Ushbu tadqiqot dengiz osti neft va tabiiy gaz quvurlarida texnik xizmat koʻrsatish va favqulodda taʻmirlash maqsadida ishlab chiqilgan quvur liniyasini aqlli tiqinlash robotining ankraj blokini ham mexanik tuzilma, ham adaptiv boshqaruv nuqtai nazaridan koʻrib chiqadi. Tadqiqotchilar cheklangan quvur ichki hajmida slip deb ataladigan ankraj elementlarining radial ravishda ochilishini taʻminlash uchun vintli yuritma, ekssentrik krank-salazka mexanizmi va parallelogramm bogʻlanmasini birlashtirgan kompozit mexanizmni loyihalagan. Boshqaruv tomonida esa oʻzgarmas PID parametrlarining oʻzgaruvchan yuk va ishqalanish sharoitlariga moslasha olmasligi muammosiga qarshi Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) algoritmi qoʻllanilgan; \(K_p\) va \(K_i\) parametrlari onlayn tarzda moslashtirilgan, mexanik chegaralardan oshadigan parametrlarni jazolaydigan yangi mukofot funksiyasi hamda oflayn dastlabki oʻqitish bilan onlayn nozik sozlashni birlashtiruvchi ikki bosqichli oʻqitish strategiyasi ishlab chiqilgan.

Tadqiqotning mexanik qismida ankraj mexanizmining harakat modeli Lagrange usuli bilan tuzilgan va slip harakati fizik laboratoriya qurilmasida oltita turli itarish kuchi darajasida sinovdan oʻtkazilgan. Manba 10–15 kN oraligʻini eng maqbul ankraj kuchi sohasi sifatida belgilaydi va bu oraliqda slip siljishi taxminan 53,1–53,5 mm atrofida qolganini bildiradi. Biroq tegishli 3-jadvalda nazariy qiymat, eksperimental qiymat, ogʻish ishorasi va maqsadli 53,4 mm oʻrtasidagi ayrim sonli munosabatlar oʻzaro izchil emas. Shu sababli mazkur tajriba mexanik modelning umumiy tendensiyasini qoʻllab-quvvatlovchi dastlabki tasdiq sifatida baholanishi kerak; jadvaldagi ishorali xato qiymatlaridan yangi yoki tuzatilgan natijalar hosil qilinmasligi lozim.

Adaptiv boshqaruv boʻlimidagi asosiy natijalar MATLAB/Simulink asosidagi simulyatsiyadan olingan. Manbaning 9-jadvaliga koʻra, buzuvchi taʻsir boʻlmagan sharoitda klassik PID boshqaruvida %25 oshib ketish va 5,0 mm siljish xatosi kuzatilgan boʻlsa, standart DDPGʻda qiymatlar %12 va 2,0 mm, takomillashtirilgan DDPGʻda esa %3 va 0,3 mm boʻlgan. Buzuvchi taʻsir qoʻllanganda PID %28 oshib ketish va 7,0 mm xato, standart DDPG %15 va 3,0 mm, takomillashtirilgan DDPG esa %4 va 0,5 mm natija bergan. Shunday qilib, tadqiqot taklif etilgan boshqaruv oʻz simulyatsiya modeli doirasida ham boshlangʻich javob, ham buzuvchi yukdan keyingi tiklanish boʻyicha qolgan ikki usuldan yaxshiroq ishlaganini koʻrsatadi.

Biroq takomillashtirilgan DDPG-PID boshqaruvi haqiqiy quvur liniyasida yoki toʻliq oʻlchamli tiqinlash robotida tasdiqlanmagan. Fizik tajriba faqat ankraj mexanizmining slip siljishi xatti-harakatiga qaratilgan cheklangan sinov qurilmasidir. Actor–Critic boshqaruv samaradorligi, mexanik cheklov jazosi, TD3 taqqoslashlari va 9-jadvaldagi xato/oshish natijalari simulyatsiya maʻlumotlariga asoslanadi. Shu sababli tadqiqot haqiqiy dengiz osti oqimi, haqiqiy quvur sirtidagi ishqalanish, aloqa kechikishi, sensor xatolari va toʻliq oʻlchamli bosim sharoitida ayni natijalar olinishi isbotlanganini anglatmaydi.

Turkiya nuqtai nazaridan tadqiqot neft va tabiiy gaz quvurlarida ichkaridan ishlaydigan texnik xizmat robotlari, klapansiz vaqtinchalik izolyatsiya tizimlari va tor hajmli elektromexanik ankraj mexanizmlarini rivojlantirish uchun uslubiy namuna taqdim etadi. Biroq dizayndagi 285 mm quvur ichki radiusi, mexanizm oʻlchamlari, itarish kuchlari va boshqaruv parametrlari boshqa mahalliy quvur liniyasi robotiga toʻgʻridan-toʻgʻri koʻchirilmasligi kerak. Quvur diametri, ichki sirt holati, oqim kuchlari, bosim, dvigatel va mexanizm geometriyasi oʻzgarganda ham konstruktiv oʻlchamlash, ham boshqaruv modeli qayta tasdiqlanishi zarur.

Quvur liniyasini aqlli tiqinlash roboti qaysi muammoni hal qilishga urinadi?

Tadqiqotda koʻrib chiqilgan Pipeline Intelligent Plugging Robot (PIPR), ayniqsa dengiz osti quvurlarida texnik xizmat va favqulodda taʻmirlash vaqtida quvur devorida yangi teshik ochmasdan maʻlum bir kesimni izolyatsiya qilishni maqsad qilgan robotik tizimdir. Anʻanaviy teshik ochib tiqinlash usullarining quvurda doimiy biriktiruvchi elementlar qoldirishi va operatsion samaradorlikni pasaytirishi tadqiqot motivatsiyalari qatoriga kiradi.

Robot ikkita asosiy vazifani fizik jihatdan ajratilgan modullar orqali bajaradi:

• Ankraj bloki: robotni maqsadli holatda quvur devoriga ishqalanish orqali mahkamlaydi.
• Tiqinlash bloki: asosiy muhrlash elementini radial kengaytirib, quvur kesimida bosimni ushlab turuvchi izolyatsiya hosil qilishni maqsad qiladi.

Bu funksional ajratish bir modulning mexanik yuki yoki harakati boshqa modul vazifasiga imkon qadar kam taʻsir qilishini koʻzlaydi.

Robotning ish sikli qanday kechadi?

Robot quvur liniyasiga ilk kirganda ankraj sliplari va asosiy muhrlash elementi korpus ichiga tortilgan holatda boʻladi. Robot harakati quvur ichidagi oqim hosil qiladigan differensial bosim bilan taʻminlanadi.

Maqsad holatiga yetilganda tashqaridan keladigan yuqori chastotali pozitsiyalash signali operatsiya holatini boshlaydi. Ankraj dvigateli vint mexanizmini aylantiradi, bogʻlovchi elementlar sliplarni radial ravishda quvur devoriga ochadi va ishqalanishga asoslangan oʻz-oʻzidan qulflash taʻsiri bilan robot mahkamlanadi. Shu bilan bir vaqtda tiqinlash moduli muhrlash elementini siqib, uni quvur devori tomon kengaytiradi.

Jarayon tugagach, muhrlash elementi va sliplar qayta tortiladi. Robot yana oqimga mos ixcham shakliga qaytadi va teskari differensial bosim yordamida chiqish nuqtasiga olib boriladi.

Nega ankraj mexanizmida uchta mexanizm birlashtirilgan?

Tadqiqotchilar tor quvur ichida yuqori radial ankraj kuchini hosil qilish bilan birga sliplarning imkon qadar faqat radial yoʻnalishda harakat qilishini istagan. Buning uchun uchta mexanik vazifa bitta zanjirga birlashtirilgan:

1. Vint–gayka tizimi dvigatel aylanishini oʻq boʻylab chiziqli harakatga aylantiradi.
2. Ekssentrik krank–salazka tuzilmasi gaykaning oʻq boʻylab harakatini bogʻlovchi tizimga uzatadi.
3. Parallelogramm mexanizmi sliplarning yoʻnalishini saqlagan holda radial translatsion harakatni qoʻllab-quvvatlaydi.

Ankraj blokida quvur atrofiga teng oraliqlarda joylashtirilgan oltita slip guruhi mavjud. Bu simmetrik joylashuv ankraj kuchini quvur atrofiga yanada muvozanatli taqsimlashni maqsad qiladi.

Asosiy mexanik oʻlchamlar qanday?

Ish holatida slipdagi oʻrnatish teshigi oʻqi quvur ichki devoridan 75 mm uzoqlikda joylashgan. Bogʻlovchi mexanizm sterjenlarining uzunliklari manbada 92, 130, 130, 155 va 155 mm qilib belgilangan.

Nega vint tizimi oʻz-oʻzidan qulflanuvchi qilib loyihalangan?

Ankraj tizimi quvur devoriga bosilgandan keyin tashqi yuk taʻsirida oʻz-oʻzidan qayta ochilib ketmasligi uchun trapetsiya vint juftining oʻz-oʻzidan qulflash sharti tekshirilgan.

Vint juftidagi oʻq boʻylab yuk manbada:

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

bilan ifodalanadi. Bu yerda \(K=1{,}15\) tajribaviy koeffitsiyent, \(f=0{,}15\) sirpanish ishqalanish koeffitsiyenti, \(F_X=10\) N harakatlanuvchi qismlarning inertsiya kuchi, \(F_Z=920\) N normal kuch va \(W=80\) N gayka ogʻirligidir.

Nominal vint diametri 16 mm, qadam 4 mm va qadam diametri 14 mm qilib tanlangan.

Manbada vintning spiral burchagi:

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

va ekvivalent ishqalanish burchagi:

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

sifatida hisoblanadi. \(\lambda \leq \rho_v\) boʻlgani uchun tadqiqotchilar vint jufti oʻz-oʻzidan qulflash shartini qanoatlantiradi degan xulosaga kelgan.

Vint juftining hisoblangan uzatish samaradorligi:

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

sifatida berilgan.

Vint bukilish va dvigatel quvvati jihatidan yetarlimi?

Manbada vint uchun kritik bukilish yuki 24.525,16 N deb hisoblangan va kritik yukning ish yukiga nisbati 151,86 deb topilgan. Bu qiymat qoʻllangan minimal xavfsizlik shartidan ancha yuqori.

Gaykaning 90 mm harakatni 5 soniyada bajarishi maqsad qilingan. Oʻrtacha chiziqli tezlik 1,08 m/min, maqsadli vint tezligi 270 r/min va burchak tezligi \(9\pi\) rad/s deb hisoblangan.

Umumiy mufta momenti:

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

va talab qilinadigan dvigatel quvvati:

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

deb topilgan.

Mexanik loyihalash boʻlimida tadqiqotchilar nominal quvvati 0,1 kW va nominal tezligi 1320 r/min boʻlgan YPE200-4 disk tipidagi kichik asinxron dvigatelni tanlagan. Biroq boshqaruv modelining keyingi boʻlimlarida boshqa dvigatel terminologiyalari ishlatiladi; bu manba ichidagi farq usul izohida alohida saqlangan.

Sliplarning dinamik modeli qanday tuzilgan?

Sliplarning quvur radial yoʻnalishidagi siljishi \(\Delta y(t)\) umumlashtirilgan koordinata sifatida tanlangan va tizim Lagrange usuli bilan modellashtirilgan.

Uzun bogʻlovchi sterjenlarning uzunligi \(L\), gaykadan uzatilgan oʻq boʻylab kuch \(F_t\), slip massasi \(m_K\) va ishqalanish koeffitsiyenti \(u\) boʻlganda tadqiqot quyidagi dinamik tenglamaga keladi:

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

Tenglama slipning radial tezlanishini bogʻlanish kuchi, mexanizm geometriyasi va quvur devori bilan yuzaga keladigan sirpanish ishqalanishi orqali bogʻlaydi.

Dinamik model fizik jihatdan sinovdan oʻtkazildimi?

Ha, ammo tasdiqlash qamrovi cheklangan. Tadqiqotdagi fizik tajriba toʻliq robotning dengiz osti quvurida tiqinlash operatsiyasi emas. Laboratoriya sharoitlari sabab faqat ankraj sliplarining siljish harakati oʻxshashlik tamoyili asosida yaratilgan tajriba qurilmasida sinovdan oʻtkazilgan.

Qurilmada elektr chiziqli aktuator slip mexanizmini itargan, siljish sensori, kuchaytirgich, kontroller va kompyuter orqali harakat qayd etilgan.

Itarish kuchi uchun oltita nuqta ishlatilgan:

Tadqiqotchilar 10–15 kN oraligʻini eng maqbul soha deb belgilaydi va yuqori kuchlarda overshoot tendensiyasi borligini qayd etadi.

Biroq jadvaldagi ishorali ogʻishlarni nazariy va eksperimental qiymatlardan yagona matematik taʻrif bilan qayta hosil qilib boʻlmasligi koʻrinadi. Masalan, 8 kN da eksperimental qiymat nazariy qiymatdan 2,9 mm yuqori boʻlsa-da, ogʻish −2,9 mm; 15 kN da eksperimental qiymat 0,1 mm past boʻlsa-da, +0,1 mm deb berilgan. Shu sababli manba jadvali qanday boʻlsa shunday saqlanishi va ishoralar yashirincha qayta hisoblanmasligi kerak.

Tadqiqot shuningdek oltita xato qiymati uchun t-taqsimot bilan %95 ishonch oraligʻini [−4,03; 2,00] deb bildiradi. Manbada berilgan ishorali oltita ogʻish qiymati bilan bu oraliq toʻgʻridan-toʻgʻri qayta hosil qilinmagani uchun statistik natija ham manbada xabar qilingan shaklda berilishi lozim.

Boshqaruv uchun mexanik model qanday soddalashtirildi?

Boshqaruv modeli dvigatel, mufta, vint, gayka, koʻp sterjenli mexanizm va sliplardan tashkil topgan uzatish zanjirini ifodalaydi.

Gaykaning oʻq boʻylab harakati bilan slipning radial harakati orasidagi chiziqli boʻlmagan geometrik munosabat:

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

sifatida berilgan.

Bu munosabat \(\Delta x_0=0{,}045\) m ish nuqtasi atrofida birinchi tartibli Taylor yoyilmasi bilan chiziqlashtirilgan. Tadqiqotchilar maksimal nisbiy chiziqlashtirish xatosini taxminan %1,05 deb bildiradi va kichik siljish tebranishlari mavjud boʻlgan boshqaruv dizayni uchun maqbul deb hisoblaydi.

Uzatish funksiyasida nega ehtiyot boʻlish kerak?

Manbaning koʻzlagan umumiy uzatish funksiyasi:

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

koʻrinishidadir.

Biroq sonli koeffitsiyentlarda manba ichki nomuvofiqlik mavjud. 4-jadvalda:

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

berilgan boʻlsa-da, keyingi chiqarishda boshqa darajalar va \(\gamma_g\) uchun boshqa yozuvlar qoʻllanadi. Manbaning yakuniy (23)-tenglamasi:

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

sifatida bosilgan. Verianla matni bu koeffitsiyentni qayta hisoblab oʻzgartirmaydi; manba ichidagi sonli nomuvofiqlikni alohida koʻrsatadi.

Klassik PID qanday sozlangan?

Tadqiqotchilar boshqaruv tuzilmasini PID deb ataydi; biroq barcha taqqoslashlarda hosila koeffitsiyenti nolga teng:

\[ K_d=0 \]

va manba tuzilmani ochiqchasiga pozitsion PI boshqaruv deb taʻriflaydi.

Sinov-xato usuli bilan tanlangan asosiy parametrlar:

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

boʻlgan.

Boshqaruv qonuni:

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

koʻrinishidadir. \(e(t)=x_{ref}-x(t)\), maqsad bilan oʻlchangan slip siljishi orasidagi xatodir.

Manba asosiy step response baholashida klassik boshqaruv uchun taxminan 0,8 s koʻtarilish vaqti va taxminan 0,005 mm steady-state error bildiradi. Biroq yakuniy 9-jadvalda ayni PID yorligʻi ostida buzuvchisiz siljish xatosi 5,0 mm deb berilgan. Ikki xato qiymati turli sinov taʻriflari yoki simulyatsiya sozlamalaridan kelib chiqqani aniq tushuntirilmaganligi sababli ular bir-birining oʻrnida ishlatilmasligi kerak.

Nega DDPG PID parametrlarini sozlash uchun qoʻllanilgan?

Deep Deterministic Policy Gradient uzluksiz harakat fazolari uchun ishlatiladigan Actor–Critic asosidagi chuqur mustahkamlovchi oʻrganish yondashuvidir. Ushbu tadqiqotda harakat fazosi uzluksiz \(K_p\) va \(K_i\) qiymatlaridan tashkil topgani uchun DDPG tanlangan.

Actor tarmogʻining holat kirishi:

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

sifatida belgilangan. Actor ushbu holatdan real vaqt rejimida:

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

parametrlarini hosil qiladi.

Critic tarmogʻi esa joriy holat va Actor hosil qilgan boshqaruv parametrlarining kutilayotgan kumulyativ mukofotini baholaydi.

Tajriba qayta ijro buferi va maqsad tarmoqlarini yumshoq yangilash oʻqitish barqarorligi uchun ishlatilgan. Maqsad tarmogʻini yangilashda:

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

qoʻllanilgan.

9-rasmda tajriba qayta ijro buferi sigʻimi \(N=1\times10^6\), batch hajmi esa \(B=64\) sifatida koʻrsatilgan.

Asosiy DDPG mukofot funksiyasi qanday tuzilgan?

Dastlabki DDPG-PID versiyasida mukofot funksiyasi:

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

koʻrinishidadir.

Uch xil ogʻirlik kombinatsiyasi taqqoslangan va manba:

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

kombinatsiyasini kichik oshib ketish, tez buzuvchi bostirish va barqaror \(K_p\) xatti-harakati oʻrtasidagi eng yaxshi muvozanat sifatida tanlagan.

Taqqoslash simulyatsiyalarida tashqi buzuvchi t = 8 s da qoʻllanadi.

Takomillashtirilgan DDPGʻga nima qoʻshilgan?

Standart DDPGʻning faqat kuzatuv xatosi va oshib ketishni mukofotlashi mexanik ankraj tizimida xavfsiz boʻlmagan boshqaruv parametrlarini hosil qilishi mumkin. Shu sababli mukofot funksiyasiga mexanik chegara jazosi qoʻshilgan:

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

Jazo mexanizmi quyidagi sharoitlarda faollashadi:

• \(K_p\) xavfsiz ish oraligʻidan chiqsa,
• \(K_i\) xavfsiz ish oraligʻidan chiqsa,
• slip siljishi ruxsat etilgan maksimal mexanik yurishdan oshsa.

Manbada belgilangan parametr chegaralari:

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

va:

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

koʻrinishidadir.

Jazo ogʻirligi uchun 0–2 oraligʻida taqqoslashlar oʻtkazilgan va:

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

qiymati tez buzuvchi tiklanishi va mexanik chegaralarni saqlash oʻrtasidagi muvozanat sifatida tanlangan.

Nega Kp uchun 500–2000 chegarasi tanlangan?

Manbaning 7-jadval va 15-rasm taqqoslashiga koʻra, past \(K_p\) qiymatlarida tizim haddan tashqari soʻndirilgan va buzuvchidan keyin sekin tiklangan. Juda yuqori koeffitsiyentlarda esa yuqori chastotali tebranishlar yuzaga kelgan.

Tadqiqotchilar ushbu taqqoslash natijasida 500–2000 oraligʻini mexanik boshqaruv uchun amaliy ish sohasi sifatida tanlagan.

Nega TD3 alohida taqqoslangan?

Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient (TD3), standart DDPGʻdagi Q-qiymatini ortiqcha baholash va oʻqitish beqarorligi muammolarini kamaytirishga qaratilgan etalon algoritm sifatida ishlatilgan.

TD3ʻda ikkita alohida Critic tarmogʻi mavjud va maqsad qiymati hisoblanganda ikki Criticʻning minimal chiqishi ishlatiladi:

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

Actor tarmogʻi Criticʻga nisbatan kechiktirib yangilanadi va maqsad harakatlariga kesilgan Gauss shovqini qoʻshiladi.

17-rasmda TD3 va takomillashtirilgan DDPG ham buzuvchisiz, ham buzuvchili sharoitlarda 53,4 mm maqsadli siljish uchun taqqoslangan. Manba takomillashtirilgan DDPG kamroq oshib ketish, silliqroq javob va t = 8 s da buzuvchi qoʻllangandan keyin tezroq tiklanish koʻrsatganini bildiradi. Biroq TD3 uchun 9-jadvaldagidek alohida sonli oshish/xato jadvali berilmaganligi sababli ushbu vizual taqqoslashdan aniq TD3 samaradorlik raqamlari chiqarilmasligi kerak.

Ikki bosqichli oʻqitish nimani anglatadi?

Standart DDPGʻning oʻqitish boshida mukofotning yuqori tebranishi va sekin yaqinlashishini kamaytirish uchun Actor–Critic tarmogʻi avval quvur liniyasi ankraj blokining Simulink modelidan hosil qilingan oflayn maʻlumotlar bilan oʻqitilgan.

PID parametrlarining dastlabki qidiruv sohasi muhandislik sozlashi orqali olingan ishonchli oraliq bilan cheklangan. Ushbu yondashuv tarmoqning fizik jihatdan maʻnosiz parametr hududlarini tasodifiy oʻrganishini kamaytirishga qaratilgan.

Ikkinchi bosqichda model onlayn nozik sozlashga oʻtkaziladi va tizimdan olingan yangi holat–harakat–mukofot tajribalari bilan siyosat yangilanadi.

Yakuniy simulyatsiya natijalari nimani koʻrsatadi?

Buzuvchisiz sharoitda takomillashtirilgan DDPGʻning oshib ketishi klassik PIDʻga nisbatan %25 dan %3 ga, standart DDPGʻga nisbatan esa %12 dan %3 ga kamayadi. Siljish xatosi mos ravishda 5,0 va 2,0 mm dan 0,3 mm gacha tushadi.

Buzuvchili sharoitda takomillashtirilgan DDPG uchun oshib ketish %4,0 va siljish xatosi 0,5 mm. Shu sharoitda klassik PID %28 oshib ketish va 7,0 mm, standart DDPG esa %15 va 3,0 mm natija beradi.

18-rasmdagi boshqaruv javoblari va ustunli grafiklar bu jadvalni vizual ravishda qoʻllab-quvvatlaydi: klassik PID boshida yaqqol yuqori oshib ketish koʻrsatadi, takomillashtirilgan DDPG esa 53,4 mm maqsadga silliqroq yaqinlashadi. t = 8 s da buzuvchi qoʻllanganda klassik PID va standart DDPG egri chiziqlaridagi ogʻishlar kattaroq, takomillashtirilgan DDPGʻdagi ogʻish esa kichikroq.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan xulosalar

• Vintli yuritma, ekssentrik krank-salazka va parallelogramm mexanizmi birlashtirilib, oltita slipli ixcham ankraj bloki loyihalangan.
• Slip harakatining dinamik modeli Lagrange usuli bilan tuzilgan.
• Slip siljishi xatti-harakati oltita turli itarish kuchida cheklangan fizik laboratoriya tajribasi bilan oʻrganilgan.
• Manba 10–15 kN itarish oraligʻini oʻz tajriba qurilmasi uchun mos ankraj sohasi sifatida belgilaydi.
• DDPG \(K_p\) va \(K_i\) parametrlarini uzluksiz moslashtirish uchun ishlatilgan.
• Takomillashtirilgan DDPG mukofot funksiyasiga mexanik cheklov jazosi qoʻshilgan.
• \(K_p\) uchun 500–2000, \(K_i\) uchun 0,1–0,5 xavfsiz ish chegaralari belgilangan.
• Mexanik jazo ogʻirligi sifatida 0,5 qiymati manba simulyatsiyalarida eng maqbul muvozanat deb tanlangan.
• Ikki bosqichli oflayn dastlabki oʻqitish va onlayn nozik sozlash strategiyasi qoʻllanilgan.
• Yakuniy simulyatsiyalarda takomillashtirilgan DDPG klassik PID va standart DDPGʻdan kamroq oshib ketish va siljish xatosini bergan.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlamaydigan yoki hali tasdiqlamagan xulosalar

• Takomillashtirilgan DDPG boshqaruvi haqiqiy dengiz osti quvurida ayni sonli samaradorlikni berishi koʻrsatilmagan.
• Boshqaruv usuli toʻliq oʻlchamli PIPR prototipida fizik jihatdan sinovdan oʻtkazilmagan.
• Hardware-in-the-loop tasdiqlashi amalga oshirilmagan.
• Haqiqiy dengiz osti bosimi, turbulent oqim va uzoq muddatli quvur ichi ish sharoitlari bir tajribada birgalikda tasdiqlanmagan.
• Sensor xatolari, aloqa kechikishi va haqiqiy elektron yuritma dinamikalarining barchasi eksperimental baholanmagan.
• 9-jadval natijalarini turli diametr, geometriya yoki ankraj mexanizmlariga toʻgʻridan-toʻgʻri umumlashtirib boʻlmaydi.
• Tadqiqot haqiqiy quvur liniyasida muhrlanish nol sizib chiqish bilan taʻminlanganini eksperimental isbotlamaydi.
• DDPG barcha quvur robotini boshqarish muammolarida TD3 yoki boshqa mustahkamlovchi oʻrganish usullaridan ustun degan xulosa chiqarib boʻlmaydi.

Tadqiqotning usuli va natijalari

Ankraj blokining konstruktiv parametrlari

Dinamik model

Slipning radial siljishi \(\Delta y\) umumlashtirilgan koordinata sifatida ishlatilgan. Uzun sterjenlarning kuchi, slip massasi va sirpanish ishqalanishi hisobga olinib:

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

dinamik tenglama olingan.

Modelda slip harakati sof radial translatsiya qiladi deb faraz qilingan. Bu faraz mexanik modelni soddalashtiradi va haqiqiy sharnir boʻshliqlari, elastik deformatsiya yoki ishlab chiqarish tolerantliklarini bevosita modelga kiritmaydi.

Fizik dastlabki tasdiqlash

Slip mexanizmi laboratoriya qurilmasida 5, 8, 12, 15, 22 va 25 kN itarish kuchlarida sinovdan oʻtkazilgan. Manba 10–15 kN oraligʻini eng kichik xato sohasi sifatida talqin qiladi.

Biroq 3-jadvaldagi ogʻish ishoralarida va ogʻishning qaysi referensga nisbatan aniqlanganida matematik noaniqlik borligi sababli jadval maʻlumotlari qayta hisoblanib tuzatilmasligi kerak.

Boshqaruv modeli parametrlari

4-jadvaldagi ushbu qiymatlar bilan keyingi (23)-tenglama chiqarilishida ishlatilgan ayrim koeffitsiyentlar oʻrtasida manba ichki nomuvofiqlik mavjud; yakuniy uzatish funksiyasi manbada bosilgan shaklda saqlanishi kerak.

Asosiy kontroller parametrlarini taqqoslash

Ushbu taqqoslash natijasida \(K_p=1000\), \(K_i=0,2\) va \(K_d=0\) asosiy boshqaruv parametrlari tanlangan.

DDPG oʻqitish va tarmoq parametrlari

Yakuniy algoritm natijalari

Bu jadval tadqiqotning eng kuchli miqdoriy boshqaruv natijasidir. Biroq natijalarning barchasi Simulink asosidagi boshqaruv tasdiqlashiga tegishli boʻlib, haqiqiy tiqinlash robotining dala samaradorligi sifatida taqdim etilmasligi kerak.

Manba ichidagi muhim texnik nomuvofiqliklar

3-jadvaldagi ogʻish ishoralari: Nazariy va eksperimental qiymatlar bilan “Displacement Deviation” ishoralari yagona farq taʻrifi bilan mos kelmaydi. 53,4 mm maqsadli qiymatga nisbatan talqin ham barcha satrlar bilan arifmetik jihatdan mos emas.

%95 ishonch oraligʻi: Manba [−4,03; 2,00] oraligʻini beradi. Jadvaldagi oltita ishorali ogʻishdan foydalanganda bu oraliq toʻgʻridan-toʻgʻri qayta hosil qilinmaydi. Manbadagi qiymat oʻzgartirilmagan.

Uzatish funksiyasi koeffitsiyentlari: 4-jadval, (22)-tenglama atrofidagi matn va (23)-tenglama oldidagi sonli almashtirish \(K_aK_t\) hamda \(\gamma_g\) uchun turli daraja yoki raqamlarni beradi.

Dvigatel turi: Konstruktiv loyiha YPE200-4 asinxron dvigatelini tanlagan boʻlsa, boshqaruv qismida step motor va boshqa bir izohda DC motor/gidravlik aktuator iboralari ishlatiladi.

PID/PI nomlanishi: Tadqiqot DDPG-PID atamasini ishlatadi; biroq \(K_d=0\) boʻlgani uchun amaldagi asosiy boshqaruv tuzilmasi manba tomonidan ham pozitsion PI deb taʻriflangan.

PID steady-state error: Dastlabki step response izohida taxminan 0,005 mm, yakuniy 9-jadvalda buzuvchisiz holatda 5,0 mm xato bildirilgan. Manba bu farqning sinov taʻrifini aniq uygʻunlashtirmaydi.

Eksperimental tasdiqlashning haqiqiy chegarasi

Tadqiqotdagi fizik tajriba ankraj sliplarining mexanik siljish xatti-harakatini va tuzilgan dinamik modelning umumiy tendensiyasini tekshirishga qaratilgan. DDPG, takomillashtirilgan DDPG, TD3, mukofot funksiyasi yoki adaptiv \(K_p/K_i\) sozlash fizik sinov qurilmasida ishlatilganiga oid apparat tasdiqlashi taqdim etilmagan.

Shuning uchun tadqiqotning ikki tasdiqlash qatlamini ajratish kerak:

• Mexanik model: cheklangan laboratoriya siljish tajribasi mavjud.
• Adaptiv boshqaruv samaradorligi: simulyatsiya tasdiqlashiga asoslanadi.

Bu farq tadqiqotning haqiqiy muhandislik yetukligini baholash uchun asosiy ahamiyatga ega.

Manba va usul izohi

Toʻliq asl ish nomi: Adaptive Tracking Control of Anchoring Unit for Pipeline Intelligent Plugging Robot Based on Improved Deep Deterministic Policy Gradient

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

Mualliflar tartibi: Manbadagi tartib aynan saqlangan.

Masʻul muallif: Tingting Wu.

Teng hissa/teng birinchi muallif: Manbada bunday bayonot yoʻq.

Muassasalar: 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.

Nashriyot: MDPI.

Bibliografik yozuv: Machines 2026, 14, 675.

DOI: 10.3390/machines14060675.

Rasmiy nashr havolasi:https://doi.org/10.3390/machines14060675

Nashr sanasi: 10 iyun 2026.

Manba turi va taqriz holati: Taqrizdan oʻtgan original tadqiqot maqolasi. Ankraj mexanizmining harakat modeli cheklangan fizik tajriba bilan oʻrganilgan; takomillashtirilgan DDPG-PID boshqaruv samaradorligi simulyatsiya orqali tasdiqlangan.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Moliyalashtirish: 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) va Henan Province oliy taʻlim muassasalari Key Scientific Research Project Plan doirasidagi Research Special Program (26ZX018).

Maʻlumotlar mavjudligi: Mualliflar maʻlumotlar maqola ichida mavjudligini bildirgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini bayon qilgan.

Muallif hissalari: Tingting Wu konseptuallashtirish, usul va moliyalashtirishni jalb qilishda; Yaxin Liu usul, dasturiy taʻminot, tasdiqlash va dastlabki matnda; Laihe Qi dasturiy taʻminot va tasdiqlashda; Pu Wang tasdiqlashda; Qingtao Liang tadqiqotda; Shuai Li va Xingxing Wang resurslarni taʻminlashda; Lijian Li maʻlumotlarni tartibga solishda; Xingyuan Miao koʻrib chiqish va tahrirlashda; Hong Zhao nazoratda ishtirok etgan.

Ushbu Verianla maqolasidagi robot tuzilmasi, mexanik oʻlchamlash, dinamik tenglamalar, fizik tajriba natijalari, boshqaruv arxitekturalari, DDPG/TD3 izohlari, mukofot funksiyalari va samaradorlik qiymatlari koʻrib chiqilgan manba tadqiqotiga asoslanadi. Bibliografik identifikatsiyani tekshirishdan tashqari tashqi manbalardan yangi ilmiy tajriba yoki samaradorlik natijasi qoʻshilmagan.

Asosiy uslubiy chegara: Mexanik ankraj bloki uchun slip siljishi jarayoni laboratoriya miqyosidagi fizik qurilmada sinovdan oʻtkazilgan. Bunga qarshi takomillashtirilgan DDPG-PIDʻning yakuniy samaradorlik natijalari MATLAB/Simulink simulyatsiyasiga asoslangan. Toʻliq oʻlchamli robot, hardware-in-the-loop, haqiqiy dengiz osti quvur liniyasi, dala bosimi va uzoq muddatli chidamlilik tasdiqlashi mavjud tadqiqotda yoʻq.

3-jadval nomuvofiqligi: Nazariy va eksperimental siljish qiymatlari bilan manbada berilgan ishorali ogʻishlar barcha satrlarda bir xil farq taʻrifiga amal qilmaydi. Manbada berilgan %95 ishonch oraligʻi ham jadvaldagi oltita ishorali qiymatdan foydalanib toʻgʻridan-toʻgʻri qayta hosil qilinmaydi. Raqamlar manbada qanday boʻlsa shunday saqlangan.

Uzatish funksiyasi nomuvofiqligi: 4-jadval va (23)-tenglama chiqarilishi \(K_aK_t\) hamda \(\gamma_g\) uchun turli daraja/raqamlardan foydalanadi. Yakuniy tenglama manbada bosilgan shaklda uzatilgan, koeffitsiyentlar yashirincha qayta hisoblanmagan.

Dvigatel va aktuator terminologiyasi: Mexanik loyiha YPE200-4 disk tipidagi asinxron dvigatelni tanlaydi; boshqaruv modeli boʻlimlarida step motor, DC motor va bir nuqtada gidravlik aktuator iboralari mavjud. Manba ushbu terminologik farqlarni alohida tushuntirmaydi.

PID/PI izohi: Maqola va algoritm nomlanishida “PID” ishlatilgan boʻlsa-da, tanlangan kontrollerda \(K_d=0\) va manba asosiy tuzilmani pozitsion PI boshqaruv deb taʻriflaydi.

Boshqaruv xatosi izohi: Dastlabki PID step response baholashida taxminan 0,005 mm steady-state error koʻrsatilgan, yakuniy 9-jadvalda esa buzuvchisiz PID displacement error 5,0 mm deb berilgan. Ikki natija manbada bir xil metrik va sinov sharoiti ostida ochiq tarzda uygʻunlashtirilmagan.