Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

HUMAN-MACHINE SYSTEM: CLASSIFICATION OF OBJECTS BY THEIR DYNAMIC CHARACTERISTICS

Garkina I.A. 1 Danilov A.M. 1 Sorokin D.S. 1
1 Penza State University of Architecture and Construction
Предлагается методика объективизации оценки оператором характеристик объекта в процессе нормального функционирования целостной человеко-машинной системы. Актуальность исследований определяется необходимостью получения требуемых имитационных характеристик тренажных и обучающих комплексов по подготовке операторов мобильных систем. Методика оценки основывается на специально разработанном функционале, позволяющем производить сравнение динамических характеристик двух систем: оператор – реальный объект и оператор - модель объекта. В функционале учитываются апериодичность или колебательность объекта, собственные частоты колебаний, безразмерные коэффициенты затухания, а также иные инварианты матрицы уравнений движения. C использованием функционала определены области равных оценок, позволяющие получить класс объекта при заданной балльности шкалы. Приводится практическая реализация методики.
The technique of objective estimation of operator characteristics of the object in the normal functioning of the whole man-machine system is given. Relevance of the study is the need to obtain the required characteristics training systems for the preparation of operators of mobile systems. Assessment methodology is based on a specially developed functionals. It allows you to compare the dynamic characteristics of the two systems: the operator - the real object and the operator - the model object. In functional accounted aperiodicity or oscillating object, natural frequencies, damping dimensionless coefficients, and other invariants of matrix equations of motion. C using a functional defined on equal ratings. It is possible to establish the class of an object at a given scale. The practical implementation of the methodology is given.
Keywords: human-machine system
training of operators
control actions
relation to the parameters of the object
the functional quality
the field of equal ratings
classification of objects
simulation characteristics of simulators.

Известно, стиль управления оператора эргатической системы, описываемой уравнением движения

(, - вектор управления, - возмущающие воздействия), определяется собственными частотами колебаний и коэффициентами демпфирования объекта [10…15]. Поэтому актуальна объективизация оценки оператором управляемости объекта в процессе нормального функционирования целостной человеко-машинной системы [1…9]. Для классификации объектов воспользуемся функционалом

,

 

(1)

- корни характеристического полинома; - положительные весовые константы, - класс объекта в заданной N-балльной шкале.

В частности, для систем второго порядка области равных оценок на плоскости определятся в виде:

для колебательных систем относительно инвариантов

(- след матрицы , =; , (устойчивость), (колебательность), для рассматриваемых систем ).

Из следует:

или

.

При фиксированном справедливо:

,

),

Так как и , то из выражений для и двойного неравенства получим:

.

Таким образом, области на плоскости определятся системой неравенств:

а области соотношениями

.

Здесь -множество на плоскости определяемое системой неравенств

Для описания множеств и областей изучим поведение и как функций двух переменных k и .

Меньший корень уравнения

соответствует большему корню и возрастает с возрастанием k (непосредственно следует из уравнения и соотношения .

Справедливо

;

.

Откуда следует .

Из выражений для и установленного выше неравенства следует

при .

При =0 ( имеем:

Нижняя граница области возрастает с возрастанием (убывает с возрастанием ):

.

.

Если для функционала , то при малых и при таких, что (то есть при , близких к 1) справедливо , и верхняя граница возрастает по (убывает по ) при , близких к нулю (при , близких к 1); при , близких к корню (при , близких к корню ) имеет место .

Области (соответственно ) представлены на рис.1.

Рис.1. Области

Рассмотрим далее неколебательные системы ().

Прежде всего отметим, для каждой из компонент справедливо

,

,

,

так что

,, , .

Определим области равных оценок относительно инвариантов и .

Подставляя в и значения и через и , получим

; .

Откуда

(2)

 

(3)

 

Для неравенства (3) в силу дискриминант

.

Поэтому (3) выполняется при

,

(4)

 

,

(5)

то есть вне отрезка , где - корни трехчлена

,

, .

Отметим

для всех .

Действительно, если бы было

,

то из этого следовало бы

.

Так как , то

, , .

Полученное противоречие свидетельствует о справедливости (5) для всех .

Поэтому неравенства (2) и (4) несовместимы.

С другой стороны при всех

,

так как

при всех в силу

.

Таким образом, область решения системы неравенств (2) и (4) совпадает с областью решения неравенства (4). Поэтому для построения областей равных оценок достаточно построить лишь кривые

;

при (области равных оценок приводятся на рис.2).

Рис.2. Аппроксимация областей равных оценок

Полученная методика многократно использовалась для оценки психофизиологической напряженности человека-оператора при управлении объектом, а также для оценки имитационных характеристик тренажных и обучающих комплексов, используемых для подготовки операторов транспортных систем [1…3,14].

Рецензенты:

Родионов Ю.В., д.т.н., профессор, директор автомобильно-дорожного института ПГУАС, профессор кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта», г. Пенза;

Кошев А.Н., д.х.н., профессор, профессор кафедры информационно-вычислительных систем Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, г. Пенза.