WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |

ВЕСТН. САМАР. ГОС. ТЕХН.УН-ТА. СЕР. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2010. № 4(27)

Системный анализ,управление и автоматизация

УДК 681.51

МОДЕЛИРОВАНИЕДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

А.А. Абросимов

1

Самарскийгосударственный техническийуниверситет

443100, Самара, ул.Молодогвардейская, 244

Рассматриваютсярезультаты исследований по оценкепередаточной функции человека-оператора.Исследования проведены с применениемпредварительно разработанногокомпьютерного теста. Установленычисленные значения параметровпередаточной функции. С применениемнайденной передаточной функции выполненомоделирование различных структур идана сравнительная оценка показателейкачества процессов управления в этихструктурах.

Ключевые слова: человек-оператор, передаточнаяфункция, численные оценки параметров,замкнутые структуры, показателикачества процессов управления.

Несмотря на широчайшееприменение систем автоматическогоуправления, которые решаютпоставленную задачу безнепосредственного участия человека,существуют и такие системы управления, вкоторых присутствие человека в контуреуправления оказывается оправданным.Примером может быть система стыковкикосмического аппарата с космическойстанцией, в которой предусмотрены режимыкак автоматической, так и ручной стыковки,когда стыковку проводит космонавт. Имеютсяи другие примеры непосредственногоучастия человека в контуре управления.Для решения такого рода задач необходимознать динамические характеристикичеловека-оператора как звена системыавтоматического управления.

Оценка динамическиххарактеристик человека-операторавыполнена на основе экспериментальныхисследований в режиме преследующегослежения [1].

Задача идентификациирешалась следующим образом. На экранемонитора одновременно отображались два сигнала– задающийсигнал и сигнал текущего значения выходнойвеличины, в качестве последнегоиспользовался курсор манипулятора «мышь»,управляемого человеком-оператором.Человеку ставилась задача следить за изменениямизадающего сигнала в форме единичногоступенчатого воздействия. Это воздействиеформировалось в виде линии-развёртки,которая начиналась у левого края экрана, вслучайный момент времени скачкообразноизменялась на случайную величину и продолжаласьдо правого края экрана. Человеку-операторудавалась инструкция повторить это воздействие.Выполняя задачу, человек-операторреагировал на него определённым образом; по определению этареакция называется переходной функцией. Вся процедураидентификации была названа W(p)-тестом.

Задача динамическойидентификации включает в себя два этапа– этапструктурной идентификации и этаппараметрической идентификации.

Целью структурнойидентификации является определение типапередаточной функции. Общеизвестно, чтопередаточная функция человека-оператора врежиме преследующего слежения может бытьаппроксимирована несколькими типамимоделей [2], среди которых самыми простымиявляются квазилинейные или линейныенепрерывные модели.

Квазилинейныенепрерывные модели во многих задачах, ккоторым относится режим преследующегослежения, показали удовлетворительныерезультаты. Известны передаточные функцииквазилинейных непрерывных моделей[2]:

, (1)

где W(p)– передаточнаяфункция человека-оператора; – время запаздывания;К, К1 иК2 –коэффициенты передачи.

Эта модель представляетсобой последовательное соединение звеназапаздывания с эквивалентным звеном,состоящим из параллельного соединенияинтегрирующего и пропорциональногозвеньев.

Другая модель имеетвид

. (2)

В этой моделиэквивалентное звено состоит изпараллельного соединенияпропорционального, интегрирующего идифференцирующего звеньев.

Для проведенияисследований была принят линейный типмодели.

Установлено, что приусреднении десяти реакций человекаудовлетворительные результаты даётмодель, в которой последовательносоединены линейное звено второго порядка извено запаздывания:

, (3)

где – чистое запаздывание; Т – постояннаявремени; – коэффициент демпфирования.

Именно эта модель былапринята для последующих исследований.Практические исследования подтверждают,что при усреднении десяти реакций человекааппроксимация моделью (3)удовлетворительна.

Обработка данного тестапроводилась по пяти параметрам, которыевыводятся на экран по окончании теста,экранная форма представлена на рис.1.

Параметр «Среднееарифметическое отклонение» представляетсобой среднее значение модуля разностимежду экспериментальной и аналитическимипереходнымифункциями. Это экстремум-минимумотклонения, рассчитываемого в процессеидентификации.Он характеризует степень соответствияэкспериментальной переходной функции типупринятой модели и является справочным. Привеличине этого отклонения более 2%считалось, что экспериментальнаяпереходная функция не соответствует принятоймодели, и такиерезультаты в дальнейшем необрабатывались.

Параметрическаяидентификация выполнена минимизациеймодуля отклонения аналитическойпереходной функции от экспериментальной. Вкачестве аналитической переходной функциибыла принята переходная функция,рассчитанная по модели, в качествеэкспериментальной переходной функции былапринята реакция, показанная испытуемымчеловеком-оператором.

Звено с запаздыванием вмодели (3) аппроксимируется вторымпорядком разложения в ряд Паде.

На рис. 2 представленпереходный процесс, рассчитанный дляпередаточной функции (3) с учётом (5) ичисленных значений параметров:  = 0,28 с, Т = 0,17 с, = 0,76.

Р и с. 2. Переходныйпроцесс экспериментальной моделичеловека-оператора

Было проанализировановлияние обратной связи на показателикачества переходного режима полученноймодели. Известно, что охват статическогозвена первого порядка жёсткойотрицательной обратной связью повышаетего быстродействие.

Передаточная функциязамкнутой системы, в которой полученнаямодель охвачена жёсткой отрицательнойобратной связью, имеет вид:

. (4)

На рис. 3 представленпереходный процесс, рассчитанный дляпередаточной функции (4) с учётом (5) и техже самых численных значенийпараметров.

Были проведеныисследования и второго варианта обратнойсвязи, когда звено обратной связиповторяет прямую связь. Это означает, чтодва человека-оператора работают по схемезамкнутого контура в режиме преследующегослежения, – этасхема рассмотрена впервые.

Взаимодействиеоператоров по такой схеме обычно непланируются, но, несомненно, представляетнаучный интерес.

Для структуры сотрицательной обратной связью,повторяющей звено прямой связи,передаточная функция замкнутой системыимеет вид:

. (5)

Р и с. 3. Переходныйпроцесс для структуры с единичной жёсткой
отрицательной обратнойсвязью

На рис. 4 представленпереходный процесс для структуры,описываемой (5) и полученный для тех жепараметров передаточной функции.

Сравнительная оценкапрямых показателей качества процессарегулирования в трёх проанализированныхструктурах приведена в таблице.

Из таблицы видно, чтонаилучшими показателями обладаетпереходный процесс экспериментальноймодели человека-оператора. Это означает,что стабилизирующие свойстваотрицательной обратной связиприменительно к принятой моделичеловека-оператора не проявляются. Такойрезультат объясняется сочетаниемструктуры модели и численных значений еёпараметров, которые, в свою очередь,определяются человеческими качествами.

Прямые показателипереходного процесса моделейчеловека-оператора

в различных типахструктур

Параметр

Экспериментальная модельчеловека-оператора

Структура

с единичной

жёсткой

отрицательной

обратной связью

Структура

с отрицательной

обратной связью,

повторяющей

прямую связь

Видпереходного процесса

Малоколебательный

Колебательный

Колебательный

Числоколебаний

1

4

12

Величинаперерегулирования, %

4

76

104

Времярегулирования, с

0,9

5,2

28

Р и с. 4. Переходныйпроцесс для структуры с отрицательнойобратной связью,
повторяющей прямую связь

Существенное увеличениевремени регулирования и числа колебаний вструктуре с отрицательной обратной связью,повторяющей прямую связь, говорит о том,что совместная работа по схеме замкнутогоконтура двух человек с одинаковымисвойствами недопустима, так как такаясистема близка к границеустойчивости.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК

  1. Абросимов А.А.Компьютерный комплекс для оценкипознавательных процессов студентов //Вестник СамГТУ, вып. 18. – Самара: изд-воСамГТУ, 2003. – С. 93-97.
  2. Современная теория системуправления / Под ред. К.Т. Леондеса. Пер. сангл. – М.:Наука, 1970. – 512с.

Статья поступила вредакцию 10 июня 2010 г.

UDC 681.51

MODELING OF DYNAMIC PARAMETERS OFHUMAN-OPERATOR

A.A. Abrosimov

2

Samara State Technical University

244, Molodogvardeiskaya st., Samara,443100

This article refers to research results thatevaluated the transfer of human-operator. The Study was conducted using apreviously developed computer test. Numerical values of transfer functionparameters were determined Modeling of various structures was conductedwith the use of provided transfer function, a comparative evaluation ofquality index of control processes in these structures is given.

Key words:human-operator, transfer function, numerical value estimation, closed loopsystem, quality index of control processes.

УДК615.841:62-506.1

ОСОБЕННОСТИ ПОДХОДА КАНАЛИЗУ БИОТЕХНИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ АДАПТИВНОЙЭЛЕКТРОПУНКТУРЫ

С.Г. Брянцев, Б.П.Холодный

3

Самарскийгосударственный техническийуниверситет

443100, Самара, ул.Молодогвардейская, 244

Предложен новый подходк анализу физической модели акупунктурнойточки, где в качестве её реактивностииспользован ионистор (сверхконденсатор);предложен вариант анализа биотехническойсистемы электропунктуры как системыавторегулирования с такой модельюакупунктурной точки; показаны вариантыматематического описания моделиакупунктурной точки с ионистором какобъекта системы, а также системыавтоматической стабилизации состоянияэтой точки.

Ключевые слова: акупунктурная точка, ионистор,двойной электрический слой, живой«ионистор», баланс уровней мощностизарядов, передаточная функциябиотехнической системы, диагностическийпризнак.

Функциональная связьсостояния того или иного органа илисистемы живого организма и определённогосостояния соответствующих акупунктурныхточек (далее –АТ), доказанная тысячелетним опытомприменения китайского методаиглоукалывания (акупунктуры) «Чжэнь-цзю»,не подвергается сомнениям исследователямии практиками традиционных методов лечения.Исследования, проведённые в ХХ веке [1, 2],подтвердили также и факт влияния состояниявнешней среды и отражения этого влияния насостояние достаточно сложной системыакупунктурных точек (САТ) биологическогообъекта.

Исследователи в областиэлектропунктуры пришли к заключению [1-3],что САТ представляет собой сложнуюэнергоинформационную структуру, картинунекоторых энергетических потоков,циркулирующих в акупунктурных меридианахорганизма. Общим для подобных понятийявляется представление онадморфологической природеорганизационной структуры САТ,объединяющей все энергоинформационныепроцессы в организме и отражающей влияниена организм внешней среды. Поэтомунаиболее близким, объясняющим отсутствиеморфологического субстрата, являетсявведённое гипотетическое понятие «поля» [3]неизвестной и на настоящее времянеизученной природы и структуры.Принципиальным является то, что выдвинутыегипотезы о материальном носителебиологической информации в САТ недоказывают, но и не противоречат по своейфеноменологии китайской версии о движении«Чи» –«жизненной энергии».

В восточной медицинесуществует практически доказанная точказрения [1-3], что по мере прохождения энергиипо меридианам САТ акупунктурные точкипоследовательно «открываются» истановятся доступными для восприятияэнергии космоса и земли соответствующимиэтим точкам органами или системамиорганизма. Это приводит к согласованиюциркуляции внутренней энергии организма,определяющей его жизненный цикл, сдинамикой энергии внешней среды, создаваягармонию в триаде «небо – человек – земля».

При различныхнарушениях, таких как гигиена, питание,воздействие окружающей среды,психологическое равновесие и др., АТоткрываются несогласованно с движениемкосмической и земной энергий и происходитлибо опережение, либо отставание движенияэнергии «Чи» по меридианам. Тогдасмещённые во времени внешние энергиипроникают не в «свои» открытые АТ, действуяпри этом на другие органы и системыорганизма, в результате чего возникаетизменение их состояния (изменяются ихэлектрофизиологические характеристики),что приводит к появлению различныхзаболеваний.

Современныеэлектропунктурные методы оценки состояниякаждой АТ и последующей через неё терапиибазируются на использовании такойэлектрофизиологической характеристики(ЭФХ) АТ, как электрокожное сопротивление(ЭКС) проекции точки на кожный покров [1, 2].

Как правило,биотехнические системы (БТС), используемыев электропунктурной оценке состояния АТ итерапии, строятся на основе рядаобщепринятых эквивалентных физическихмоделей биологической ткани, предложенныхХоджкиным и Хаксли [4, 5]; эти моделипредставляются как инерционные звеньяпервого или второго порядка. При анализе исинтезе БТС большинство исследователейидентифицируют и описывают биологическиезвенья системы сложнейшимиматематическими методами, вводя константыи коэффициенты, часто не отражающиефизической природы исследуемыхбиологических процессов. На наш взгляд,подобные описания и рассуждения верны вобщих случаях и носят больше теоретическийхарактер, что затрудняет разработкуреальной автоматической БТС.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»