Faida:
- Kuelewa jukumu na mipaka ya AI katika sheria za udhibiti wa ndege, uchambuzi wa utulivu na usanifu wa mfumo wa uhuru
- Uwezo wa kueleza kwa mifano jinsi ujifunzaji wa kuimarisha na udhibiti wa msingi wa mfano hutumiwa katika uhuru wa anga
- Uwezo wa kuthibitisha matokeo ya udhibiti kulingana na bahasha ya ndege, ukingo wa utulivu na tabia ya kushindwa
Ndege hairuki moja kwa moja angani yenyewe; Mara kwa mara huanzisha tena usawa ambao unasumbuliwa mara kwa mara. Mienendo ya ndege ni sayansi ya usawa huu: inasoma jinsi ndege inavyosonga chini ya nguvu na muda, ikiwa inapona kutoka kwa pigo la upepo (utulivu), na jinsi inavyojibu amri kutoka kwa rubani au kompyuta. Mfumo wa udhibiti ni ubongo ambao unapinda mienendo hii kuwa tabia inayotakikana: sheria za udhibiti wa safari za ndege (algorithms zinazochukua vipimo vya vitambuzi na kutoa amri kwenye nyuso za udhibiti) huweka ndege thabiti na inayoweza kudhibitiwa kila wakati.
Akili Bandia (AI) ina jukumu katika nyanja hii, katika uhandisi wa kitamaduni na upande wa uhuru. Kwa upande wa classical, huharakisha uchanganuzi wa uthabiti, muundo wa kidhibiti na usanidi wa kuiga. Kwa upande wa uhuru, mbinu kama vile ujifunzaji wa kuimarisha (tabia ya kujifunza ya wakala kulingana na ishara ya zawadi kupitia majaribio na makosa) hutoa sera katika kazi ngumu. Lakini udhibiti wa safari za ndege ni sehemu ambayo hitilafu ni ya haraka na haiwezi kutenduliwa: sheria ya udhibiti isiyo imara inaweza kupoteza ndege kwa sekunde. Kwa hivyo, hakuna faida au sera za udhibiti zinazozalishwa na AI zinazowekwa ndani ya ndege bila kuthibitishwa kulingana na bahasha ya kukimbia, ukingo wa utulivu, na tabia ya kushindwa.
Dhana: Bahasha ya ndege: Vikomo vya kipengele cha upakiaji wa kasi ya mwinuko ambapo ndege inaweza kuruka kwa usalama. Upeo wa utulivu: Pata margin na awamu ya awamu; Kipimo cha umbali wa kitanzi cha udhibiti kutoka kwa kutokuwa na utulivu. Imeshindwa-salama: Mfumo huingia katika hali salama wakati kijenzi kitashindwa. PID: Proportional-integral-derivative; Muundo wa kawaida wa mtawala wa classical.
Utulivu, Sheria ya Udhibiti na Wajibu wa AI
Msingi wa muundo wa udhibiti ni kuelewa mienendo ya kitanzi wazi na kuleta kitanzi kilichofungwa kwa tabia inayotaka. Mhandisi hupanga milinganyo ya mwendo wa ndege, hupata vitendaji vya uhamishaji na kuunda kidhibiti (k.m. kwa PID au maoni ya serikali). AI hukumbuka hatua za kati za aljebra katika mchakato huu, husaidia katika tafsiri ya eneo la mizizi, huandika hati kwa kutumia maktaba za udhibiti wa MATLAB/Python, na hutoa msimbo unaokokotoa ukingo wa uthabiti wa seti ya malipo.
Jambo muhimu ni hili: utendaji mzuri haumaanishi kiwango kizuri cha utulivu. Seti ya faida ya fujo iliyopendekezwa na AI inaweza kuwa imetoa jibu la haraka na kali sana katika uigaji, lakini inaweza kuwa imepunguza ukingo wa faida hadi 2 dB na ukingo wa awamu hadi digrii 15. Katika usafiri wa anga, kiwango cha chini cha 6 dB faida ya margin na nyuzi 45 kwa kawaida hulengwa; kwa sababu katika ndege halisi, kelele ya vitambuzi, ucheleweshaji wa kitendaji na hitilafu za uundaji huchangia ukingo huu. Kidhibiti ambacho hakiachi chumba cha kichwa cha kutosha kinaweza kuonekana kikamilifu katika uigaji lakini kinaweza kusogea hadi katika hali ya kutokuwa na uthabiti (kuweka kikomo cha mzunguko wa mzunguko au tofauti).
Tahadhari: Jibu la "safi" la mtawala katika uigaji si hakikisho kwa ulimwengu wa kweli. Uigaji kwa ujumla huchukua kiwezeshaji kinachofaa, kitambuzi kisicho na kuchelewa, na muundo kamili. Upeo wa uthabiti ndio buffer yako dhidi ya mikengeuko hii kutoka kwa ukamilifu; Utendaji unaojitolea unabaki kwenye karatasi.
Uhuru na Udhibiti wa Mwanafunzi: Mipaka
Katika mifumo inayojitegemea, AI hutumika kwa undani zaidi: sera za kujifunza hutumiwa katika kazi kama vile kupanga njia, kuepuka vikwazo, kutua, kuratibu mifugo. Mafunzo ya kuimarisha yanaweza kupata sera nzuri ya tabia kwa kufanya mamilioni ya majaribio katika mazingira ya kuiga. Hata hivyo, udhibiti wa kujifunza una changamoto kuu mbili katika usafiri wa anga: kuelezeka na uhakikisho. Kwa nini sera ya mtandao wa neva inahusu masuala ambayo amri hiyo haiwezi kuhesabiwa haki kwa urahisi, na haiwezi kuthibitishwa kihisabati kuwa na usalama katika nafasi nzima ya kuingiza data.
Ndiyo maana usanifu wa vitendo kawaida huwekwa: sehemu ya kujifunza inafanya kazi kwenye safu ya nje (mipango, mapendekezo), lakini chini ya safu kuna classical, uchambuzi na kuthibitishwa "bahasha ya usalama" au kufuatilia usalama. Kidhibiti hiki huchuja amri za safu ya kujifunza na bahasha ya kukimbia na sheria za usalama; Ikiona ukiukaji wa mipaka, inabadilika kuwa tabia salama. Hivi ndivyo ubunifu wa AI unavyounganishwa na uhakikisho wa udhibiti wa classical.
Mbinu
Faida
Frontier katika anga
PID / classic
Inaweza kuchambuliwa, utulivu kuthibitishwa
Haitoshi kwa kazi ngumu sana
Udhibiti wa utabiri wa mfano (MPC)
Inashughulikia kwa uwazi vikwazo
Mzigo wa hesabu, utegemezi wa mfano
mafunzo ya kuimarisha
Sera thabiti katika kazi ngumu
Udhamini/ufafanuzi ni dhaifu, pengo la sim-ukweli
Yenye tabaka (bahasha ya mwanafunzi + ya usalama)
Ubunifu + hakikisho
Muundo wa bahasha na gharama ya uthibitishaji
Kidokezo: Wakati wa kutathmini sera ya kujifunza, uliza kuhusu "tabia mbaya zaidi," wala sio "utendaji wastani." Ikiwa wakala wa RL atafaulu katika matukio 9,990 kati ya 10,000 na kutoa ndege kutoka kwa bahasha katika 10, matukio hayo 10 hayakubaliki katika usafiri wa anga. Usalama hupimwa kwa hali mbaya zaidi, sio wastani.
Agizo dhaifu / Ukumbusho thabiti
Agizo dhaifu:
Toa faida nzuri ya PID kwa drone hii.
Agizo lenye nguvu:
Jukumu: Wewe ni mhandisi wa mifumo ya udhibiti wa ndege; kuzingatia nidhamu ya kiusalama.Muktadha (uwakilishi): Muundo wa mstari [utendaji wa uhamishaji au data ya wingi/kutia] kwa mzunguko wa mwinuko wa multicopter ndogo.Task:1) Pendekeza seti ya awali ya faida ya PID na ueleze mantiki ya uteuzi.2) Andika hati ya Chatu (chatu-control) inayokokotoa faida linganisha ukingo wa hizi na ukingo wa awamu3. (>=6 dB, >=45°); Ninawezaje kurekebisha faida ikiwa ukingo hautoshi? Kizuizi: Nikumbushe kwamba kuchelewa kwa kitendaji na kelele ya kihisi vitakula ukingoni; Usiseme "bora kabisa", sisitiza haja ya uthibitishaji katika simulation na maunzi.
Violezo vya haraka vinavyoweza kunakiliwa
Kiolezo cha 1 - Hati ya kukokotoa ukingo wa uthabiti:
Kwa udhibiti wa chatu kwa kazi ifuatayo ya uhamishaji wa kitanzi-wazi: (a) Chora mchoro wa mwili; (b) kukokotoa kiasi cha faida na ukingo wa awamu; (c) kuzalisha mazao kwa kulinganisha haya na malengo ya usafiri wa anga (>=6 dB, >=45°). Wacha kanuni itolewe maoni; Eleza kile ambacho kila hatua hufanya. Kazi ya Kuhamisha: [num/den]
Kiolezo cha 2 - Muundo wa kidhibiti cha kidhibiti cha bahasha ya ndege:
Nisaidie kubuni mantiki ya kufuatilia usalama kwa ndege inayojiendesha: amri ya mpangaji wakati wa kuingia, vikwazo[kasi, mwinuko, kipengele cha mzigo, mipaka ya lami]. Je, kidhibiti kinapaswa kuchujaje amri, ni tabia gani salama inapopaswa kubadilishwa ikiwa kuna ukiukaji wa kikomo? Andika hii kwa msimbo bandia na toa sababu za kila uamuzi.
Kiolezo cha 3 — Mpango wa tathmini ya sera ya RL:
Kabla ya kupeleka sera ya uimarishaji wa mafunzo katika usafiri wa anga, weka mpango wa tathmini: (a) ni hali zipi za makali na mbaya zaidi ninapaswa kujaribu; (b) nawezaje kupima sim-to-realgap; (c) jinsi ninavyoripoti usalama wa hali mbaya zaidi, sio wastani; (d) katika hali ambayo kidhibiti cha usalama kinafaa kuwashwa. Acha matokeo yawe orodha ya ukaguzi.
Kiolezo cha 4 - Hali ya kushindwa na uchanganuzi usio salama:
Orodhesha hali za kutofaulu kwa mfumo ufuatao wa udhibiti [sensa, viimilisho, kitengo cha uhasibu] na upendekeze tabia isiyofaa kwa kila moja: kushindwa kwa vitambuzi, kushikilia kitendaji, kuchelewa kwa uhasibu, kupoteza mawasiliano. Andika mbinu ya utambuzi na mkakati wa mpito wa hali salama kwa kila kushindwa. Weka alama kwenye nukta moja ya kushindwa.
Kesi Ndogo
Kesi ya 1 - Ulaji wa mgao mkali. Timu inapokea faida ya fujo kutoka kwa AI kwa mzunguko wa lami wa UAV; Wakati wa kupanda katika simulation ni ya kuvutia saa 0.4 s. Wakati kiasi kilichopendekezwa na AI kinahesabiwa, kiasi cha faida ni 3.2 dB na kiwango cha awamu ni digrii 22; chini ya malengo ya usafiri wa anga (6 dB, 45°). Katika safari ya ndege halisi, wakati ucheleweshaji wa 50 ms actuator umeongezwa, mzunguko wa kikomo cha mfumo huzunguka. Faida imepunguzwa kwa 40% na sehemu inatolewa kwa lengo, wakati wa kupanda huongezeka hadi 0.7 s, lakini mfumo unabaki imara. Somo: usawa wa utendaji na hisa; Uigaji hauhakikishi ukweli.
Kesi ya 2 - Usanifu wa tabaka huokoa ndege. Sera ya RL iliyofunzwa kutua kwa uhuru inafanikiwa katika 99.7% ya utuaji 5,000 ulioiga. Katika uchunguzi wa hali mbaya zaidi, timu ya majaribio iligundua kuwa katika hali 14 ambapo upepo unavuka kizingiti fulani, sera huelekeza ndege kutoka kwenye njia ya kurukia. Bahasha rahisi ya usalama iliyowekwa chini ya safu ya kujifunza inatoa amri ya kwenda-zunguka ikiwa kuna ukiukaji wa kikomo cha upepo na kupotoka; Matukio yote 14 yana matokeo salama. Somo: safu ya kujifunza lazima iambatane na wavu wa usalama wa kawaida.
Kesi ya 3 - Kosa la nukta moja limepuuzwa. Katika muundo mmoja, kihisi kimoja cha kasi ya hewa hulisha sheria ya udhibiti na mfumo wa onyo. Uchanganuzi wa hali ya kushindwa kwa AI unaashiria kwamba ikiwa kitambuzi hiki kimezuiwa, udhibiti na onyo vitadanganywa kwa wakati mmoja, yaani, kutofaulu kwa nukta moja. Timu huongeza chanzo cha pili cha kasi kinachojitegemea (k.m. kasi inayotegemea GPS au pitoti ya pili) na ugunduzi wa tofauti. Somo: utegemezi kwa chanzo kimoja cha ingizo muhimu kwa usalama ni athari ambayo lazima itambuliwe.
Makosa ya kawaida
- Kuchanganya utendaji na utulivu. Jibu la haraka haimaanishi uimara; Upungufu wa kiwango cha kutosha husababisha kutokuwa na utulivu.
- Kupotosha simulizi kwa ukweli. Uigaji unaochukua kitendaji/sensor bora hupuuza utulivu na kelele; Uthibitishaji katika maunzi ni muhimu.
- Kutegemea utendaji wa wastani. Usalama hupimwa na hali mbaya zaidi; matukio adimu lakini hatari hayakubaliki.
- Kutumia sera ya kujifunza bila usimamizi. Mtandao wa neva ambao hauwezi kuhakikishwa hautawekwa kwenye ndege bila bahasha ya kawaida ya usalama.
- Kukwepa hali za kutofaulu. Ikiwa kushindwa kwa pointi moja na tabia isiyofaa itazingatiwa mwishoni mwa kubuni badala ya mwanzoni, itakuwa kuchelewa sana.
Kwa muhtasari
Udhibiti wa ndege ni eneo ambalo hitilafu ni ya papo hapo na haiwezi kutenduliwa. Huharakisha uchanganuzi wa uthabiti wa AI, muundo wa kidhibiti, usanidi wa uigaji, na sera za uhuru; Lakini utendaji mzuri haumaanishi kiwango kizuri cha uthabiti, na sera za kujifunza ni dhaifu katika suala la dhamana/ufafanuzi. Usalama kivitendo upo katika usanifu wa tabaka unaochanganya safu ya kujifunza na bahasha ya kawaida ya usalama na uthibitishaji wa kila kidhibiti kulingana na bahasha ya ndege, ukingo wa utulivu, hali mbaya zaidi na hali ya kushindwa. Usalama haupimwi kwa wastani, lakini kwa hali mbaya zaidi.
Jukumu la maombi
Bainisha kielelezo kiwakilishi cha tatizo rahisi la udhibiti (k.m. kitanzi cha mwinuko wa maandishi mengi). Kwa kutumia AI, (a) toa hati ya hesabu ya awali ya faida na uthabiti, angalia mantiki, (b) linganisha na pambizo lengwa na urekebishe ikiwa haitoshi, (c) toa hali ya kutofaulu na orodha isiyo salama ya mfumo. Tengeneza mantiki ya bahasha ya usalama katika pseudocode na uandike hali mbaya zaidi.
orodha ya ukaguzi
- [ ] Nilikokotoa faida ya kidhibiti na ukingo wa awamu na kuilinganisha na lengo la anga.
- [ ] Nilijaribu matokeo ya uigaji chini ya ucheleweshaji wa kitendaji/kelele ya kihisi.
- [ ] Nilitathmini utendakazi kwa tabia mbaya zaidi, sio wastani.
- [ ] Nilifafanua bahasha ya kawaida ya usalama kwa sera za kujifunza.
- [ ] Nimeorodhesha hali za kutofaulu na tabia zisizo salama.
- [ ] Nilitia alama dosari za nukta moja na kuongeza uhuru.