Человеческий фактор. Том 5 - Крёмер К.
ISBN 5-03-001817-4
Скачать (прямая ссылка):
8.5. Динамические характеристики органов управления
Существует много технических систем, где невозможна прямая связь между органом управления и системой, поскольку силы, необходимые для управления системой, выходят за пределы
308 Глава 8
человеческих возможностей. Вследствие этого система зачастую управляется посредством различных автоматических усиливающих устройств. Отсутствие прямой связи между органом управ--ления и системой позволяет оптимизировать характеристики смещения — сопротивления и, таким образом, позволяет более полно использовать проприоцептивную и гаптическую информацию. Проприоцепция осуществляется посредством чувствительных элементов (мышечных веретен, сухожильных рецепторов Гольджи и др.) экстрафузальных мышц, сухожилий и суставов. Наличие сопротивления обусловливает возникновение обратной связи от усилия в дополнение к обратной связи от смещения. Сопротивление также необходимо для уменьшения числа ошибок управления, возникающих в результате тремора рук и механических вибраций. Величину сопротивления можно рассчитать с помощью других измеряемых параметров системы или посредством имитации деятельности на модели системы. Из-за значительной технической сложности таких органов управления создание «ощущения» органа управления возможно только при действии сил смещения, скорости и ускорения. На рис. 8.12 показана передаточная функция Hc(s) органа управления, которая может быть получена при использовании сил, пропорциональных характеристикам движения (инерции, упругости) и чувствительности органа управления V.
Нелинейные передаточные характеристики могут также иметь место, например при статическом трении и трении скольжения или при наличии люфта в органе управления. Для получения оптимальной динамики органа управления обязательно должны учитываться передаточные характеристики системы Hs(s).
8.5.1. Линейные механические передаточные характеристики
Высокий уровень инерционности органов управления вызывает увеличение постоянной времени и приводит к затруднению действий, направленных на быстрое изменение направления, а также точных управляющих действий. Поултон [24] не считал необходимым вводить дополнительные инерционные силы при управлении джойстиками в связи с достаточной инерционностью руки. В сочетании с другими характеристиками динамического сопротивления, особенно в органах управления с возвратной пружиной, инерционность ухудшает также и деятельность ручного слежения. В поворотных органах управления инерция может повышать непрерывность управления благодаря уменьшению скорости вращения.
Сопротивление, пропорциональное скорости демпфирования, обычно улучшает управление за счет сглаживания движений и
Проектирование органов управления
309
уменьшения, как и при действии других видов динамического сопротивления, «человеческих» помех (тремор, случайные движения руки) и внешних помех (механические вибрации, гравитационные силы). Демпфирование наиболее эффективно в сочетании с силой упругости и наименее благоприятно в комбинации с инерцией. Наиболее благоприятное действие демпфирования наблюдается в системах нулевого порядка, когда Hs(s)=K [29]. Было показано [16], что при двухкоординатном слежении (управлении по положению) демпфирование джойстика в противовес силам упругости оказывает несущественное влияние на тонкие управляющие движения. В системах более высокого порядка демпфирование приводит к значительному ухудшению управления.
Линейные передаточнь/е харак -
теристики органа управления (ОУ)
m-if(t) + i-<flt)+ c-tflt)= M(t)
V=y(t)/<?(t)
Hc(s)=v/(m-s * d s+c)
tf, y, tj>- кинематические параметры
V-чувствительность ОУ {усиление)
m-у-вклад инерции
dp- Вклад демпфирования
с tf - вклад упругого сопротивления (подоружцтванае)
Нелинейные передаточные характеристики ОУ Статическое трение и трение скольжения Нелинейные чувствительности и упругое сопроти!яешt Люфт
О
н5(5)
Ряс. 8.12. Типы передаточных характеристик органов управления.
Упругое сопротивление (подпружинивание) обеспечивает получение проприоцептивной информации о положении, а также сообщает информацию относительно нулевого положения и, таким образом, способствует оптимальному использованию вторичного контура регулирования двигательной системы человека. Информация о нулевом положении особенно важна для систем управления по скорости (Hs(s) =K/s) и по ускорению (Hs(s)=K/s2). Подпружинивание обладает преимуществами также и при обеспечении безопасности работы, поскольку орган управления автоматически возвращается в нулевое положение. Для того чтобы управляющее действие было удобным, пружина должна быть достаточно упругой. Слишком малые силы возврата приводят к перерегулированию, а слишком большие— к недорегулированию. Напротив, определенная величина нгчального напряжения при нулевом положении органа управ-
310 Глава 8
20 дБ Рис. 8.13. Передаточные характеристики открытого кон-0 дБ тура для изометрических и изотонических органов управ-од с ления (с использованием дав-я ления на рычаг или его смещения) [20].
0,1 0,5 1 5 10
Частотой, рад/с
