Таҳқиқот идоракунии пайгирии масирро барои актуаторҳо дар се низоми гуногун меомӯзад, ки дар онҳо ду воситаи зериобии худмухтор як борро интиқол медиҳанд: низоми интиқоли бо пайвасти сахт (Rigid-Connection Transportation System, RCTS), низоми интиқоли бо пайвасти чандир/буғумдор (Flexible-Connection Transportation System, FCTS) ва низоми интиқоли бо идоракунии формацияи роҳбар–пайрав (Leader–Follower-Formation Control Transportation System, LFFCTS). Муҳаққиқон ба ҷойи идоракунии анъанавии PID бо коэффитсиентҳои собит аз Neural Network-Augmented Control (NNAC), ки ба шабакаи нейронии паҳнкунии баръакс асос ёфта, коэффитсиентҳои PID-ро дар вақти воқеӣ танзим мекунад, истифода бурдаанд ва барои баҳодиҳии ҳолат дар шароити садои сенсорӣ ва равандӣ Extended Kalman Filter (EKF)-ро илова кардаанд. Дар симулятсияҳо NNAC нисбат ба PID-и анъанавӣ қиматҳои RMSE-и тағйирёбандаҳои ҳаракати баррасишударо тақрибан %26–72 коҳиш додааст. Бо вуҷуди ин, дақиқии баландтари идоракунӣ бо талаботи бештари қувваи актуаторҳо ҳамроҳ шудааст. Натиҷаҳо ба модели математикӣ ва муҳити симулятсионӣ тааллуқ доранд; таҳқиқот озмоиши воқеии баҳрӣ, прототипи физикӣ ё тасдиқи саҳроиро пешниҳод намекунад.

Дар натиҷаҳои NNAC дар шароити пурғавғо, қиматҳои surge ва heave RMSE барои RCTS мутаносибан 1,08 m ва 1,22 m ва барои FCTS 1,14 m ва 1,01 m ҳисоб шудаанд. Воситаи роҳбари LFFCTS RMSE-и 1,03 m ва 0,98 m нишон додааст, дар ҳоле ки барои воситаи пайрав ин қиматҳо то 2,08 m ва 1,92 m афзудаанд. Қиматҳои RMSE барои ду кунҷи пайвасти буғумдори FCTS 4,32° ва 5,13° мебошанд. Дар арзёбии умумии муҳаққиқон RCTS баландтарин дақиқии умумии ҳаракатро бо камтарин талаботи энергияи актуатор таъмин кардааст, FCTS баландтарин истеъмоли қувваро нишон додааст ва LFFCTS миёни чандирӣ ва самаранокии идоракунӣ ҳалли мобайнӣ ташкил додааст.

Арзёбӣ аз нигоҳи Туркия: Равиши истифодашуда дар таҳқиқот метавонад барои корҳои муҳандисӣ дар Туркия дар соҳаҳои воситаҳои зериобии худмухтор, интиқоли бор дар қаъри баҳр, робототехникаи зериобӣ, амалиёти оффшорӣ, таҳқиқоти баҳрӣ ва низомҳои роботии бисёрвоситаӣ барои мақсадҳои дифоӣ намунаи методологӣ фароҳам оварад. Хусусан якҷоя кардани идоракунии актуатор бо дастгирии шабакаи нейронии сунъӣ ва EKF дар шароити номуайянии сенсор ҷолиби диққат аст. Бо вуҷуди ин, фарзияҳои гидродинамикӣ, сатҳҳои садо, шароити иртибот ва модели Minerva HAUV дар таҳқиқот ба чаҳорчӯбаи муайяни симулятсионӣ тааллуқ доранд. Аз онҳо барои шароити воқеии баҳрии Туркия, ҷараёнҳо, инфрасохтори сенсорӣ, геометрияи воситаҳо ва вазифаҳои амалиётӣ кафолати мустақими самаранокӣ баровардан мумкин нест.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Интиқоли худмухтори бор дар зери об танҳо расидани восита ба нуқтаи ҳадафро талаб намекунад. Воситаҳо бояд борро мувозинат нигоҳ доранд, масири муайяншударо пайгирӣ кунанд, ҳангоми зарурат дар мавқеи собит монда тавонанд ва бо вуҷуди номуайянии ченкуниҳои сенсорӣ актуаторҳои худро дуруст идора намоянд. Ҳангоми истифодаи чанд восита, навъи пайваст низ динамикаи низомро ба таври назаррас тағйир медиҳад.

Таҳқиқот ин масъаларо тавассути се меъмории гуногуни интиқол баррасӣ мекунад. Дар RCTS ду Hovering Autonomous Underwater Vehicle (HAUV) ва бор тавассути пайвастҳои сахт ҳамчун як маҷмӯи ягона ҳаракат мекунанд. Дар FCTS байни воситаҳо ва бор пайвастҳои буғумдор мавҷуданд, бинобар ин ғайр аз ҳаракати воситаҳо кунҷҳои пайваст низ бояд идора карда шаванд. Дар LFFCTS бошад, воситаҳо бевосита як сохтори сахти ягона намесозанд; ҳаракати воситаи роҳбар пайгирӣ мешавад ва воситаи пайрав тавассути идоракунандаи формация муносибати геометрии муайяншударо бо роҳбар нигоҳ медорад.

Чаро ба ҷойи AUV-и классикии шакли торпедо HAUV истифода шудааст?

Дар таҳқиқот ба ҷойи AUV-ҳои анъанавии шакли торпедо модели Minerva ROV ба тавре баррасӣ шудааст, ки худмухтор кор кунад ва Hovering Autonomous Underwater Vehicle номида шудааст. Сабаби муҳаққиқон ин аст, ки дар вазифаҳои интиқоли бор восита бояд дар самтҳои surge, sway ва heave ҳаракати дақиқ анҷом диҳад ва ҳангоми гирифтани ё гузоштани бор дар мавқеи собит муаллақ монда тавонад.

Платформаи Minerva панҷ актуатори теладиҳанда дорад. Яке аз онҳо дар самти арзи қувваи теладиҳиро тавлид мекунад, ду актуатор ҳаракати амудиро таъмин мекунанд; ду актуатори дигар нисбат ба самти меҳварӣ бо кунҷи 10° ҷойгир шуда, ҷузъҳои теладиҳии меҳварӣ ва арзиро тавлид мекунанд.

Се низоми интиқоли зериобӣ аз ҳам чӣ фарқ доранд?

RCTS, ду HAUV, бор ва пайвастҳои сахтро ҳамчун як ҷисми механикии ягона баррасӣ мекунад. Дар таҳқиқот пайвастҳои байни воситаҳо ва бор ҳамчун унсурҳои алюминии андозаи 1 m × 0,25 m × 0,01 m модел шудаанд. Қабул шудааст, ки байни воситаҳо ва бор ҳаракати нисбӣ вуҷуд надорад.

FCTS ду восита борро тавассути пайвастҳои буғумдори дарозии 3 m интиқол медиҳанд. Дар ин меъморӣ на танҳо масири бор, балки мавқеи кунҷии пайвастҳо низ ба масъалаи идоракунӣ дохил мешавад. Дар симулятсияи пурғавғо барои пайвасти 01 кунҷи ҳадафи +40° ва барои пайвасти 02 кунҷи ҳадафи −40° истифода шудааст.

LFFCTS яке аз воситаҳо роҳбар ва дигаре пайрав аст. Ҳангоми пайгирии масири банақшагирифташуда аз ҷониби роҳбар, пайрав бо маълумоти аз идоракунандаи формация гирифташуда кӯшиш мекунад мавқеи нисбии муайяншударо нисбат ба роҳбар нигоҳ дорад. Ин низом аз ҷиҳати физикӣ геометрияи интиқоли бештар бозтанзимшавандаро пешниҳод мекунад, аммо азбаски воситаи пайрав фармонҳоро ғайримустақим мегирад, хатои пайгирӣ метавонад афзоиш ёбад.

Бор чӣ гуна модел шудааст?

Бор ҳамчун контейнере кубии ҳаҷмаш 1 m³ модел шуда, ба он тақрибан 10.055 N қувваи бардоранда дода шудааст. Барои соддасозии аналитикӣ дар RCTS қабул шудааст, ки бор шиноварии бетараф дорад. Аммо дар манбаъ массаи мутобиқ ба ин ҳолат 1.025 kg навишта шудааст. Азбаски дар ҳамин бахш барои FCTS ва LFFCTS ба вазни 10.100 N тақрибан 1030 kg мувофиқ дониста шудааст, ифодаи 1.025 kg дар дохили манбаъ номувофиқии физикӣ/хаттиро ба вуҷуд меорад. Ин қимат дар ин ҷо бесадо тағйир дода нашудааст.

Дар FCTS ва LFFCTS бор бо шиноварии каме манфӣ модел шуда, вазни 10.100 N истифода шудааст. Барои FCTS сабаб дар он аст, ки ҳангоми ҳаракати аввалияи поёнӣ бори дорои шиноварии бетараф ё мусбат метавонад то ба вуҷуд омадани кашиши кофӣ дар пайвастҳо дар ҷояш бимонад ва байни воситаҳо ва бор ҳаракати нисбии номатлуб ба вуҷуд ояд.

Моделҳои динамикӣ чӣ гуна сохта шудаанд?

Таҳлил ба ҳамвории амудӣ маҳдуд шудааст. Барои RCTS равиши Newton–Euler истифода шуда, муодилаи асосии ҳаракат чунин дода шудааст:

\[ M_t\dot{v}+C_t(v)v+D_t(v)v+g_t(\eta)=\tau_t \]

Дар ин ҷо \(M_t\) матритсаи массаи муттаҳид, \(C_t(v)\) аъзои Coriolis ва марказгурез, \(D_t(v)\) дампинги гидродинамикӣ, \(g_t(\eta)\) таъсирҳои гидростатикӣ ва \(\tau_t\) вектори умумии теладиҳии аз актуаторҳо ҳосилшударо ифода мекунанд.

Вектори суръати RCTS дар ҳамвории амудӣ:

\[ v= \begin{bmatrix} u\\ w\\ q \end{bmatrix} \]

ва вектори поза:

\[ \eta= \begin{bmatrix} x\\ z\\ \theta \end{bmatrix} \]

муайян шудаанд. Дар ин ҷо \(x\) мавқеъ дар самти surge, \(z\) мавқеъ дар самти heave ва \(\theta\) кунҷи pitch-ро ифода мекунад.

Аз сабаби пайвастҳои буғумдори FCTS, низом бо равиши Lagrange модел шудааст:

\[ M(\eta)\ddot{\eta} + D(\eta,\dot{\eta})\dot{\eta} + g(\eta) = \tau \]

Дар ин модел ғайр аз ҳаракати бор ва воситаҳо, кунҷҳои \(\alpha_n\)-и пайвастҳои буғумдор низ ба координатаҳои умумӣ дохил мешаванд. Аз ин рӯ масъалаи идоракунии FCTS нисбат ба RCTS сохтори динамикии дорои андозаи баландтар ва бештар вобастаро ташкил медиҳад.

Барои LFFCTS мавқеи нисбии роҳбар ва пайрав бо \(\beta_x\), \(\beta_z\) ва кунҷи нисбии pitch \(\theta_{LF}\) муайян шудааст. Қонуни идоракунии формация дар таҳқиқот:

\[ \dot{\chi}=-k_f(\chi-\chi_d) \]

чунин дода шудааст. Коэффитсиенти идоракунандаи формация \(k_f=1{,}5\) истифода шудааст.

Модел кадом соддасозиҳоро дар бар мегирад?

Таҳқиқот ҳамаи таъсирҳои муҳити воқеии баҳриро модел намекунад. Таҳлил ба ҳамвории амудӣ маҳдуд шудааст; қабул шудааст, ки низом дар оби амиқ ва поёнтар аз минтақаи таъсири мавҷҳои сатҳӣ кор мекунад. Таъсири мутақобилаи гидродинамикӣ бо дигар воситаҳои зериобӣ, организмҳои баҳрӣ ё иншоот нодида гирифта шудааст. Эластикӣ ва массаи пайвастҳои буғумдори FCTS нодида гирифта шудаанд. Дар LFFCTS бошад, маҳдудиятҳои иртиботӣ сифр қабул шудаанд. Ин фарзияҳо махсусан ҳангоми умумисозӣ ба самаранокии воқеии саҳроӣ муҳиманд.

Extended Kalman Filter чаро истифода шудааст?

Идоракунанда ба фарзияе асос наёфтааст, ки ҳолати воқеии воситаро бевосита ва бенуқсон медонад. Муҳаққиқон хатогиҳои ченкунии сенсор ва таъсирҳои муҳитӣ/динамикии ба модел дохилнашударо ҳамчун манбаъҳои алоҳидаи садо муайян кардаанд. Барои баҳодиҳии ҳолатҳои низоми ғайрихаттӣ Extended Kalman Filter (EKF) истифода шудааст.

Модели ҳолат:

\[ \dot{x}=f(x,\tau)+w_d \]

ва модели ченкунӣ:

\[ z=h(x)+w_n \]

мебошад. Дар ин ҷо \(w_d\) садои раванд ва \(w_n\) садои сенсорро ифода мекунад. Ҳар ду ҳамчун равандҳои сафеди Гауссии дорои миёнаи сифр қабул шудаанд.

Навсозии асосии ҳолат дар марҳилаи ислоҳи EKF:

\[ \hat{x}_k=x_k^-+ K_k\left[z_k-h(x_k^-)\right] \]

мебошад. \(K_k\) коэффитсиенти Kalman аст, ки тавозуни номуайянӣ байни пешгӯии модел ва ченкуниро муайян мекунад.

Сатҳҳои садо чӣ гуна интихоб шудаанд?

Барои садои сенсор, бо такя ба қиматҳои таҳқиқоти IMU ва USBL/SLAM, барои тағйирёбандаҳои мавқеъ, самтгирӣ ва суръат дисперсияҳо интихоб шудаанд. Дисперсияҳои садои сенсории истифодашуда дар таҳқиқот чунинанд:

Барои садои раванд муҳаққиқон қайд кардаанд, ки қиматҳои дисперсияи бевосита муқоисашаванда барои воситаҳои зериобӣ маҳдуданд ва интихоберо тақрибӣ анҷом додаанд, ки ба қиматҳои воситаҳои рӯйи об ва маълумоти ҷараёнҳои баҳрӣ асос ёфтааст:

Ин нукта яке аз маҳдудиятҳои муҳими таҳқиқот аст: садои равандии истифодашуда дар озмоиши воқеии баҳрӣ чен карда шуда ба низом ворид нашудааст; он бо дисперсияҳои интихобшуда ҳамчун садои тасодуфии Гауссӣ модел шудааст.

Neural Network-Augmented Control чӣ гуна кор мекунад?

NNAC як идоракунандаи ягонаи «қуттии сиёҳ» нест, ки мустақилона ҷойи PID-ро гирад. Дар таҳқиқот шабакаи нейронии сунъии паҳнкунии баръакс коэффитсиентҳои \(K_p\), \(K_i\) ва \(K_d\)-и идоракунандаи PID-ро мувофиқи рафтори ҷории низом танзим мекунад. Ҳамин тавр, ба ҷойи коэффитсиентҳои собити PID параметрҳои идоракунӣ ба даст оварда мешаванд, ки вобаста ба хато ва тағйири хато пайваста нав мешаванд.

Функсияи асосии самаранокии шабакаи нейронӣ:

\[ E(k)=\frac{1}{2}[r(k)-y(k)]^2 \]

муайян шудааст. \(r(k)\) ҷавоби ҳадаф ва \(y(k)\) баромади воқеии низомро ифода мекунад.

Вазнҳои шабака бо истифода аз фаромади градиентӣ ва аъзои momentum нав карда мешаванд:

\[ \Delta\omega(k)= -\eta\frac{\partial E(k)}{\partial\omega} + \alpha\Delta\omega(k-1) \]

Дар таҳқиқот барои ҳамаи низомҳои интиқол суръати омӯзиш \(\eta=0{,}5\) ва омили momentum \(\alpha=0{,}1\) интихоб шудааст.

Чаро меъмориҳои шабакаи нейронӣ гуногунанд?

Барои RCTS 8–14–6, барои ҳар як восита дар LFFCTS 8–10–6, ва барои FCTS 16–10–12 сохтори шабака истифода шудааст. Рақами аввал гиреҳҳои вуруд, рақами дуюм нейронҳои қабати пинҳонӣ ва рақами охир гиреҳҳои баромадро ифода мекунад, ки параметрҳои PID-ро тавлид мекунанд.

Азбаски RCTS сохтори сахти калонтарест, ки аз ду HAUV, пайвастҳо ва бор иборат аст, нисбат ба як воситаи LFFCTS бештар нейрони пинҳонӣ истифода шудааст. Дар FCTS бошад, азбаски мавқеъ ва хатогиҳои кунҷии ду пайвасти буғумдор низ ба низоми идоракунӣ дохил мешаванд, андозаи вуруд ва баромад зиёд мешавад.

Муқоиса бо PID-и анъанавӣ чӣ гуна анҷом шудааст?

Барои муқоиса, ба ҳамаи низомҳо идоракунандаҳои анъанавии PID-и дастӣ танзимшуда низ татбиқ шудаанд. Муҳаққиқон пас аз анҷоми чанд симулятсия бо коэффитсиентҳои гуногуни PID маҷмӯи коэффитсиентҳоеро интихоб кардаанд, ки пайгирии қобили қабулро таъмин мекарданд. Ҳамин тавр, NNAC ва PID бо коэффитсиентҳои собит дар ҳамон меъмориҳои интиқол зери садои сенсорӣ ва равандӣ муқоиса шудаанд.

Масири банақшагирифташуда чӣ гуна буд?

Масир ба чор қисми 40-сониягӣ тақсим шуда, вақти умумии арзёбӣ 160 сония будааст. Барои RCTS ва FCTS нуқтаҳои асосии мавқеъ мутаносибан (0,0), (5,10), (10,15) ва (20,20) m муайян шудаанд; дар қисми охир низом дар мавқеи ҳадаф нигоҳ дошта шудааст.

Воситаи роҳбари LFFCTS барои нигоҳ доштани бор дар мавқеи муқоисашаванда бо дигар низомҳо координатаҳои дигарро пайгирӣ кардааст, ки дар онҳо офсети геометрии 4,24 m дар самти x ба ҳисоб гирифта шудааст. Ҳадафҳои мобайнӣ барои роҳбар координатаҳои x-и 7,12 m, 12,12 m ва 22,12 m-ро дар бар мегиранд.

Дар шароити садо кадом низом дақиқтар пайгирӣ кард?

Дар шароити пурғавғо бо NNAC, surge RMSE-и RCTS 1,08 m ва heave RMSE-и он 1,22 m аст. Барои FCTS қиматҳои мувофиқ 1,14 m ва 1,01 m мебошанд. Роҳбари LFFCTS бо 1,03 m ва 0,98 m дар сатҳи монанди дақиқӣ мондааст, дар ҳоле ки воситаи пайрав RMSE-и 2,08 m ва 1,92 m нишон додааст.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар LFFCTS роҳбар ва пайрав яксон дақиқ нестанд. Тибқи шарҳи таҳқиқот, азбаски пайрав на масири банақшагирифташударо бевосита, балки фармонҳои формацияро, ки аз ҳолатҳои роҳбар ҳосил мешаванд, пайгирӣ мекунад, хатоҳо ва таъхирҳо ҷамъ мешаванд.

FCTS кунҷҳои буғумҳоро то чӣ андоза хуб идора кард?

Дар шароити садо кунҷҳои ҳадафии +40° ва −40°-и пайвастҳои FCTS нигоҳ дошта шуданд. RMSE-и кунҷи пайвасти аввал 4,32° ва пайвасти дуюм 5,13° ҳисоб шудааст. Дар шароити идеалӣ ҳамин қиматҳо мутаносибан 4,06° ва 4,90° мебошанд.

Дар Расми 12 барои дар оғоз расонидани кунҷҳо ба қиматҳои ҳадаф моментҳои ибтидоии тақрибан ±1800 Nm дида мешаванд ва баъдан моментҳои идоракунӣ барои нигоҳ доштани мавқеи пайвастҳо пайваста тағйир меёбанд. Ин рафтор натиҷаи муҳими модел аст, ки чаро FCTS саъйи бештари актуаторро талаб мекунад.

NNAC нисбат ба PID-и анъанавӣ чӣ бартарӣ дод?

Дар шароити пурғавғо NNAC дар ҳамаи муқоисаҳои гузоришшудаи дақиқии ҳаракат нисбат ба PID-и анъанавӣ RMSE-и пасттар ба даст овард.

Коҳиши калонтарини нисбии RMSE дар идоракунии pitch-и LFFCTS %72,5 ва камтарин беҳбудии гузоришшуда дар ҳаракати heave-и воситаи пайрав %26,4 будааст.

Арзиши энергетикии дақиқии баландтар чӣ буд?

Тавлиди коэффитсиентҳои динамиктари PID аз ҷониби NNAC саъйи актуаторҳоро зиёд кард. Дар симулятсияҳои пурғавғо нишондиҳандаи умумии қувваи RCTS аз 147,6 W бо PID-и анъанавӣ то 203,2 W бо NNAC; дар FCTS аз 225,1 W то 299,0 W; ва дар LFFCTS аз 122,62 W то 206,5 W афзуд.

Дар Ҷадвалҳои 15 ва 16-и манбаъ ин тағйирот мутаносибан ҳамчун %27,4, %24,7 ва %40,6 «афзоиш» нишон дода шудаанд. Бо вуҷуди ин, ин фоизҳо ба ҳисоби стандартии афзоиши фоизӣ, ки қимати ибтидоии PID-ро дар махраҷ мегирад, мувофиқ нестанд; нисбатҳои ҷадвал ба тақсими фарқ ба қимати NNAC мувофиқат мекунанд. Аз ин рӯ, дар ин ҷо ҳамчун манбаи илмии муқоиса қиматҳои хоми қувваи PID ва NNAC нигоҳ дошта шудаанд.

Муросои асосии муҳандисии се меъморӣ чист?

RCTS гарчанде аз ҷиҳати механикӣ сохтори маҳдудтарин аст, азбаски байни қисмҳо ҳаракати нисбӣ нест, аз ҷиҳати идоракунӣ соддатарин низомро ташкил медиҳад ва дар арзёбии умумии муҳаққиқон ҳамзамон баландтарин дақиқӣ ва камтарин талаботи қувваро таъмин кардааст.

FCTS ҳарчанд аз ҷиҳати физикӣ чандиртар аст, бояд кунҷҳои пайвастҳоро низ пайваста идора кунад. Аз сабаби ин вазифаи иловагии мавқеъгирии динамикӣ, дар байни се меъморӣ баландтарин истеъмоли қувваро нишон додааст.

LFFCTS аз ҷиҳати бозтанзимшавии физикӣ ва талаботи актуатор нисбат ба FCTS мусоидтар дониста шудааст. Бо вуҷуди ин, вобастагии пайрав аз маълумоти воситаи роҳбар ва идоракунии формация дақиқии мавқеи пайравро коҳиш додааст.

Аз ин рӯ муҳаққиқон RCTS-ро барои амалиёти оби амиқи кушод ва каммонеа ва LFFCTS-ро барои гузаргоҳҳои танг ё муҳитҳое, ки тағйири мавқеи нисбии воситаҳоро талаб мекунанд, мувофиқтар арзёбӣ кардаанд. Ин арзёбии тарҳ дар доираи шароити симулятсионии таҳқиқот аст; маънои бартарии амалиётии тасдиқшуда дар вазифаҳои воқеии баҳриро надорад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• NNAC дар шароити симулятсионии истифодашуда нисбат ба PID-и анъанавии бо коэффитсиентҳои собит қиматҳои пасттари RMSE-и ҳаракатро ба даст овард.
• NNAC дар якҷоягӣ бо EKF имкон дод, ки ҳар се меъмории интиқол дар зери садои муайяншудаи сенсорӣ ва равандӣ ҳаракати банақшагирифташударо иҷро кунанд.
• RCTS, FCTS ва LFFCTS аз нигоҳи як масъалаи идоракунӣ баробар нестанд; меъмории пайваст сарбории актуатор ва дақиқии пайгириро тағйир медиҳад.
• Дар FCTS идора кардани кунҷҳои пайваст саъйи иловагии актуатор ва нишондиҳандаи баландтари умумии қувваро талаб кардааст.
• Воситаи пайрави LFFCTS азбаски аз роҳбар фармонҳои ғайримустақим мегирад, нисбат ба воситаи роҳбар хатои бештари ҳаракати хаттӣ нишон додааст.
• Беҳбудии дақиқии ҳаракат бо талаботи бештари қувваи актуатор ҳамроҳ шудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот ё санҷиш накардааст

• Нишон дода нашудааст, ки NNAC дар амалиёти воқеии баҳрӣ ҳамин қиматҳои RMSE-ро таъмин мекунад.
• Бо истифода аз ду HAUV-и физикӣ ва бори воқеӣ озмоиш гузаронида нашудааст.
• Нокомии воқеии сенсор, талафи бастаҳо, таъхири иртибот ва маҳдудиятҳои паҳнои банд санҷида нашудаанд.
• Азбаски иртиботи LFFCTS идеалӣ қабул шудааст, таъсири иртиботи воқеии зериобӣ муайян нашудааст.
• Мавҷҳои сатҳӣ, таъсири мутақобилаи гидродинамикӣ бо объектҳои наздик ва чандирии тағйирёбандаи пайваст аз доираи модел берунанд.
• Нишон дода нашудааст, ки меъмориҳои интихобшудаи NNAC барои ҳамаи воситаҳои зериобӣ аз нигоҳи глобалӣ оптималӣ мебошанд.
• Ба таври таҷрибавӣ чен карда нашудааст, ки нишондиҳандаи баландтари қувва дар симулятсия то чӣ андоза ба умри воқеии батарея ё давомнокии вазифа таъсир мекунад.
• Наметавон хулоса кард, ки RCTS дар ҳамаи вазифаҳои воқеии баҳрӣ аз FCTS ё LFFCTS бартарӣ дорад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Чаҳорчӯбаи низом ва моделсозӣ

Танзимоти NNAC

Муқоисаи шароити идеалӣ ва пурғавғо

Гарчанде садои сенсорӣ ва равандӣ сатҳи хатоҳоро дар ҳамаи низомҳо баланд кардааст, идоракунии ҳалқаи пӯшида бо NNAC идома ёфтааст. Хатои бештарини ҳаракати хаттӣ дар воситаи пайрави LFFCTS мушоҳида шудааст.

Талаботи қувва дар ҳолати NNAC

Дар шароити пурғавғои NNAC, FCTS бо 299,0 W баландтарин нишондиҳандаи умумии қувваро ба даст овард. RCTS бо 203,2 W ва LFFCTS бо 206,5 W натиҷаҳои ба ҳам наздик доданд.

Тафсири муҳандисии натиҷаҳо

Натиҷаи муҳимтарини таҳқиқотро танҳо ҳамчун «шабакаи нейронӣ аз PID беҳтар аст» ҷамъбаст кардан мумкин нест. NNAC хатои пайгириро ба таври назаррас коҳиш медиҳад, аммо аз актуаторҳо саъйи бештари идоракуниро талаб мекунад. Илова бар ин, худи меъмории механикӣ дар самаранокии идоракунӣ нақши муҳим дорад: динамикаи нисбатан соддаи сахти RCTS саъйи ками актуаторро дастгирӣ мекунад, дар ҳоле ки зарурати пайваста танзим кардани кунҷҳои пайваст дар FCTS хароҷоти энергияро зиёд мекунад.

LFFCTS бошад, ҳолати ҷолиби мобайниро ташкил медиҳад. Воситаи роҳбар метавонад масирро бо хатои хеле ками мавқеъ пайгирӣ кунад, аммо роҳнамоии ғайримустақими воситаи пайрав тавассути идоракунандаи формация қиматҳои surge ва heave RMSE-ро зиёд мекунад. Бо вуҷуди ин, бозтанзимшавии физикии низом муҳаққиқонро водор кардааст, ки LFFCTS-ро барои муҳитҳои танг ё дорои монеа ҳамчун алтернатива ба RCTS арзёбӣ кунанд.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ

• Ҳамаи натиҷаҳо ба симулятсия асос ёфтаанд.
• Таҳлил танҳо дар ҳамвории амудӣ анҷом шудааст.
• Таъсири мавҷҳои сатҳи баҳр нодида гирифта шудааст.
• Таъсири мутақобилаи гидродинамикӣ бо объектҳои наздик ба ҳисоб гирифта нашудааст.
• Масса ва чандирии пайвастҳои FCTS нодида гирифта шудаанд.
• Барои LFFCTS таъхири иртибот ва маҳдудиятҳои иртиботӣ сифр қабул шудаанд.
• Садои раванд ба ҷойи ченкунии мустақим аз маълумоти вазифаи воқеӣ бо дисперсияҳои тақрибӣ модел шудааст.
• Меъмориҳои шабакаи нейронӣ пас аз чанд озмоиши симулятсионӣ интихоб шудаанд ва оптимизатсияи фарогири глобалии гиперпараметрҳо гузориш нашудааст.
• Истеъмоли воқеии батарея, самаранокии thruster ва давомнокии вазифа дар воситаи физикӣ чен нашудаанд.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Neural Network-Augmented Actuation Control System Designed for Path Tracking of Autonomous Underwater-Transportation Systems Under Sensor and Process Noise

Муаллифон: Faheem Ur Rehman, Syed Muhammad Tayyab, Hammad Khan, Aijun Li ва Paolo Pennacchi.

Муаллифони масъул: Syed Muhammad Tayyab ва Paolo Pennacchi.

Саҳми баробар/муаллифии баробари аввал: Дар манбаъ нишон дода нашудааст.

Муассисаҳо:

1. Department of Mechanical Engineering, University College London, London, United Kingdom.
2. Department of Engineering Sciences, PN Engineering College, National University of Sciences and Technology, Karachi, Pakistan.
3. Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, Milan, Italy.
4. School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, China.

Маҷалла: Actuators.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Маълумоти библиографӣ: Actuators 2026, 15(5), 246.

DOI:10.3390/act15050246

Санаи нашр: 30 апрели 2026. Таҳқиқот 30 марти 2026 қабул шуда, 26 апрели 2026 бозбинӣ ва 27 апрели 2026 пазируфта шудааст.

Навъи манбаъ ва вазъи баррасии ҳамтоён: Мақолаи таҳқиқотии баррасишудаест, ки дар маҷаллаи Actuators нашр шудааст.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY). Ҳуқуқи муаллиф © 2026 ба муаллифон тааллуқ дорад; MDPI соҳиби иҷозатнома аст.

Маблағгузорӣ: Муҳаққиқон хабар додаанд, ки маблағгузории беруна гирифта нашудааст.

Дастрасии маълумот: Қайд шудааст, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар мақола оварда шудаанд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифони масъул равона шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия Aijun Li ва Paolo Pennacchi; методология Faheem Ur Rehman ва Syed Muhammad Tayyab; нармафзор Faheem Ur Rehman ва Hammad Khan; тасдиқ Syed Muhammad Tayyab; таҳлили расмӣ Faheem Ur Rehman ва Hammad Khan; таҳқиқ Hammad Khan; коркарди маълумот Faheem Ur Rehman ва Hammad Khan; тарҳи аввал Faheem Ur Rehman ва Syed Muhammad Tayyab; баррасӣ ва таҳрир Syed Muhammad Tayyab ва Paolo Pennacchi; визуализатсия Paolo Pennacchi; роҳбарӣ ва идоракунии лоиҳа Aijun Li анҷом додааст.

Доираи илмӣ: Ин таҳқиқот идоракунии се меъмории бисёрвоситаии интиқоли зериобии худмухторро бо истифода аз NNAC ва EKF дар муҳити симулятсионӣ зери садои сенсорӣ ва равандӣ меомӯзад. Натиҷаҳо озмоиши воқеии баҳрӣ ё санҷиши воситаи физикӣ нестанд.

Ёддошти номувофиқии дохилии манбаъ 1: Барои бори 1 m³ дар RCTS тақрибан 10.055 N қувваи бардоранда дода шудааст, аммо массаи шиноварии бетараф ҳамчун “1.025 kg” навишта шудааст. Ин ифода бо қимати тақрибан 1030 kg, ки дар ҳамин таҳқиқот барои 10.100 N дода шудааст, мувофиқат намекунад. Рақами манбаъ бесадо тағйир дода нашудааст.

Ёддошти номувофиқии дохилии манбаъ 2: Дар Ҷадвалҳои 15 ва 16 тағйири қувваи умумӣ аз PID ба NNAC барои RCTS 147,6 → 203,2 W, барои FCTS 225,1 → 299,0 W ва барои LFFCTS 122,62 → 206,5 W дода шудааст. Азбаски қиматҳои “% Increase” дар ҳамин ҷадвалҳо бо ҳисоби стандартии афзоиши фоизӣ бар асоси қимати ибтидоӣ мувофиқат намекунанд, дар мақола бевосита қиматҳои хоми қувва асос гирифта шудаанд.

Натиҷаҳои илмии ин мундариҷаи Verianla танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Санҷиши библиографии беруна танҳо барои санҷидани унвон, DOI, маҷалла ва шахсияти нашр истифода шудааст; аз манбаъҳои беруна натиҷаи нави таҷрибавӣ ё бозёфти илмӣ ба матни асосӣ илова нашудааст.