Utafiti huu unachunguza ufuatiliaji wa njia katika muda halisi wa Mfumo wa Rota Pacha wenye Ingizo Nyingi na Matokeo Nyingi (Twin Rotor MIMO System, TRMS), ambao si wa mstari, umeunganishwa kwa nguvu na si thabiti katika mzunguko wazi. Kwa kuwa katika kifaa halisi ni pembe za pitch na yaw pekee zinazoweza kupimwa moja kwa moja, watafiti walitumia Kichunguzi chenye Gain ya Juu (High-Gain Observer, HGO) kukadiria kasi mbili za angular na torati mbili za rota ambazo hazipimwi; kisha wakajaribu miundo mitatu tofauti ya udhibiti wa backstepping kwenye TRMS halisi kwa kiwango cha sampuli cha 1 kHz. Wakati mbinu ya kawaida ya backstepping ilivuka kikomo cha 4 rad baada ya takribani sekunde 42 kutokana na kutokuwa thabiti kunakoendelea katika mhimili wa yaw, miundo mitatu iliyotumia adaptive tuning functions, Brain Storm Optimization (BSO) na Artificial Bee Colony (ABC) ilikamilisha jaribio la muda halisi la sekunde 100. Katika mhimili wa pitch, thamani za chini zaidi za RMSE zilikuwa 0,0821 rad kwa BSO na 0,0822 rad kwa ABC, huku katika mhimili wa yaw RMSE ya chini zaidi ya 0,2244 rad ikipatikana katika muundo wa adaptive tuning functions. Hata hivyo, makadirio ya kasi za angular na torati za rota kwa hali nne zisizoonekana hayakuthibitishwa moja kwa moja kwa sensa huru za marejeo, na kipimo kilichoidhinishwa cha WCET kwenye maunzi lengwa kwa muda wa mzunguko wa 1 ms wa algoriti za BSO/ABC hakikufanywa.

Hitimisho kuu la kihandisi la utafiti huu ni kuonyesha kwamba tatizo la uthabiti na tatizo la usahihi si lazima yatatuliwe kwa utaratibu uleule wa udhibiti. Kulingana na tafsiri ya watafiti, tuning functions huondoa tatizo la uparameta kupita kiasi katika muundo wa adaptive backstepping na kuboresha hasa uthabiti wa njia ya yaw, huku uboreshaji wa mtandaoni wa BSO na ABC ukisasisha gain za udhibiti wakati mfumo unafanya kazi na kuongeza hasa usahihi wa ufuatiliaji katika mhimili wa pitch.

Tofauti kati ya uigaji na jaribio halisi ni mojawapo ya matokeo muhimu ya utafiti. Katika mazingira bora ya MATLAB/Simulink, kidhibiti cha kawaida cha backstepping kilionyesha tabia inayokubalika katika mihimili yote miwili, lakini katika mfumo halisi njia ya yaw ikawa si thabiti chini ya quantization ya encoder, saturation ya aktueta, msuguano wa kimakanika, athari za aerodinamiki ambazo hazikuwekwa kwenye modeli na ucheleweshaji katika mnyororo wa ukusanyaji data. Kwa hiyo, ushahidi mkuu wa utafiti unatokana zaidi na majaribio ya sekunde 100 yaliyofanywa kwenye TRMS halisi kuliko kutoka kwenye mikunjo ya uigaji.

Kwa mtazamo wa Uturuki, utafiti huu unaweza kutazamwa si kama suluhisho la moja kwa moja la udhibiti wa uwanjani kwa ndege isiyo na rubani au mifumo ya rota, bali kama rejea ya kimethodolojia kwa maabara zinazofanya kazi kuhusu udhibiti usio wa mstari wa vigezo vingi, uboreshaji uliopachikwa wa muda halisi na ukadiriaji wa hali unaotegemea kichunguzi. Kuhamisha matokeo ya utafiti kwa chombo halisi cha anga nchini Uturuki au jukwaa tofauti la viwandani kunahitaji kuunda upya modeli na kuithibitisha kwa majaribio chini ya azimio la sensa, mipaka ya aktueta, aerodinamiki, maunzi ya ukokotoaji na hali za mazingira za mfumo huo.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

TRMS ni kifaa cha maabara kisicho cha mstari chenye viwango viwili vya uhuru, ambapo rota kuu na rota ya mkia huzalisha mwendo wa pitch na yaw ndani ya mfumo mmoja wa kimakanika. Rota kuu hudhibiti hasa mwendo wa pitch, na rota ya mkia hudhibiti mwendo wa yaw; hata hivyo, njia hizo mbili si huru kabisa kutokana na athari za aerodinamiki na gyroscopic.

Vekta ya hali ya mfumo ina vigezo sita:

\[ x = \begin{bmatrix} \psi & \dot{\psi} & \tau_1 & \phi & \dot{\phi} & \tau_2 \end{bmatrix}^{T} \]

Hapa \(\psi\) inawakilisha pembe ya pitch, \(\phi\) pembe ya yaw, \(\dot{\psi}\) na \(\dot{\phi}\) kasi za angular, huku \(\tau_1\) na \(\tau_2\) zikiwakilisha torati za rota kuu na rota ya mkia. Kifaa halisi hupima moja kwa moja pembe za pitch na yaw pekee:

\[ y = \begin{bmatrix} \psi & \phi \end{bmatrix}^{T} \]

Kwa hiyo, hali nne kati ya sita zinazohitajika na kidhibiti cha backstepping haziwezi kupatikana moja kwa moja kutoka kwa sensa. Tatizo la kwanza la utafiti ni kukadiria hali hizi nne kwa kichunguzi, na la pili ni kuuweka mfumo usio wa mstari na uliounganishwa kwa uthabiti kwenye njia ya marejeo katika muda halisi.

Kwa nini TRMS halisi ni tatizo gumu la udhibiti?

TRMS iliyotumika katika utafiti si thabiti katika mzunguko wazi na ina coupling kubwa kati ya rota mbili. Inertia katika mihimili ya pitch na yaw, msuguano wa viscous na Coulomb, momenti ya mvuto, momenti za aerodinamiki za rota, time constants za mota na momenti za gyroscopic/reaction zote hujitokeza pamoja katika milinganyo ya hali isiyo ya mstari.

Inertia ya pitch imeundwa kama \(I_1 = 6,8 \times 10^{-2}\,\mathrm{kg\,m^2}\), na inertia ya yaw kama \(I_2 = 2,0 \times 10^{-2}\,\mathrm{kg\,m^2}\). Volti za udhibiti zinazotolewa kwa mota ziko ndani ya kikomo kifuatacho kutokana na maunzi halisi:

\[ |u_i| \leq 2,5\ \mathrm{V} \]

Encoder za incremental zinazopima pembe za pitch na yaw huzalisha mipigo 2000 kwa kila mzunguko. Utafiti unaeleza azimio lake la angular la takribani:

\[ \frac{2\pi}{2000} \approx 0,00314\ \mathrm{rad} \]

Kwa hiyo, dhana ya kipimo bora endelevu haitumiki katika jaribio halisi.

Muundo wa backstepping uliundwaje?

Badala ya kuushughulikia mfumo kama kidhibiti kimoja cha kati cha daraja la sita, watafiti waliugawanya katika mifumo miwili midogo ya strict-feedback ya daraja la tatu: \((x_1,x_2,x_3)\) kwa pitch na \((x_4,x_5,x_6)\) kwa yaw. Coupling ya aerodinamiki kati ya njia hizo ilichukuliwa kama usumbufu wenye kikomo.

Katika mbinu ya backstepping, tatizo la udhibiti hugawanywa katika vigezo vya makosa vinavyofuatana, na sheria pepe za udhibiti huundwa kwa kutumia kazi ya Lyapunov katika kila hatua. Tofauti muhimu katika mbinu ya adaptive ya utafiti ni kwamba, badala ya kuunda sheria tofauti za ukadiriaji wa parameta katika kila hatua ya backstepping, sheria moja iliyounganishwa ya kusasisha hutumiwa kupitia tuning functions.

Kwa ujumla, usasishaji wa parameta adaptive ni:

\[ \dot{\hat{\theta}} = \Gamma \tau_n \]

Hapa \(\hat{\theta}\) inawakilisha makadirio ya parameta za kimwili zisizo na uhakika, \(\Gamma\) ni matriksi chanya-definite ya gain za adaptation, na \(\tau_n\) ni tuning function iliyounganishwa inayoundwa na hatua zote za backstepping.

Katika uchanganuzi wa Lyapunov, watafiti hupata derivative ya kazi ya jumla kwa ujumla kama:

\[ \dot{V} = -\sum_{k=1}^{n} c_k z_k^2 < 0 \]

Hapa \(z_k\) ni kuratibu za kosa la backstepping, na \(c_k>0\) ni gain za usanifu. Muundo huu hutoa msingi wa kukaribia kwa vigezo vya makosa chini ya dhana bora za kihisabati.

Saturation ya aktueta inawekaje kikomo kwenye matokeo ya uthabiti?

Ingawa usanifu wa kinadharia wa state feedback hutoa uthabiti wa asymptotic, ingizo za mota za TRMS halisi zimewekewa kikomo cha ±2,5 V. Kwa hiyo, makala inapozingatia kichunguzi na kidhibiti kwa pamoja, inaeleza matokeo si kama uthabiti wa kimataifa bali kama uthabiti wa asymptotic wa nusu-kimataifa ndani ya eneo la mvuto linaloamuliwa na mipaka ya aktueta na hali za mwanzo.

Kichunguzi chenye Gain ya Juu hufanya nini?

Kichunguzi chenye Gain ya Juu hujaribu kujenga upya vekta ya hali ya mfumo wenye hali sita kwa kutumia tu pembe \(\psi\) na \(\phi\) zinazopimwa na encoder mbili. Muundo mkuu wa kichunguzi katika utafiti ni:

\[ \dot{\hat{x}} = f(\hat{x}) + Bu + \left( \frac{\partial \varphi(\hat{x})}{\partial \hat{x}} \right)^{-1} \Lambda^{-1}(\theta,\delta)L \left(y-C\hat{x}\right) \]

Kwa njia ya pitch, parameta ya gain ya juu \(\theta_1=2\), na kwa njia ya yaw \(\theta_2=1,5\) ilichaguliwa. Watafiti walibainisha thamani hizi kwa majaribio ili kuweka uwiano kati ya convergence ya haraka na kuongezwa kwa kelele ya encoder.

Hali zinazoweza kuthibitishwa moja kwa moja kwa kichunguzi ni pembe za pitch na yaw pekee ambazo pia hupimwa na sensa. Katika jaribio la muda halisi la sekunde 100, RMSE kati ya kichunguzi na encoder ilikuwa 0,0383 rad kwa pitch na 0,1304 rad kwa yaw. Kwa kuzingatia amplitudes za marejeo, utafiti unaziripoti kama takribani %7,7 na %13 za kosa la ukadiriaji lililonormalishwa.

Kwa kuwa kichunguzi kilianzishwa katika hali ya mfumo uliotulia, hakuna mruko mkubwa wa awali wa peaking ulioonekana katika njia za pembe zilizopimwa. Katika njia ya yaw, hasa maeneo ambako mwelekeo wa kasi hubadilika, kuna mitikisiko midogo ambayo watafiti wanaihusisha na quantization ya encoder na mtetemo wa kimakanika.

Hata hivyo, kwa \(\hat{x}_2\), \(\hat{x}_3\), \(\hat{x}_5\) na \(\hat{x}_6\), yaani kasi mbili za angular na torati mbili za rota, hakuna ulinganisho wa moja kwa moja wa ground-truth uliofanywa kwa sababu hakuna sensa huru ya kasi au torati katika kifaa halisi. Ubora wa makadirio haya unaungwa mkono kwa njia isiyo ya moja kwa moja tu kupitia ukweli kwamba mzunguko wa udhibiti uliendelea kuwa wenye mipaka na thabiti kwa sekunde 100.

BSO na ABC huboresha nini?

Vidhibiti vya metaheuristic si mwendelezo wa moja kwa moja wa adaptive tuning functions. Katika miundo hii miwili, muundo wa nominal backstepping unabaki, lakini badala ya kukadiria parameta za kimwili, gain za usanifu wa backstepping huboreshwa mtandaoni.

Kwa kila mhimili, kigezo cha uamuzi kina gain tatu:

\[ c = \begin{bmatrix} c_1 & c_2 & c_3 \end{bmatrix}^{T} \]

Kwa mhimili wa yaw, \(c_4,c_5,c_6\) hutumiwa kwa namna sawa. Mipaka ya uboreshaji kwa kila njia imewekwa kama:

• gain ya kwanza: 0,1–10,0,
• gain ya pili: 0,1–5,0,
• gain ya tatu: 0,01–1,0

.

Algoriti zote mbili hupunguza kazi ileile ya lengo:

\[ J(c,e) = |e(t)| + \lambda \|c\|^2 \]

na mgawo wa regularization:

\[ \lambda = 5\times10^{-4} \]

ulichaguliwa. Kipengele cha kwanza hulenga kupunguza kosa la njia la papo hapo, huku cha pili kikiadhibu gain za udhibiti zilizo kubwa kupita kiasi.

Brain Storm Optimization ilitekelezwaje?

Katika utekelezaji wa BSO, suluhisho 20 zinazowezekana hugawanywa katika makundi manne. Algoriti hutumia vituo vya makundi na vekta za gain za wagombea kutafuta karibu na suluhisho nzuri zilizopo na pia kutengeneza wagombea wapya kati ya makundi. Uwezekano wa kubadilisha kituo cha kundi umepewa 0,20, uwezekano wa kuchagua kundi moja 0,80 na uwezekano wa uzalishaji unaotegemea kituo 0,40.

Mabadiliko muhimu ya muda halisi katika utekelezaji wa BSO mtandaoni ni kutumia loops zenye kikomo cha juu kinachojulikana wakati wa compilation badala ya loops zinazotegemea data na zenye muda usiojulikana. Hivyo, lengo ni kuweka kikomo kwa idadi ya operesheni za msingi katika kila mwito wa udhibiti.

Artificial Bee Colony ilitekelezwaje?

Katika muundo wa ABC, jumla ya suluhisho 20 zinazowezekana zilitumiwa; hizi zilishughulikiwa kwa muundo wa 10 employed bee na 10 onlooker bee. Baada ya hatua za employed na onlooker zinazoboresha suluhisho zilizopo, suluhisho ambalo halijaonyesha uboreshaji kwa mizunguko 15 huanzishwa upya kwa nasibu katika hatua ya scout.

Kwa kuwa mfumo wa udhibiti hufanya kazi kwa 1 kHz, mizunguko 15 inalingana na takribani kipindi cha kutokuwa na maendeleo cha 15 ms. Utafiti ulitathmini tabia hii kali ya kuanzisha upya kuwa inafaa kwa hali za aerodinamiki zinazobadilika kwa kiwango cha sekunde.

Kikomo cha dai la muda halisi ni nini?

Inaelezwa kuwa BSO na ABC zimewekewa kikomo cha takribani \(2\times10^3\) operesheni za msingi katika kila mwito wa udhibiti, na loops zote zina idadi maalumu na finyu ya marudio iliyowekwa wakati wa compilation. Hii huzuia algoriti kubadilika kuwa mwito usio na mwisho au usiodhibitika kwa sababu ya uchaguzi wa nasibu.

Hata hivyo, watafiti hawakurekodi usambazaji wa nyakati halisi za utekelezaji kwenye kompyuta lengwa na hawakufanya uchanganuzi uliothibitishwa wa worst-case execution time (WCET). Kwa hiyo, hitimisho la utafiti la “uwezekano wa utekelezaji wa muda halisi wa 1 kHz” linategemea mzigo wa ukokotoaji uliowekewa mipaka kimuundo na uendeshaji halisi uliofanikiwa; halimaanishi kipimo cha muda kilichoidhinishwa kinachothibitisha utekelezaji wa chini ya 1 ms katika kila hali.

Kwa nini uigaji pekee haukutosha?

Katika uigaji wa MATLAB/Simulink, vidhibiti vyote vinne vilionyesha ufuatiliaji unaokubalika wa njia. Hasa kidhibiti cha kawaida cha baseline ambacho baadaye kilikosa uthabiti katika jaribio halisi kilionekana kufanikiwa katika uigaji bora.

Katika mfumo halisi, kuna tofauti nne muhimu: takribani 0,00314 rad ya quantization ya encoder, saturation ya aktueta ya ±2,5 V, mabadiliko halisi ya kimakanika na aerodinamiki ambayo parameta za nominal zisizobadilika haziwezi kuwakilisha, na athari za ucheleweshaji/quantization katika mnyororo wa ukusanyaji data. Kwa hiyo, watafiti wanayachukulia majaribio ya muda halisi kama ushahidi mkuu wa utafiti.

Nini kilitokea katika jaribio halisi la kimwili?

Njia za marejeo ziliwekwa sawa kwa miundo yote:

\[ x_{1d}(t)=0,5\sin(0,5t)\ \mathrm{rad} \]

\[ x_{4d}(t)=1,0\sin(0,5t)\ \mathrm{rad} \]

Katika kidhibiti cha kawaida cha backstepping, tabia ya yaw ilianza kuzorota hatua kwa hatua baada ya takribani sekunde ya 20, ikazidi 4 rad katika sekunde ya 42, na jaribio likasitishwa ili kuzuia hatari ya uharibifu wa kimakanika. Pitch RMSE katika kipindi hiki cha jaribio ilikokotolewa kuwa 0,2571 rad, na yaw RMSE kuwa 2,5624 rad.

Muundo uliotumia adaptive tuning functions ulikamilisha sekunde 100 katika mihimili yote miwili. Pitch RMSE ilishuka hadi 0,1588 rad na yaw RMSE hadi 0,2244 rad. Makala inaripoti haya kama kupungua kwa RMSE kwa %38 na %91 mtawalia ikilinganishwa na baseline.

Katika muundo uliotumia BSO, pitch RMSE ilikuwa 0,0821 rad na yaw RMSE 0,2291 rad; katika muundo uliotumia ABC, pitch RMSE ilikuwa 0,0822 rad na yaw RMSE 0,2255 rad. Katika mhimili wa pitch, algoriti hizi mbili za metaheuristic zilitoa matokeo karibu sawa.

Matokeo ya ITAE yanaonyesha nini?

Mbali na RMSE, Integral Time-weighted Absolute Error (ITAE) huadhibu zaidi kosa linalodumu kwa muda. Matokeo ya majaribio ya muda halisi ya utafiti ni kama ifuatavyo:

Kwa Pitch ITAE, thamani ya chini zaidi ni 343,72 rad·s kwa BSO, na kwa yaw ITAE thamani ya chini zaidi ni 1005,37 rad·s kwa ABC. Hata hivyo, kwa kuwa thamani za baseline zimekokotolewa kutoka rekodi iliyopo ya takribani sekunde 42 na matokeo ya miundo mingine kutoka sekunde 100, madirisha ya muda ya ulinganisho huu si sawa.

Grafu zinaeleza nini?

Katika grafu ya baseline ya muda halisi, inaonekana wazi kwamba matokeo ya yaw huendelea kuondoka kwenye sinus ya marejeo na kufikia zaidi ya 4 rad karibu na sekunde ya 42. Kinyume chake, mikunjo ya yaw katika majaribio ya adaptive tuning functions, BSO na ABC hubaki yenye mipaka karibu na marejeo kwa muda wote wa jaribio la sekunde 100.

Katika grafu za BSO na ABC, matokeo ya pitch yanaonekana kufuata sinus ya marejeo kwa ukaribu zaidi kuliko muundo wa adaptive tuning functions. Matokeo ya kiasi ya RMSE katika utafiti pia yanathibitisha tofauti hii inayoonekana.

Katika grafu ya ulinganisho wa moja kwa moja kwa HGO, pembe za pitch na yaw zilizokadiriwa na kichunguzi zimewekwa juu ya vipimo halisi vya encoder. Makadirio ya pitch yanafuata ishara iliyopimwa kwa ukaribu sana, huku njia ya yaw ikionyesha tofauti na mitikisiko iliyo wazi zaidi hasa karibu na mabadiliko ya mwelekeo. Tofauti hii ya uchunguzi pia inaonekana katika thamani za RMSE za namba.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Miundo mitatu iliyopendekezwa ya udhibiti inayotegemea kichunguzi ilikamilisha ufuatiliaji wa njia wa sekunde 100 kwenye TRMS halisi kwa kiwango cha sampuli cha 1 kHz.
• Baseline ya kawaida ilikosa uthabiti katika njia ya yaw chini ya hali zilezile za kimwili na jaribio likasitishwa baada ya takribani sekunde 42.
• Muundo wa adaptive tuning functions ulitoa thamani ya chini zaidi ya yaw RMSE ndani ya mpangilio uliopimwa.
• Miundo ya BSO na ABC ilipata RMSE ndogo katika mhimili wa pitch kuliko mbinu ya adaptive tuning functions.
• Makadirio ya pembe za pitch na yaw ya HGO yalilinganishwa moja kwa moja na vipimo vya encoder na kuonyesha kosa la ukadiriaji lenye mipaka kwa sekunde 100.
• Loops katika muundo wa msimbo wa BSO na ABC zilibadilishwa kuwa na idadi finyu ya marudio iliyowekewa kikomo wakati wa compilation, hivyo mzigo wa ukokotoaji kwa kila mwito wa udhibiti uliwekewa kikomo kimuundo.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono au haujathibitisha moja kwa moja

• Utafiti huu hauonyeshi mafanikio ya ndege halisi ya helikopta au ndege isiyo na rubani; mfumo uliotumika ni kifaa cha maabara cha TRMS.
• Makadirio ya kasi za angular na torati za rota ya HGO hayakuthibitishwa moja kwa moja kwa sensa huru za ground-truth za kasi au torati.
• Hakuna kipimo cha WCET kilichoidhinishwa kinachoonyesha kwamba BSO au ABC hufanya kazi chini ya 1 ms kila wakati kwenye maunzi yote.
• Haiwezi kuhitimishwa kwamba BSO kwa ujumla ni bora kuliko ABC au ABC kwa ujumla ni bora kuliko BSO; katika utafiti huu utendaji wao katika tatizo la uboreshaji wa gain la vipimo vitatu ulikuwa karibu sawa.
• Matokeo hayawezi kuhamishwa moja kwa moja kwa majukwaa ya vipimo vikubwa zaidi au yenye aerodinamiki tofauti bila uthibitishaji wa majaribio.
• Utafiti hautoi uthibitishaji wa uwanjani chini ya usumbufu wa upepo au mabadiliko mapana ya mazingira katika hali halisi ya kuruka.

Nguvu za utafiti

Nguvu muhimu ya utafiti ni ulinganisho wa miundo minne tofauti ya backstepping chini ya HGO ileile, njia zilezile za marejeo, kiwango kilekile cha sampuli na TRMS ileile halisi. Hivyo utafiti umeenda zaidi ya matokeo ya uigaji na kuonyesha moja kwa moja mafanikio ya udhibiti kwenye jukwaa halisi.

Nguvu nyingine ni kwamba kichunguzi kimetathminiwa kwa uchanganuzi tofauti wa ukadiriaji angalau kwa hali mbili zinazoweza kupimwa moja kwa moja na sensa. Watafiti pia wameeleza wazi kwamba uthibitishaji wa moja kwa moja haukuwezekana kwa hali nne zisizopimwa.

Utafiti unalishughulikia tatizo la uandishi wa msimbo wa muda halisi kwa BSO na ABC si kwa upande wa utendaji wa algoriti pekee, bali pia kwa upande wa mzigo finyu wa ukokotoaji wa mzunguko wa udhibiti. Kubadilisha loops zinazotegemea data kuwa bounded loops ni muhimu hasa kwa utekelezaji uliopachikwa wa 1 kHz.

Vikwazo vikuu

• Kwa sababu jaribio la baseline lilikatishwa baada ya sekunde 42, vipimo vya utendaji vya miundo minne havikupatikana kutoka dirisha lilelile la muda kabisa.
• Hakuna uthibitishaji huru wa sensa kwa hali nne zisizopimwa za HGO.
• Uchanganuzi wa WCET ulioidhinishwa kwenye maunzi lengwa haukufanywa kwa BSO na ABC.
• Uchanganuzi mpana wa unyeti kwa hyperparameters za BSO na ABC haujawasilishwa.
• Majaribio yanategemea jukwaa moja la maabara la TRMS.
• Matumizi ya pamoja ya adaptive tuning functions na uboreshaji wa gain wa metaheuristic ndani ya kidhibiti kimoja kilichounganishwa yaliachwa kama kazi ya baadaye.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Miundombinu ya majaribio na ukokotoaji

Miundo minne ya udhibiti iliyolinganishwa

1. Baseline ya kawaida ya backstepping isiyo adaptive.
2. Adaptive backstepping yenye HGO na tuning functions.
3. Backstepping yenye HGO na gain zinazorekebishwa mtandaoni na BSO.
4. Backstepping yenye HGO na gain zinazorekebishwa mtandaoni na ABC.

Miundo yote ilitathminiwa kwenye jukwaa lilelile halisi, kwa muundo uleule wa HGO, njia zilezile za marejeo, kiwango kilekile cha sampuli cha 1 kHz na hali zilezile za mwanzo.

Matokeo ya utendaji wa muda halisi

Kwa Pitch RMSE, BSO ilitoa thamani ya chini zaidi ya 0,0821 rad; matokeo ya ABC ya 0,0822 rad yako karibu sana kwa vitendo. Kwa yaw RMSE, thamani ya chini zaidi ya 0,2244 rad ilipatikana katika muundo wa adaptive tuning functions. Kwa ITAE, BSO ilitoa thamani ya chini zaidi kwa pitch, na ABC kwa yaw.

Maboresho dhidi ya baseline yaliyoripotiwa na makala

Asilimia hizi ni matokeo ya Jedwali 5 la utafiti wenyewe. Kwa kuwa jaribio la baseline lilikatishwa baada ya sekunde 42, inapaswa kuzingatiwa kwamba thamani za RMSE na ITAE za baseline hazina dirisha lilelile la tathmini kama vipimo vya sekunde 100 vya miundo mingine.

Matokeo ya uthibitishaji wa HGO

Kwa kuwa hakuna sensa huru ya marejeo kwa makadirio ya kasi za angular na torati za rota, uthibitishaji wa hali hizi nne si wa moja kwa moja. Watafiti wanaeleza kwamba kama makadirio haya yangekuwa na peaking kubwa au kuongezwa kwa kelele bila kikomo, kidhibiti cha backstepping kingetarajiwa kusukumwa hadi saturation ya aktueta ya 2,5 V na kukosa uthabiti; kwa hiyo, uendeshaji thabiti wa sekunde 100 unaunga mkono kwa njia isiyo ya moja kwa moja ubora wa makadirio ya hali hizi.

Parameta za BSO

Parameta za ABC

Tafsiri ya kisayansi

Kulingana na tafsiri ya utafiti wenyewe, tuning functions na uboreshaji wa metaheuristic hazitatui tatizo lilelile. Tuning functions ni utaratibu wa kimuundo wa uthabiti unaolenga kuondoa uparameta kupita kiasi katika muundo wa adaptive backstepping. BSO na ABC, kwa upande mwingine, huboresha gain za usanifu wa udhibiti wakati mfumo unafanya kazi ili kuboresha usahihi wa ufuatiliaji.

Tofauti hii pia inaonekana katika matokeo ya majaribio: tuning functions ziliondoa kutokuwa thabiti kwa yaw na kutoa thamani ya chini zaidi ya yaw RMSE; BSO na ABC zilipunguza zaidi kosa la pitch kwa takribani nusu na kulifikisha karibu na 0,082 rad. Watafiti wanaeleza kwamba taratibu hizi mbili ni za kukamilishana zaidi kuliko kushindana, na kwamba kuchanganya zote mbili katika kidhibiti kimoja kunapaswa kuchunguzwa katika kazi ya baadaye.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: High-Gain Observer-Based Backstepping Control for Real-Time Trajectory Tracking of a Twin Rotor MIMO System: Adaptive Tuning Functions Versus Metaheuristic Gain Optimization

Waandishi, kwa mpangilio wa asili: Abderrahmane Kacimi; Mohamed Mostefaoui; Azeddine Beloufa; Souaad Tahraoui; Abdelbasset Azzouz; Jun-Jiat Tiang; Mehdi Houari Zaid.

Mwandishi wa kwanza sawa/mchango sawa: Chanzo hakijaonyesha alama ya mwandishi wa kwanza sawa au mchango sawa.

Mwandishi anayewasiliana: Jun-Jiat Tiang.

Taasisi:

1. Department of Instrumentation Maintenance, Institute of Maintenance and Industrial Safety, University of Oran 2, Oran 31000, Algeria.
2. Laboratory of Electrical Engineering and Renewable Energies (LGEER), Electronic Department, Hassiba Benbouali University, Chlef 02000, Algeria.
3. Signals, Systems and Artificial Intelligence Laboratory (2SAIL), Electronic Department, Hassiba Benbouali University, Chlef 02000, Algeria.
4. Laboratory of Electronics, Advanced Signal Processing, and Microwave (LESM), Department of Telecommunications, Saida University, Saida 20000, Algeria.
5. Centre for Wireless Technology, Centre of Excellence for Intelligent Network, Faculty of Artificial Intelligence and Engineering, Multimedia University, Cyberjaya 63100, Malaysia.
6. Laboratoire AVCIS (Automatisation, Vision et Contrôle Intelligents des Systèmes), Département d’Automatique, Faculté de Génie Électrique, University of Science and Technology of Oran (USTO-MB), Oran 31000, Algeria.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu.

Jarida: Actuators.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / namba ya makala: 15 / 8 / 411.

DOI: 10.3390/act15080411

Kiungo rasmi cha uchapishaji:https://doi.org/10.3390/act15080411

Mchakato wa uchapishaji: Ilipokelewa 12 Juni 2026, ikarekebishwa 15 Julai 2026, ikakubaliwa 22 Julai 2026 na kuchapishwa 27 Julai 2026.

Hali ya mapitio ya wataalamu: Ni makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu, kukubaliwa na kuchapishwa katika jarida.

Leseni: Leseni ya ufikiaji wazi ya Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Imeelezwa kwamba ada ya uchakataji wa makala (APC) ililipwa na Multimedia University, Malaysia.

Upatikanaji wa data: Imeripotiwa kwamba data iliyowasilishwa katika utafiti inaweza kupatikana kwa ombi kutoka kwa mwandishi anayewasiliana.

Mgongano wa maslahi: Waandishi walitangaza kwamba hawana mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana A.K., A.B. na J.-J.T.; mbinu A.K., A.B. na S.T.; programu A.K. na M.H.Z.; uthibitishaji A.K., A.B. na M.M.; uchanganuzi rasmi A.K., S.T., M.M., A.A. na M.H.Z.; uchunguzi A.K., M.M., S.T. na A.A.; rasilimali A.B., A.A. na J.-J.T.; usimamizi wa data A.K. na M.H.Z.; rasimu ya kwanza A.K.; mapitio na uhariri A.K., A.B., S.T., A.A., J.-J.T. na M.H.Z.; uonyeshaji A.K., S.T. na M.M.; usimamizi A.B. na J.-J.T.; usimamizi wa mradi A.B. na J.-J.T.; upatikanaji wa ufadhili J.-J.T. uliripotiwa.

Kikomo cha maudhui ya kisayansi: Matokeo ya majaribio, thamani za namba, miundo ya udhibiti, parameta za modeli na tafsiri za kisayansi katika maudhui haya ya Verianla yanategemea utafiti uliochunguzwa. Uhakiki wa bibliografia wa nje ulitumika tu kuthibitisha utambulisho wa uchapishaji; hakuna matokeo mapya ya majaribio kutoka vyanzo vya nje yaliyoongezwa kwenye maudhui makuu ya kisayansi.

Kikomo cha kimethodolojia: Makadirio ya pembe za pitch na yaw ya HGO yalithibitishwa moja kwa moja dhidi ya vipimo vya encoder; kwa kuwa hakuna sensa huru ya marejeo kwa makadirio ya kasi za angular na torati za rota, haya yanaungwa mkono kwa njia isiyo ya moja kwa moja tu na ukweli kwamba mzunguko uliofungwa uliendelea kufanya kazi kwa mipaka na kwa uthabiti kwa sekunde 100. Aidha, ingawa imeonyeshwa kwamba idadi ya operesheni katika utekelezaji wa BSO na ABC imewekewa kikomo kimuundo, kipimo kilichoidhinishwa cha worst-case execution time hakikufanywa kwenye maunzi lengwa. Kwa kuwa jaribio la kawaida la baseline lilikatishwa baada ya takribani sekunde 42, dirisha la muda la vipimo vya utendaji wa baseline ni tofauti na la majaribio mengine ya sekunde 100.