Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО ИХ ДИНАМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Гарькина И.А. 1 Данилов А.М. 1 Сорокин Д.С. 1
1 ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»
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.
Ключевые слова: эргатические системы
подготовка операторов
управляющие воздействия
связь с параметрами объекта
функционал качества
области равных оценок
классификация объектов
имитационные характеристики тренажеров.
1. Авиационные тренажеры модульной архитектуры: монография; под редакцией Лапшина Э.В., д.т.н., проф. Данилова А.М. – Пенза: ИИЦ ПГУ. – 2005. – 146 с.
2. Будылина Е.А., Гарькина И.А., Данилов А.М. Приближенные методы декомпо-зиции при настройке имитаторов динамических систем / Региональная архитектура и строительство. – 2013. – № 3. – С. 150-156.
3. Будылина Е.А., Гарькина И.А., Данилов А.М., Пылайкин С.А. Аналитическое определение имитационных характеристик тренажных и обучающих комплексов // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6 (часть 4). – С. 698-702.
4. Будылина Е.А., Данилов А.М., Пылайкин С.А., Лапшин Э.В. Тренажеры по подготовке операторов эргатических систем: состояние и перспективы // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4; URL: www.science-education.ru/118-13874.
5. Гарькина И.А., Данилов А.М. Аппроксимационные задачи при разработке ими-таторов транспортных систем: распараллеливание вычислительных процессов / Вест-ник Таджикского технического университета. –№ 4 (24). – 2013. –С.75-80.
6. Данилов А.М., Гарькина И.А., Домке Э.Р. Математическое и компьютерное мо-делирование сложных систем. – Пенза: ПГУАС. – 2011. – 296 с.
7. Гарькина И.А., Данилов А.М., Домке Э.Р. Промышленные приложения систем-ных методологий, теорий идентификации и управления / Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). – 2009. – № 2. – С. 77-81.
8. Гарькина И.А., Данилов А.М., Петренко В.О. Решение приближенных уравне-ний: декомпозиция пространственного движения управляемого объекта // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5; URL: www.science-education.ru/119-14766.
9. Гарькина И.А., Данилов А.М., Прошин И.А. Тренажеры модульной архитектуры для подготовки операторов транспортных систем / XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего (плюс) Серия: технические науки. Машиностроение и информационные технологии. - №12(16). – 2013. –С. 37-42.
10. Гарькина И.А, Данилов А.М., Пылайкин С.А. Транспортные эргатические си-стемы: информационные модели и управление / Мир транспорта и технологических машин. – №1(40). – 2013. – С.115-122.
11. Гарькина И.А., Данилов А.М., Пылайкин С.А. Тренажеры и имитаторы транс-портных систем: выбор параметров вычислений, оценка качества / Мир транспорта и технологических машин. – №3(42). – 2013. – С.115-121.
12. Данилов А.М., Гарькина И.А., Гарькин И.Н. Управление объектами на подвиж-ном основании: оптимизация конструктивной и структурной схем / Региональная архитектура и строительства. – 2014. - №3 (20). – С.102-108.
13. Данилов А.М., Гарькина И.А., Домке Э.Р. Математическое моделирование управляющих воздействий оператора в эргатической системе / Вестник МАДИ. – 2011. –№2. – С.18-23
14. Данилов А.М., Домке Э.Р., Гарькина И.А. Формализация оценки оператором характеристик объекта управления / Известия ОрелГТУ. Информационные системы и технологии. – 2012. – № 2 (70). – С.5-11.
15. Планирование эксперимента. Обработка опытных данных: монография / И.А.Гарькина [и др.]; под ред. проф. А.М.Данилова. – М.: Палеотип. – 2005. – 272 с.

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.


Библиографическая ссылка

Гарькина И.А., Данилов А.М., Сорокин Д.С. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО ИХ ДИНАМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16136 (дата обращения: 11.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074