: Булактагы ирет өзгөртүүсүз сакталган.

Жооптуу автор: Tingting Wu.

Тең салым/тең биринчи автор: Булакта мындай билдирүү жок.

Мекемелер: 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.

Журнал: Machines.

Басмакана: MDPI.

Библиографиялык жазуу: Machines 2026, 14, 675.

DOI: 10.3390/machines14060675.

Расмий жарыя шилтемеси:https://doi.org/10.3390/machines14060675

Жарыяланган күнү: 10 Июнь 2026.

Булактын түрү жана рецензия абалы: Рецензияланган оригинал изилдөө макаласы. Анкер механизминин кыймыл модели чектелген физикалык эксперимент менен каралып, жакшыртылган DDPG-PID контрол өндүрүмү симуляция менен текшерилген.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Каржылоо: 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) жана Henan Province жогорку окуу жайларынын Key Scientific Research Project Plan алкагындагы Research Special Program (26ZX018).

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Авторлор маалыматтар макаланын ичинде экенин билдиришкен.

Кызыкчылыктар кагылышы: Авторлор кызыкчылыктар кагылышы жок экенин билдиришкен.

Автор салымдары: Tingting Wu концептуалдаштыруу, ыкма жана каржылоо алууда; Yaxin Liu ыкма, программалык камсыздоо, текшерүү жана биринчи долбоордо; Laihe Qi программалык камсыздоо жана текшерүүдө; Pu Wang текшерүүдө; Qingtao Liang изилдөөдө; Shuai Li жана Xingxing Wang ресурстарда; Lijian Li маалымат уюштурууда; Xingyuan Miao карап чыгуу жана редакциялоодо; Hong Zhao көзөмөлдө иштеген.

Бул Verianla макаласындагы робот түзүлүшү, механикалык өлчөмдөө, динамикалык теңдемелер, физикалык эксперимент жыйынтыктары, контрол архитектуралары, DDPG/TD3 түшүндүрмөлөрү, сыйлык функциялары жана өндүрүм маанилери каралган булак изилдөөгө негизделген. Библиографиялык идентификациядан башка тышкы булактардан жаңы илимий эксперимент же өндүрүм жыйынтыгы кошулган эмес.

Негизги методологиялык чек: Механикалык анкердик блок үчүн slip жылыш процесси лабораториялык масштабдагы физикалык түзүлүштө сыналган. Ал эми жакшыртылган DDPG-PIDнин акыркы өндүрүм жыйынтыктары MATLAB/Simulink симуляциясына негизделет. Толук өлчөмдүү робот, hardware-in-the-loop, реалдуу суу алдындагы түтүк линиясы, талаа басымы жана узак мөөнөттүү туруктуулук текшерүүсү азыркы изилдөөдө жок.

Таблица 3 шайкешсиздиги: Теориялык жана эксперименттик жылыш маанилери менен булакта берилген белгиси бар четтөөлөр бардык сапта бир эле айырма аныктамасын карманбайт. Булакта берилген %95 ишеним интервалы да таблицадагы алты белгиси бар маанини колдонуп түз чыгарылбайт. Сандар булакта кандай болсо ошондой сакталган.

Өткөрүү функциясынын шайкешсиздиги: Таблица 4 жана Теңдеме (23) чыгаруу \(K_aK_t\) менен \(\gamma_g\) үчүн башка даража/сандарды колдонот. Акыркы теңдеме булакта басылган түрүндө берилген, коэффициенттер үнсүз кайра эсептелген эмес.

Кыймылдаткыч жана актуатор терминологиясы: Механикалык долбоор YPE200-4 диск тибиндеги асинхрондук кыймылдаткычты тандаса, контрол модели бөлүмдөрүндө step motor, DC motor жана бир жерде гидравликалык актуатор терминдери колдонулат. Булак бул терминологиялык айырмачылыктарды өзүнчө түшүндүрбөйт.

PID/PI эскертүүсү: Макала жана алгоритм аталышында “PID” колдонулса да, тандалган контроллерде \(K_d=0\) жана булак негизги түзүлүштү позициялык PI контрол деп аныктайт.

Контрол катасы эскертүүсү: Алгачкы PID step response баалоосунда болжол менен 0,005 mm steady-state error айтылса, акыркы Таблица 9’да бузуу жок PID displacement error 5,0 mm деп берилет. Бул эки жыйынтык булакта бирдей метрика жана тест шарты астында ачык жараштырылган эмес.