Человеческий фактор. Том 3. Часть 1 - Сальвенди Г.
ISBN 5-03-001815-8
Скачать (прямая ссылка):
Каноническая форма последовательной многоконтурной системы показана на рис. 5.18, где три замкнутых контура характеризуются частотами среза шС1, соса> соСз ПРИ условии
•j'Cj 0)Сз. (Зо)
Практически любая замкнутая система автоматического или ручного управления приводится к виду рис. 5.18. Например, можно считать, что на рисунке приведена блок-схема бортовой системы управления самолетом вертикального взлета и посадки, причем самый ;внутренний контур соответствует управлению направлением, следующий — управлению скоростью и, наконец, внешний контур — управлению положением. Разделение частот среза (а следовательно, и полос пропускания) контуров, определяемое неравенством (35), позволяет упростить анализ системы. Так, если внутренний контур замкнут, эквивалентная динамика второго контура, определяемая отношением тг/с2, находится из приближенного выражения
Управление с обратной связью
303
~ ^ Ура^с2 11 s 1=0V
сг л Л L2
Аналогично этому, если замкнуты внутренний и средний контуры, то эквивалентная динамика внешнего контура, определяемая отношением газ/с3) находится из приближенного выражения
f5-» iWi-i-v <37>
С3 3
Выражения (36) — (37), несмотря на их приближенный характер, оказываются весьма полезными при анализе и синтезе систем, поскольку характеристики замкнутой системы определяются характеристиками разомкнутой системы в окрестности частоты среза; именно поэтому метод частоты среза столь широко применяется при моделировании оператора в одноконтурных задачах.
“сз
Рис. 5.18. Блок-схема одноканальной многоконтурной системы ручного управления.
Процедура синтеза модели оператора для многосвязной одноканальной задачи ручного управления с использованием метода частоты среза и блок-схемы рис. 5.18 основывается на следующих основных положениях:
1) динамика оператора задается последовательными блоками Y%i, Ур2, yPg, причем блок YVx эквивалентен одноконтурным моделям, рассмотренным выше. Как уже было отмечено, при минимальном сканировании отображаемой информации основной вклад в остаток модели оператора обусловлен функционированием внутреннего контура обратной связи. Под минимальным будем понимать такое сканирование, при котором не тре-
204
Глава 5
буется изменять направления взгляда оператора в ходе решения задачи;
2) блоки Ура, Yp3 полностью определяют входной сигнал внутреннего контура С\. Реальное взаимодействие человек — машина происходит именно во внутреннем контуре при воздействии на конкретное средство реализации управления (ручка’, рычаг и т. п.). Отметим, что сигналы си с2 являются внутренними; они формируются самим оператором, а не поступают из внешней среды;
3) эквивалентное запаздывание оператора обычно относят к внутреннему контуру, поскольку большая часть этого запаздывания обусловлена нервно-мышечными эффектами при взаимодействии человек — машина;
4) динамика оператора восстанавливается путем повторного применения метода частоты среза, начиная с внутреннего контура и затем переходя ко внешним. Внешние блоки модели ойерато-ра являются простыми усилителями, так что эквивалентные разомкнутые контуры в соответствии с формулами (36) и (37) являются в окрестности частоты среза простыми интеграторами. Если это не так, полученная модель не будет адекватной поведению оператора;
5) если внешние блоки модели оператора являются простыми усилителями, частоты среза должны отличаться в 2... 3 раза— это эмпирическое правило предложено на основании анализа экспериментальных данных для многомерных задач в работах [14, 29] и на основании общих принципов теории автоматического управления;
6) оценка частот среза в многоконтурной замкнутой системе является весьма не простым делом, даже если применять предложенное в п. 5 эмпирическое правило. Сначала берется внешний контур и оценивается полоса частот задающего или возмущающего воздействия в этом контуре. Соответствующую частоту среза можно определить по этой полосе частот. Остальные частоты среза можно определить по формуле (35), используя коэффициент 2... 3. Если рассчитанная таким образом частота среза самого внутреннего контура будет превосходить 0,55 от величины, вычисленной по уравнению (5) и табл. 5.1, необходимо соответствующим образом уменьшить все частоты среза и повторить расчет. Множитель 0,55 установлен эмпирически, на основании анализа экспериментальных данных (см.
Рис. 5.19. Многомерный объект уП' равления.
Управление с обратной связью
ЗС5
п. 5). Некоторого уточнения полученных оценок можно добиться путем имитационного моделирования системы человек — машина, одновременно меняя частоты среза для оптимизации качества внешнего контура.
Лишь очень немногие реальные системы являются одномерными, т. е. отвечают одним выходом на единственное входное воздействие. На блок-схеме (рис. 5.18) динамика объекта управления представлена в виде трех блоков. Фактически объект управления, конечно, является многомерным (рис. 5.19). Следовательно, необходимо уметь приводить динамику многомерного объекта управления к виду рис. 5.18, т. е. к последовательному соединению блоков YCl, УС2, УСз. Это можно сделать следующим образом: тх
