Человеческий фактор. Том 5 - Крёмер К.
ISBN 5-03-001817-4
Скачать (прямая ссылка):
ления приводит к ухудшению управляющей деятельности [3]. Сочетание упругого сопротивления с сильной инерционностью также оказывает неблагоприятное воздействие на управление. Для уменьшения эффекта перерегулирования минимальная величина силы возврата для джойстиков и рукояток при максимальном отклонении должна составлять от 9 до 20Н. В качестве верхнего предела рекомендуется величина 130Н, которая позволяет избежать мышечного напряжения руки оператора, а также эффекта недорегулирования. Для педалей увеличение силы возврата приводит к возрастанию времени движения. Изменения деятельности не возникают в том случае, когда значение силы возврата разумно ограничивалось при проектировании, а в качестве критерия оценки управления с помощью педали использовалось не время, а точность установления определенного положения педали.
Изотонические (не имеющие сил возврата; т, d, с-»-0) и изометрические (несмещаемые; органы управления рас-
сматриваются отдельно. Контролируемая переменная у(t) пропорциональна, с одной стороны, смещению, а с другой стороны— силе. Преимущества изометрических органов управления состоят в уменьшении времени торможения в нервно-мышечной системе, поскольку в этом случае не возникает никаких движений, а также в низком уровне помех и в уменьшении чувствительности к механическим вибрациям. Однако эти преимущества проявляются лишь в системах высокого порядка в высокочастотном диапазоне. В низкочастотных системах и системах
Проектирование органов управления
311
управления по положению следует отдавать предпочтение изотоническим и подпружиненным органам управления. При использовании изотонических органов управления в системах высокого порядка основным фактором, обусловливающим снижение деятельности, является отсутствие информации о нулевом положении. В работе [20] были определены передаточные функции в различных системах человек — машина для изометрических, изотонических и подпружиненных органов управления (Hs(s)=K; Hs(s)=K/s-, Hs(s)=Kls2). На рис. 8.13 показаны передаточные характеристики открытого контура в системе управления по ускорению. Для изометрических органов управления в высокочастотном диапазоне наблюдалось значительное увеличение амплитуды ответа и уменьшение угла фазы. В низкочастотном диапазоне амплитуда ответа и фазовые характеристики были почти идентичными.
8.5.2. Нелинейные механические передаточные характеристики
Нелинейность передаточных характеристик является следствием статического трения и трения скольжения, механического люфта и нелинейности характеристик пружины. Сила трения состоит из двух компонент: статической силы трения и силы трения скольжения. Между трением скольжения и кинематическими характеристиками органа управления нет взаимодействия; это означает, что проприорецепторы не получают никакой информации. Статическое трение оказывает наиболее неблагоприятное воздействие на управление в точках поворота вследствие больших соответствующих усилий. При высоком сопротивлении, реализующемся при ф(<)=0, возникают резкие движения. Прецизионное управление невозможно в том случае, если границы движения очень малы. Этот эффект возникает при низких моментах инерции и большом передаточном отношении органа управления. Некоторое определенное статичгское трение создает то преимущество, что рука или нога могуг покоиться на органе управления и не вызывать его движения. В экспериментальных исследованиях воздействия трения скольжения на слежение и временные характеристики, проведенных разными авторами, получены неоднозначные результаты. Для поворотных рукояток время грубых регулировок увеличивается с возрастанием трения, тогда как время тонких регулировок не зависит от существующего трения. Следовательно, негативный эффект трения сказывается в том случае, когда в задаче управления наиболее важна скорость, а роль точности менее существенна.
312 Глава 8
Люфт при любой скорости снижает точность управления. Ошибка управления находится в линейной зависимости от величины люфта и лишь возрастает при наличии дополнительного трения в системе. При наличии люфта усиливаются другие негативные эффекты, существующие в системе. Доказательства этого были получены в экспериментах с джойстиками [13] и в других работах. Этот негативный эффект сохраняется при варьировании отношения величины перемещения органа управления к величине перемещения управляемого элемента на дисплее, а также при изменении порядка управления технической системой и части руки, осуществляющей движение (большой палец, кисть, предплечье). Во всех случаях деятельность управления была наилучшей для джойстиков без люфта. Приведенные данные применимы ко всем типам органов управления; наименее чувствительны к люфту управляющие рукоятки. Чем выше требования к точности управления, тем более неблагоприятно воздействие люфта. Кроме нелинейностей, связанных с силой возврата (нелинейное упругое сопротивление), таких, как люфт и трение, возможно и возникновение нелинейностей, связанных с регулируемой переменной (мертвая зона, или мертвое пространство). Следует иметь в виду, что, хотя мертвая зона оказывает негативное воздействие в системах управления низкого порядка, в системах высокого порядка наличие незначительной мертвой зоны может создавать некоторые преимущества [30]. Мертвая зона органа управления может распространяться на весь диапазон движения, как в случае включателя/выключателя.
