Tadqiqot ikki avtonom suvosti apparati yukni tashiydigan uch xil tizimda aktuatorlarning yoʻlni kuzatish boshqaruvini oʻrganadi: qattiq ulanishli tashish tizimi (Rigid-Connection Transportation System, RCTS), moslashuvchan/boʻgʻinli ulanishli tashish tizimi (Flexible-Connection Transportation System, FCTS) va yetakchi–ergashuvchi formatsiya boshqaruvli tashish tizimi (Leader–Follower-Formation Control Transportation System, LFFCTS). Tadqiqotchilar doimiy koeffitsiyentli anʼanaviy PID boshqaruvi oʻrniga PID koeffitsiyentlarini real vaqt rejimida sozlaydigan teskari tarqalishli neyron tarmoq asosidagi Neural Network-Augmented Control (NNAC) dan foydalangan va sensor hamda jarayon shovqini sharoitida holatni baholash uchun Extended Kalman Filter (EKF) ni qoʻshgan. Simulyatsiyalarda NNAC anʼanaviy PID bilan taqqoslaganda oʻrganilgan harakat oʻzgaruvchilarining RMSE qiymatlarini taxminan %26–72 ga kamaytirgan. Biroq yuqoriroq boshqaruv aniqligi aktuatorlardan koʻproq quvvat talab qilishi bilan birga kelgan. Natijalar matematik model va simulyatsiya muhitiga tegishli; tadqiqot real dengiz sinovi, jismoniy prototip yoki dala sharoitidagi tasdiqlashni taqdim etmaydi.
Shovqinli sharoitdagi NNAC natijalarida RCTS uchun surge va heave RMSE qiymatlari mos ravishda 1,08 m va 1,22 m; FCTS uchun 1,14 m va 1,01 m deb hisoblangan. LFFCTS yetakchi apparati 1,03 m va 0,98 m RMSE hosil qilgan boʻlsa, ergashuvchi apparatda bu qiymatlar 2,08 m va 1,92 m gacha oshgan. FCTS ning ikki boʻgʻinli ulanish burchagidagi RMSE qiymatlari 4,32° va 5,13° ni tashkil etgan. Tadqiqotchilarning umumiy bahosida RCTS eng yuqori umumiy harakat aniqligini eng past aktuator energiya talabi bilan taʼminlagan, FCTS eng yuqori quvvat sarfini koʻrsatgan; LFFCTS esa moslashuvchanlik bilan boshqaruv samaradorligi oʻrtasida oraliq yechim yaratgan.
Turkiya nuqtayi nazaridan baholash: Tadqiqotda qoʻllangan yondashuv avtonom suvosti apparatlari, dengiz tubida yuk tashish, suvosti robototexnikasi, ochiq dengiz operatsiyalari, dengiz tadqiqotlari va mudofaa maqsadidagi koʻp apparatli robot tizimlari boʻyicha Turkiyadagi muhandislik ishlariga metodik namuna boʻlishi mumkin. Ayniqsa sensor noaniqligi sharoitida sunʼiy neyron tarmoq yordamidagi aktuator boshqaruvining EKF bilan birlashtirilishi diqqatga sazovor. Biroq tadqiqotdagi gidrodinamik farazlar, shovqin darajalari, aloqa sharoitlari va Minerva HAUV modeli muayyan simulyatsiya doirasiga tegishli. Turkiyaning real dengiz sharoitlari, oqimlari, sensor infratuzilmasi, apparat geometriyalari va operatsion vazifalari uchun bevosita samaradorlik kafolatini chiqarib boʻlmaydi.
Tadqiqotning asosiy muammosi nima?
Yukni suv ostida avtonom tarzda tashish faqat apparatning maqsad nuqtasiga yetib borishini talab qilmaydi. Apparatlar yukni muvozanatda ushlashi, belgilangan yoʻlni kuzatishi, zarur boʻlganda barqaror holatda turishi va sensor oʻlchovlaridagi noaniqliklarga qaramay aktuatorlarini toʻgʻri boshqarishi kerak. Bir nechta apparat ishlatilganda ulanish turi ham tizim dinamikasini sezilarli darajada oʻzgartiradi.
Tadqiqot bu muammoni uch xil tashish arxitekturasi orqali koʻrib chiqadi. RCTS da ikkita Hovering Autonomous Underwater Vehicle (HAUV) va yuk qattiq ulanishlar orqali yagona butun kabi harakatlanadi. FCTS da apparatlar bilan yuk orasida boʻgʻinli ulanishlar boʻlgani sababli apparat harakatlaridan tashqari ulanish burchaklari ham boshqarilishi kerak. LFFCTS da esa apparatlar bevosita bitta qattiq tuzilma hosil qilmaydi; yetakchi apparatning harakati kuzatiladi va ergashuvchi apparat formatsiya boshqaruvchisi orqali yetakchi bilan belgilangan geometrik munosabatni saqlaydi.
Nega klassik torpedosimon AUV oʻrniga HAUV ishlatilgan?
Tadqiqotda anʼanaviy torpedosimon AUV lar oʻrniga Minerva ROV modeli avtonom ishlaydigan tarzda koʻrib chiqilgan va Hovering Autonomous Underwater Vehicle deb atalgan. Tadqiqotchilarning asosiga koʻra, yuk tashish vazifalarida apparat surge, sway va heave yoʻnalishlarida aniq harakatlana olishi hamda yukni olish yoki qoʻyish vaqtida belgilangan joyda muallaq turishi kerak.
Minerva platformasida beshta itarish aktuatori mavjud. Ulardan biri koʻndalang yoʻnalishda itarish hosil qiladi, ikkita aktuator vertikal harakatni taʼminlaydi; qolgan ikkita aktuator esa oʻq yoʻnalishiga nisbatan 10° burchak ostida joylashtirilib, oʻq boʻylab va koʻndalang itarish komponentlarini hosil qiladi.
Uchta suvosti tashish tizimi bir-biridan qanday farq qiladi?
RCTS, ikkita HAUV, yuk va qattiq ulanishlarni yagona mexanik korpus sifatida koʻrib chiqadi. Tadqiqotda apparatlar bilan yuk orasidagi ulanishlar 1 m × 0,25 m × 0,01 m oʻlchamdagi alyuminiy elementlar sifatida modellashtirilgan. Apparatlar va yuk oʻrtasida nisbiy harakat yoʻq deb qabul qilingan.
FCTS da ikkita apparat yukni 3 m uzunlikdagi boʻgʻinli ulanishlar orqali tashiydi. Bu arxitekturada nafaqat yukning yoʻli, balki ulanishlarning burchak holati ham boshqaruv muammosiga kiritiladi. Shovqinli simulyatsiyada ulanish 01 uchun +40°, ulanish 02 uchun −40° maqsad burchaklari ishlatilgan.
LFFCTS da apparatlardan biri yetakchi, ikkinchisi ergashuvchidir. Yetakchi rejalashtirilgan yoʻlni kuzatganda, ergashuvchi formatsiya boshqaruvchisidan olgan maʼlumotlar asosida yetakchi bilan belgilangan nisbiy holatni saqlashga harakat qiladi. Bu tizim jismoniy jihatdan qayta konfiguratsiyalanishi mumkin boʻlgan tashish geometriyasini taqdim etsa-da, ergashuvchi apparat buyruqlarni bilvosita olgani uchun kuzatish xatosi ortishi mumkin.
Yuk qanday modellashtirilgan?
Yuk 1 m³ hajmli kubsimon konteyner sifatida modellashtirilgan va unga taxminan 10.055 N koʻtarish kuchi berilgan. RCTS uchun analitik soddalashtirish maqsadida yuk neytral suzuvchan deb qabul qilingan. Biroq manbada ushbu holatga mos massa 1.025 kg deb yozilgan. Xuddi shu boʻlimda FCTS va LFFCTS uchun 10.100 N ogʻirlikka mos ravishda taxminan 1030 kg qiymati berilgani sababli 1.025 kg ifodasi manba ichida fizik/imlo nomuvofiqligini yuzaga keltiradi. Bu qiymat bu yerda yashirincha oʻzgartirilmagan.
FCTS va LFFCTS da yuk biroz manfiy suzuvchan deb modellashtirilgan va 10.100 N ogʻirlik ishlatilgan. FCTS uchun buning sababi shuki, dastlabki pastga harakat paytida neytral yoki musbat suzuvchan yuk ulanishlarda yetarli taranglik hosil boʻlguncha oʻz joyida qolishi va apparatlar bilan yuk oʻrtasida istalmagan nisbiy harakat yuz berishi mumkin.
Dinamik modellar qanday tuzilgan?
Tahlil vertikal tekislik bilan cheklangan. RCTS uchun Newton–Euler yondashuvi ishlatilgan va asosiy harakat tenglamasi quyidagicha berilgan:
\[ M_t\dot{v}+C_t(v)v+D_t(v)v+g_t(\eta)=\tau_t \]
Bu yerda \(M_t\) birlashtirilgan massa matritsasini, \(C_t(v)\) Coriolis va markazdan qochma hadlarini, \(D_t(v)\) gidrodinamik soʻnishni, \(g_t(\eta)\) gidrostatik taʼsirlarni va \(\tau_t\) aktuatorlardan keladigan jami itarish vektorini ifodalaydi.
RCTS ning vertikal tekislikdagi tezlik vektori:
\[ v= \begin{bmatrix} u\\ w\\ q \end{bmatrix} \]
va poza vektori:
\[ \eta= \begin{bmatrix} x\\ z\\ \theta \end{bmatrix} \]
koʻrinishida aniqlangan. Bu yerda \(x\) surge yoʻnalishidagi holatni, \(z\) heave yoʻnalishidagi holatni va \(\theta\) pitch burchagini ifodalaydi.
FCTS ning boʻgʻinli ulanishlari sababli tizim Lagrange yondashuvi bilan modellashtirilgan:
\[ M(\eta)\ddot{\eta} + D(\eta,\dot{\eta})\dot{\eta} + g(\eta) = \tau \]
Ushbu modelda yuk va apparat harakatlaridan tashqari boʻgʻinli ulanishlarning \(\alpha_n\) burchaklari ham umumlashtirilgan koordinatalarga kiritiladi. Shu sababli FCTS ning boshqaruv muammosi RCTS ga qaraganda yuqoriroq oʻlchamli va oʻzaro bogʻlangan dinamik tuzilmani hosil qiladi.
LFFCTS uchun yetakchi va ergashuvchining nisbiy holati \(\beta_x\), \(\beta_z\) va nisbiy pitch burchagi \(\theta_{LF}\) bilan aniqlangan. Formatsiya boshqaruv qonuni tadqiqotda:
\[ \dot{\chi}=-k_f(\chi-\chi_d) \]
koʻrinishida berilgan. Formatsiya boshqaruvchisining koeffitsiyenti \(k_f=1{,}5\) sifatida ishlatilgan.
Model qanday soddalashtirishlarni oʻz ichiga oladi?
Tadqiqot real dengiz muhitining barcha taʼsirlarini modellashtirmaydi. Tahlil vertikal tekislik bilan cheklangan; tizim chuqur suvda va sirt toʻlqinlari taʼsir qilmaydigan hududdan pastda ishlaydi deb qabul qilingan. Boshqa suvosti apparatlari, dengiz organizmlari yoki inshootlarning gidrodinamik oʻzaro taʼsiri eʼtiborga olinmagan. FCTS ning boʻgʻinli ulanishlaridagi elastiklik va massa eʼtiborga olinmagan. LFFCTS da esa aloqa cheklovlari nol deb qabul qilingan. Ushbu farazlar ayniqsa real dala samaradorligi haqida umumlashtirishda muhimdir.
Extended Kalman Filter nima uchun ishlatilgan?
Boshqaruvchi apparatning haqiqiy holatini bevosita va mukammal biladi degan farazga asoslanmagan. Tadqiqotchilar sensor oʻlchov xatolari hamda modelga kiritilmagan muhit/dinamik taʼsirlarni alohida shovqin manbalari sifatida belgilagan. Nolinear tizim holatlarini baholash uchun Extended Kalman Filter (EKF) ishlatilgan.
Holat modeli:
\[ \dot{x}=f(x,\tau)+w_d \]
oʻlchov modeli esa:
\[ z=h(x)+w_n \]
koʻrinishidadir. Bu yerda \(w_d\) jarayon shovqinini, \(w_n\) sensor shovqinini ifodalaydi. Ikkalasi ham oʻrtacha qiymati nol boʻlgan oq Gauss jarayonlari deb qabul qilingan.
EKF ning tuzatish bosqichidagi asosiy holat yangilanishi:
\[ \hat{x}_k=x_k^-+ K_k\left[z_k-h(x_k^-)\right] \]
koʻrinishidadir. \(K_k\) — model bashorati bilan oʻlchov oʻrtasidagi noaniqlik muvozanatini belgilovchi Kalman koeffitsiyenti.
Shovqin darajalari qanday tanlangan?
Sensor shovqini uchun IMU va USBL/SLAM tadqiqotlaridagi qiymatlardan kelib chiqib holat, yoʻnalish va tezlik oʻzgaruvchilari uchun dispersiyalar tanlangan. Tadqiqotda ishlatilgan sensor shovqini dispersiyalari quyidagilar:
| Holat oʻzgaruvchisi | Sensor shovqini dispersiyasi |
|---|---|
| Holat | 0,4 m² |
| Yoʻnalish | 0,08 deg² |
| Ilgarilanma tezlik | 0,05 m²/s² |
| Burchak tezligi | 0,005 deg²/s² |
Jarayon shovqini uchun tadqiqotchilar suvosti apparatlarida bevosita taqqoslanadigan dispersiya qiymatlari cheklanganini qayd etib, sirt apparatlaridagi qiymatlar va dengiz oqimi maʼlumotlariga asoslangan taxminiy tanlov qilgan:
| Holat oʻzgaruvchisi | Jarayon shovqini dispersiyasi |
|---|---|
| Holat | 0,6 m² |
| Yoʻnalish | 0,8 deg² |
| Ilgarilanma tezlik | 0,05 m²/s² |
| Burchak tezligi | 0,06 deg²/s² |
Bu nuqta tadqiqotning muhim cheklovlaridan biridir: ishlatilgan jarayon shovqini real dengiz sinovida oʻlchanib tizimga kiritilmagan; tanlangan dispersiyalar asosida tasodifiy Gauss shovqini shaklida modellashtirilgan.
Neural Network-Augmented Control qanday ishlaydi?
NNAC mustaqil ravishda PID oʻrnini bosadigan yagona qora quti boshqaruvchi emas. Tadqiqotda teskari tarqalishli sunʼiy neyron tarmoq PID boshqaruvchisining \(K_p\), \(K_i\) va \(K_d\) koeffitsiyentlarini tizimning joriy xatti-harakatiga qarab sozlaydi. Shu tariqa doimiy PID koeffitsiyentlari oʻrniga xato va xatoning oʻzgarishiga qarab uzluksiz yangilanadigan boshqaruv parametrlari olinishi koʻzda tutiladi.
Neyron tarmoqning asosiy samaradorlik funksiyasi:
\[ E(k)=\frac{1}{2}[r(k)-y(k)]^2 \]
koʻrinishida aniqlangan. \(r(k)\) maqsad javobini, \(y(k)\) esa tizimning haqiqiy chiqishini ifodalaydi.
Tarmoq ogʻirliklari gradientli tushish va momentum hadi yordamida yangilanadi:
\[ \Delta\omega(k)= -\eta\frac{\partial E(k)}{\partial\omega} + \alpha\Delta\omega(k-1) \]
Tadqiqotda barcha tashish tizimlari uchun oʻrganish tezligi \(\eta=0{,}5\), momentum koeffitsiyenti esa \(\alpha=0{,}1\) qilib tanlangan.
Neyron tarmoq arxitekturalari nima uchun farq qiladi?
RCTS uchun 8–14–6, LFFCTS dagi har bir apparat uchun 8–10–6, FCTS uchun esa 16–10–12 tarmoq tuzilmasi ishlatilgan. Birinchi son kirish tugunlarini, ikkinchi son yashirin qatlamdagi neyronlarni, oxirgi son esa PID parametrlarini hosil qiluvchi chiqish tugunlarini ifodalaydi.
RCTS ikki HAUV, ulanishlar va yukdan tashkil topgan kattaroq qattiq tuzilma boʻlgani uchun bitta LFFCTS apparatiga qaraganda koʻproq yashirin neyron ishlatilgan. FCTS da esa ikki boʻgʻinli ulanishning holati va burchak xatolari ham boshqaruv tizimiga kiritilgani sababli kirish va chiqish oʻlchamlari ortadi.
Anʼanaviy PID bilan taqqoslash qanday amalga oshirilgan?
Taqqoslash maqsadida barcha tizimlarga qoʻlda sozlangan anʼanaviy PID boshqaruvchilari ham qoʻllangan. Tadqiqotchilar turli PID koeffitsiyentlari bilan bir nechta simulyatsiya oʻtkazgach, maqbul yoʻl kuzatishni taʼminlaydigan koeffitsiyent toʻplamlarini tanlagan. Shu tariqa NNAC va doimiy koeffitsiyentli PID bir xil tashish arxitekturalarida sensor va jarayon shovqini ostida taqqoslangan.
Rejalashtirilgan yoʻl qanday edi?
Yoʻl har biri 40 soniyadan boʻlgan toʻrtta qismga ajratilgan va umumiy baholash vaqti 160 soniyani tashkil etgan. RCTS va FCTS uchun asosiy holat nuqtalari mos ravishda (0,0), (5,10), (10,15) va (20,20) m deb belgilangan; oxirgi qismda tizim maqsad holatda ushlab turilgan.
LFFCTS yetakchi apparati yukning boshqa tizimlar bilan taqqoslanadigan holatda qolishini taʼminlash uchun x yoʻnalishidagi 4,24 m geometrik ofsetni hisobga olgan holda boshqa koordinatalarni kuzatgan. Yetakchi uchun oraliq maqsadlar 7,12 m, 12,12 m va 22,12 m x koordinatalarini oʻz ichiga oladi.
Shovqin ostida qaysi tizim aniqroq kuzatdi?
NNAC ostida shovqinli sharoitda RCTS ning surge RMSE si 1,08 m, heave RMSE si 1,22 m ni tashkil etadi. FCTS da mos qiymatlar 1,14 m va 1,01 m. LFFCTS yetakchisi 1,03 m va 0,98 m bilan oʻxshash aniqlik darajasida qolgan, ergashuvchi apparat esa 2,08 m va 1,92 m RMSE hosil qilgan.
Bu natija LFFCTS da yetakchi va ergashuvchi bir xil darajada aniq emasligini koʻrsatadi. Tadqiqot izohiga koʻra, ergashuvchi bevosita rejalashtirilgan yoʻlni emas, yetakchi holatlaridan hosil qilingan formatsiya buyruqlarini kuzatgani uchun xato va kechikishlar toʻplanadi.
FCTS boʻgʻin burchaklarini qanchalik yaxshi boshqargan?
Shovqin ostida FCTS ning maqsad qilingan +40° va −40° ulanish burchaklari saqlab qolingan. Birinchi ulanishning burchak RMSE si 4,32°, ikkinchisining esa 5,13° deb hisoblangan. Ideal sharoitda xuddi shu qiymatlar mos ravishda 4,06° va 4,90°.
12-rasmda burchaklarni dastlab maqsad qiymatlarga olib kelish uchun taxminan ±1800 Nm darajasidagi boshlangʻich momentlar koʻrinadi, undan keyin boshqaruv momentlari ulanish holatlarini saqlash uchun uzluksiz oʻzgaradi. Bu xatti-harakat FCTS nima uchun koʻproq aktuator saʼy-harakatini talab qilishini tushuntiruvchi muhim model natijasidir.
NNAC anʼanaviy PID ga nisbatan qanday foyda berdi?
Shovqinli sharoitda NNAC xabar qilingan barcha harakat aniqligi taqqoslashlarida anʼanaviy PID dan pastroq RMSE hosil qilgan.
| Tizim / oʻzgaruvchi | PID RMSE | NNAC RMSE | Manbada qayd etilgan yaxshilanish |
|---|---|---|---|
| RCTS – surge | 2,09 m | 1,08 m | %48,3 |
| RCTS – heave | 3,05 m | 1,22 m | %60,0 |
| RCTS – pitch | 1,94° | 0,67° | %65,5 |
| FCTS – surge | 2,12 m | 1,14 m | %46,2 |
| FCTS – heave | 3,11 m | 1,01 m | %67,5 |
| FCTS – ulanish 01 | 9,60° | 4,32° | %55,0 |
| FCTS – ulanish 02 | 10,50° | 5,13° | %51,1 |
| LFFCTS yetakchi – surge | 1,67 m | 1,03 m | %38,3 |
| LFFCTS yetakchi – heave | 2,09 m | 0,98 m | %53,1 |
| LFFCTS ergashuvchi – surge | 3,45 m | 2,08 m | %39,7 |
| LFFCTS ergashuvchi – heave | 2,61 m | 1,92 m | %26,4 |
| LFFCTS yetakchi – pitch | 1,20° | 0,33° | %72,5 |
| LFFCTS ergashuvchi – pitch | 1,20° | 0,33° | %72,5 |
Eng katta nisbiy RMSE kamayishi LFFCTS ning pitch boshqaruvida %72,5; eng past qayd etilgan yaxshilanish esa ergashuvchi apparatning heave harakatida %26,4 ni tashkil etgan.
Yuqoriroq aniqlikning energiya narxi qanday boʻldi?
NNAC ning yanada dinamik PID koeffitsiyentlarini hosil qilishi aktuator saʼy-harakatini oshirgan. Shovqinli simulyatsiyalarda RCTS ning jami quvvat koʻrsatkichi anʼanaviy PID bilan 147,6 W boʻlgan boʻlsa, NNAC bilan 203,2 W gacha; FCTS da 225,1 W dan 299,0 W gacha; LFFCTS da esa 122,62 W dan 206,5 W gacha oshgan.
Manbaning 15- va 16-jadvallarida bu oʻzgarishlar mos ravishda %27,4, %24,7 va %40,6 “oʻsish” deb belgilangan. Biroq bu foizlar boshlangʻich PID qiymatini maxraj sifatida oladigan standart foiz oʻsishi hisobiga mos kelmaydi; jadvaldagi nisbatlar farqni NNAC qiymatiga boʻlish bilan mos tushadi. Shu sababli bu yerda taqqoslashning ilmiy manbasi sifatida xom PID va NNAC quvvat qiymatlari saqlangan.
Uch arxitekturaning asosiy muhandislik murosasi nima?
RCTS mexanik jihatdan eng cheklangan tuzilma boʻlsa-da, qismlar oʻrtasida nisbiy harakat yoʻqligi sababli boshqaruv nuqtayi nazaridan eng sodda tizimni hosil qilgan va tadqiqotchilarning umumiy bahosida eng yuqori aniqlik bilan eng past quvvat talabini bir vaqtda taʼminlagan.
FCTS jismoniy jihatdan moslashuvchanroq boʻlsa-da, ulanish burchaklarini ham uzluksiz boshqarishi kerak. Ushbu qoʻshimcha dinamik pozitsiyalash vazifasi sababli uch arxitektura orasida eng yuqori quvvat sarfini koʻrsatgan.
LFFCTS jismoniy qayta konfiguratsiyalanish va aktuator talabi jihatidan FCTS dan qulayroq deb topilgan. Biroq ergashuvchining yetakchi apparat maʼlumotlari va formatsiya boshqaruviga bogʻliqligi ergashuvchi holatining aniqligini kamaytirgan.
Shu sababli tadqiqotchilar ochiq va toʻsiqlari kam chuqur suv operatsiyalari uchun RCTS ni; tor oʻtish joylari yoki apparatlarning nisbiy holatini oʻzgartirishini talab qiluvchi muhitlar uchun LFFCTS ni maʼqulroq variant deb baholagan. Bu tadqiqotning simulyatsiya sharoitlari doirasidagi dizayn bahosidir; real dengiz vazifalarida tasdiqlangan operatsion ustunlikni anglatmaydi.
Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan natijalar
- NNAC tadqiqotda ishlatilgan simulyatsiya sharoitlarida anʼanaviy doimiy koeffitsiyentli PID ga qaraganda pastroq harakat RMSE qiymatlarini hosil qilgan.
- EKF bilan birga ishlatilgan NNAC belgilangan sensor va jarayon shovqini ostida uchala tashish arxitekturasiga ham rejalashtirilgan harakatni bajarish imkonini bergan.
- RCTS, FCTS va LFFCTS bir xil boshqaruv muammosi jihatidan ekvivalent emas; ulanish arxitekturasi aktuator yukini va kuzatish aniqligini oʻzgartiradi.
- FCTS da ulanish burchaklarini boshqarish qoʻshimcha aktuator saʼy-harakati va yuqoriroq jami quvvat koʻrsatkichini talab qilgan.
- LFFCTS ning ergashuvchi apparati yetakchidan bilvosita buyruq olgani sababli yetakchi apparatdan yuqoriroq ilgarilanma xato koʻrsatgan.
- Harakat aniqligidagi yaxshilanish aktuator quvvatiga boʻlgan yuqoriroq talab bilan birga yuz bergan.
Tadqiqot isbotlamagan yoki sinamagan natijalar
- NNAC real dengiz operatsiyasida xuddi shu RMSE qiymatlarini taʼminlashi koʻrsatilmagan.
- Ikkita jismoniy HAUV va real yukdan foydalanib tajriba oʻtkazilmagan.
- Real sensor nosozliklari, paket yoʻqotilishi, aloqa kechikishi va oʻtkazuvchanlik kengligi cheklovlari sinovdan oʻtkazilmagan.
- LFFCTS aloqasi ideal deb qabul qilingani sababli real suvosti aloqasining taʼsiri aniqlanmagan.
- Sirt toʻlqinlari, yaqin jismlar bilan gidrodinamik oʻzaro taʼsir va oʻzgaruvchan ulanish elastikligi model doirasidan tashqarida.
- Tanlangan NNAC arxitekturalari barcha suvosti apparatlari uchun global optimal ekanligi koʻrsatilmagan.
- Yuqoriroq simulyatsiya quvvat koʻrsatkichi real batareya ishlash muddatiga yoki vazifa davomiyligiga qanchalik taʼsir qilishi tajribada oʻlchanmagan.
- RCTS barcha real dengiz vazifalarida FCTS yoki LFFCTS dan ustun degan xulosaga kelib boʻlmaydi.
Tadqiqot usuli va natijalari
Tizim va modellashtirish doirasi
| Xususiyat | RCTS | FCTS | LFFCTS |
|---|---|---|---|
| Apparatlar soni | 2 HAUV | 2 HAUV | 2 HAUV |
| Tashish ulanishi | Qattiq | Boʻgʻinli/moslashuvchan ulanish arxitekturasi | Yetakchi–ergashuvchi formatsiyasi |
| Asosiy dinamik yondashuv | Newton–Euler | Euler–Lagrange | Yakka apparat dinamikasi + nisbiy formatsiya dinamikasi |
| Boshqaruv arxitekturasi | Markazlashgan | Markazlashgan | Taqsimlangan yetakchi–ergashuvchi |
| Qoʻshimcha boshqaruv oʻzgaruvchisi | — | Ikki ulanish burchagi | Yetakchi–ergashuvchi nisbiy holati |
NNAC konfiguratsiyasi
| Parametr | RCTS | FCTS | LFFCTS |
|---|---|---|---|
| Neyron tarmoq arxitekturasi | 8–14–6 | 16–10–12 | Har bir apparat uchun 8–10–6 |
| Oʻrganish tezligi | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Momentum koeffitsiyenti | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Koeffitsiyent sozlamasi | 20 surge; 18 heave | 20 surge; 30 heave; ulanish burchaklari uchun 500 va 500 | Yetakchi: 18 surge, 15 heave; ergashuvchi: 4 surge, 4 heave |
Ideal va shovqinli sharoitlarni taqqoslash
| Tizim / holat | Ideal sharoit RMSE | Sensor + jarayon shovqini RMSE | Birlik |
|---|---|---|---|
| RCTS surge | 0,57 | 1,08 | m |
| RCTS heave | 0,83 | 1,22 | m |
| RCTS pitch | 0,00 | 0,67 | ° |
| FCTS surge | 1,03 | 1,14 | m |
| FCTS heave | 0,86 | 1,01 | m |
| FCTS ulanish 01 | 4,06 | 4,32 | ° |
| FCTS ulanish 02 | 4,90 | 5,13 | ° |
| LFFCTS yetakchi surge | 0,62 | 1,03 | m |
| LFFCTS ergashuvchi surge | 1,95 | 2,08 | m |
| LFFCTS yetakchi heave | 0,76 | 0,98 | m |
| LFFCTS ergashuvchi heave | 1,44 | 1,92 | m |
Sensor va jarayon shovqini barcha tizimlarda xato darajasini oshirgan boʻlsa-da, NNAC bilan yopiq konturli boshqaruv davom etgan. Eng katta ilgarilanma xato LFFCTS ning ergashuvchi apparatida kuzatilgan.
Verianla Live: Shovqin ostida NNAC yoʻlni kuzatish aniqligi
Jadval sensor va jarayon shovqini ostida uchta tashish arxitekturasining surge va heave RMSE qiymatlarini taqqoslaydi. LFFCTS yetakchi va ergashuvchi apparatlari alohida koʻrsatilgan. Barcha sonli qatorlar metrda berilgan.
| Tizim | Surge RMSE | Heave RMSE | Birlik | Manba |
|---|---|---|---|---|
| RCTS | 1,08 | 1,22 | m | Jadval 11 |
| FCTS | 1,14 | 1,01 | m | Jadval 11 |
| LFFCTS yetakchi | 1,03 | 0,98 | m | Jadval 11 |
| LFFCTS ergashuvchi | 2,08 | 1,92 | m | Jadval 11 |
NNAC ostida quvvat talabi
| Tizim | Ideal sharoit jami quvvat koʻrsatkichi | Shovqinli sharoit jami quvvat koʻrsatkichi |
|---|---|---|
| RCTS | 123,1 W | 203,2 W |
| FCTS | 260,1 W | 299,0 W |
| LFFCTS | 129,2 W | 206,5 W |
Shovqinli NNAC sharoitida FCTS 299,0 W bilan eng yuqori jami quvvat koʻrsatkichini hosil qilgan. RCTS 203,2 W va LFFCTS 206,5 W bilan bir-biriga yaqin natija bergan.
Verianla Live: PID va NNAC jami quvvat taqqoslanishi
Bu taqqoslashda faqat manbadagi xom jami quvvat qiymatlari ishlatilgan. Manbada “% Increase” sifatida berilgan nisbatlardagi hisoblash muammosi sababli grafik foizlarga emas, bevosita Watt qiymatlariga asoslangan.
| Tashish tizimi | Anʼanaviy PID | NNAC | Birlik | Manba |
|---|---|---|---|---|
| RCTS | 147,6 | 203,2 | W | Jadval 15 |
| FCTS | 225,1 | 299,0 | W | Jadval 15 |
| LFFCTS | 122,62 | 206,5 | W | Jadval 16 |
Natijalarning muhandislik talqini
Tadqiqotdagi eng muhim natijani shunchaki “neyron tarmoq PID dan yaxshiroq” deb umumlashtirib boʻlmaydi. NNAC kuzatish xatosini sezilarli kamaytirar ekan, aktuatorlardan koʻproq boshqaruv saʼy-harakatini talab qiladi. Bundan tashqari, mexanik arxitekturaning oʻzi boshqaruv samaradorligida muhim rol oʻynaydi: RCTS ning nisbatan sodda qattiq dinamikasi past aktuator saʼy-harakatini qoʻllab-quvvatlasa, FCTS ning ulanish burchaklarini uzluksiz tartibga solish zarurati energiya xarajatini oshiradi.
LFFCTS esa qiziqarli oraliq holatni tashkil etadi. Yetakchi apparat yoʻlni ancha past holat xatosi bilan kuzata oladi, biroq ergashuvchi apparatning formatsiya boshqaruvchisi orqali bilvosita yoʻnaltirilishi surge va heave RMSE qiymatlarini oshiradi. Shunga qaramay, tizimning jismoniy qayta konfiguratsiyalanishi tadqiqotchilarni tor yoki toʻsiqli muhitlar uchun LFFCTS ni RCTS ga muqobil deb baholashga olib kelgan.
Asosiy metodologik cheklovlar
- Natijalarning barchasi simulyatsiyaga asoslangan.
- Tahlil faqat vertikal tekislikda amalga oshirilgan.
- Dengiz sirtidagi toʻlqinlar taʼsiri eʼtiborga olinmagan.
- Yaqin jismlar bilan gidrodinamik oʻzaro taʼsir hisobga olinmagan.
- FCTS ulanishlarining massasi va elastikligi eʼtiborga olinmagan.
- LFFCTS uchun aloqa kechikishi va aloqa cheklovlari nol deb qabul qilingan.
- Jarayon shovqini real vazifa maʼlumotlaridan bevosita oʻlchanish oʻrniga taxminiy dispersiyalar bilan modellashtirilgan.
- Neyron tarmoq arxitekturalari turli simulyatsiya sinovlaridan keyin tanlangan, keng qamrovli global giperparametr optimallashtirish xabar qilinmagan.
- Real batareya sarfi, thruster samaradorligi va vazifa davomiyligi jismoniy apparatda oʻlchanmagan.
Manba va usul haqida izoh
Toʻliq asl tadqiqot nomi: Neural Network-Augmented Actuation Control System Designed for Path Tracking of Autonomous Underwater-Transportation Systems Under Sensor and Process Noise
Mualliflar: Faheem Ur Rehman, Syed Muhammad Tayyab, Hammad Khan, Aijun Li va Paolo Pennacchi.
Masʼul mualliflar: Syed Muhammad Tayyab va Paolo Pennacchi.
Teng hissa/teng birinchi mualliflik: Manbada koʻrsatilmagan.
Muassasalar:
- Department of Mechanical Engineering, University College London, London, United Kingdom.
- Department of Engineering Sciences, PN Engineering College, National University of Sciences and Technology, Karachi, Pakistan.
- Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, Milan, Italy.
- School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, China.
Jurnal: Actuators.
Nashriyot: MDPI, Basel, Switzerland.
Bibliografik maʼlumot: Actuators 2026, 15(5), 246.
Nashr sanasi: 30-aprel 2026. Tadqiqot 30-mart 2026-da qabul qilingan, 26-aprel 2026-da qayta koʻrib chiqilgan va 27-aprel 2026-da qabul qilingan.
Manba turi va taqriz holati: Actuators jurnalida chop etilgan taqrizdan oʻtgan tadqiqot maqolasidir.
Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY). Mualliflik huquqi © 2026 mualliflarga tegishli; MDPI litsenziya egasidir.
Moliyalashtirish: Tadqiqotchilar tashqi moliyalashtirish olinmaganini bildirgan.
Maʼlumotlar mavjudligi: Tadqiqotning asl hissalari maqolada keltirilgani, qoʻshimcha savollar masʼul mualliflarga yoʻnaltirilishi mumkinligi qayd etilgan.
Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini bayon qilgan.
Mualliflar hissasi: Konseptuallashtirish Aijun Li va Paolo Pennacchi; metodologiya Faheem Ur Rehman va Syed Muhammad Tayyab; dasturiy taʼminot Faheem Ur Rehman va Hammad Khan; tasdiqlash Syed Muhammad Tayyab; formal tahlil Faheem Ur Rehman va Hammad Khan; tadqiqot Hammad Khan; maʼlumotlarni tartibga solish Faheem Ur Rehman va Hammad Khan; dastlabki qoralama Faheem Ur Rehman va Syed Muhammad Tayyab; koʻrib chiqish va tahrirlash Syed Muhammad Tayyab va Paolo Pennacchi; vizuallashtirish Paolo Pennacchi; ilmiy rahbarlik va loyiha boshqaruvi Aijun Li tomonidan bajarilgan.
Ilmiy qamrov: Ushbu tadqiqot uchta koʻp apparatli avtonom suvosti tashish arxitekturasining NNAC va EKF yordamida sensor va jarayon shovqini ostida simulyatsiya muhitida boshqarilishini oʻrganadi. Natijalar real dengiz tajribasi yoki jismoniy apparat sinovi emas.
Manba ichidagi nomuvofiqlik izohi 1: RCTS dagi 1 m³ yuk uchun taxminan 10.055 N koʻtarish kuchi berilgan boʻlsa-da, neytral suzuvchan massa “1.025 kg” deb yozilgan. Bu ifoda xuddi shu tadqiqotda 10.100 N uchun berilgan taxminan 1030 kg qiymatiga mos kelmaydi. Manbadagi son yashirincha oʻzgartirilmagan.
Manba ichidagi nomuvofiqlik izohi 2: 15- va 16-jadvallarda PID dan NNAC ga jami quvvat oʻzgarishi RCTS uchun 147,6 → 203,2 W, FCTS uchun 225,1 → 299,0 W va LFFCTS uchun 122,62 → 206,5 W tarzida berilgan. Xuddi shu jadvallardagi “% Increase” qiymatlari boshlangʻich qiymatga asoslangan standart foiz oʻsishi hisobiga mos kelmagani sababli maqolada bevosita xom quvvat qiymatlari asos qilib olingan.
Ushbu Verianla kontentidagi ilmiy natijalar faqat koʻrib chiqilgan tadqiqotga asoslangan. Tashqi bibliografik tasdiqlash tadqiqot sarlavhasi, DOI, jurnal va nashr identifikatorini tekshirish uchun ishlatilgan; tashqi manbalardan yangi tajriba natijasi yoki ilmiy topilma asosiy matnga qoʻshilmagan.
Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan