Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА ПО УПРАВЛЯЕМОСТИ

Гарькина И.А. 1 Данилов А.М. 1 Сухов Я.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»
Осуществляется объективизация оценки оператором устойчивости и управляемости объекта по данным функционирования целостной человеко-машинной (эргатической) системы по специально разработанной методике количественной оценки характеристик объекта. Актуальность исследований определяется возможностью их использования при настройке параметров тренажных и обучающих комплексов для подготовки операторов транспортных систем (авиационных тренажеров, тренажеров наземных, надводных и других транспортных средств). В методике используются аналитические зависимости параметров объекта от инвариантов матрицы системы уравнений движения. Осуществляется классификация объектов управления на основе упруго-демпфирующих характеристик системы, в том числе параметров системы управления. Указываются возможные приближенные методы оценки сведением уравнений продольного движения к его короткопериодической составляющей. Методика прошла неоднократную апробацию при разработке тренажеров различных транспортных средств.
эргатические системы
подготовка операторов
тренажные и обучающие комплексы
оценка оператором качества объекта
объективизация
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 декомпозиции при настройке имитаторов динамических систем / Региональная архитектура и строительство. – 2013. – № 3. – С. 150-156.
3. Гарькина И.А., Данилов А.М., Домке Э.Р. Математическое моделирование управляющих воздействий оператора в эргатической системе / Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). –2011. – № 2. – С. 18-23.
4. Гарькина И.А., Данилов А.М., Петренко В.О. Решение приближенных уравнений: декомпозиция пространственного движения управляемого объекта // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5; URL: www.science-education.ru/119-14766.
5. Гарькина И.А, Данилов А.М., Пылайкин С.А. Транспортные эргатические системы: информационные модели и управление / Мир транспорта и технологических машин. – №1(40). – 2013. – С.115-122.
6. Гарькина И.А., Данилов А.М., Пылайкин С.А.Тренажеры и имитаторы транспортных систем: выбор параметров вычислений, оценка качества / Мир транспорта и технологических машин. – 2013. – № 3 (42). – С. 115-120.
7. 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.
8. Родионов Ю.В., Ветохин А.С. Динамический автотренажер / Мир транспорта и технологических машин. – 2011. - №4. –С.90-93.

При разработке тренажных и обучающих комплексов одной из актуальных задач является количественная оценка оператором устойчивости и управляемости объектом по данным функционирования целостной человеко-машинной (эргатической) системы. Напомним, устойчивость рассматривается, как способность объекта без вмешательства оператора сохранять заданный режим функционирования; а управляемость - должным образом реагировать на отклонение органов управления (для авиационной эргатической системы - рулей высоты, поворота и элеронов). Очевидна связь между равновесием, устойчивостью и управляемостью. Так, в общем случае движение самолета является весьма сложным, поэтому для простоты и удобства анализа на начальном этапе осуществляют декомпозицию (разложение) [2,4] на простейшие виды: продольное и боковое. Ограничимся количественной оценкой указанных характеристик объекта, исходя из параметров продольного движения.

Воспользуемся известными уравнениями [1] движения объекта с системой управления для короткопериодической составляющей:

где

Во всех уравнениях, кроме последнего, искомые функции рассматриваются в точке t:

Для симметрии введем:

( - равенство по определению).

Система приведется к виду:

где:

Принято:

В линейной зоне () будем иметь:

Подставив

;

окончательно получим систему уравнений короткопериодического движения в виде:

                                  (1)

 

Для некоторых используемых структурных схем САУ можно заменить на что существенно облегчает исследование вопросов динамики. В этом случае уравнения динамики имеют вид:

 

В простейшем случае короткопериодическая составляющая продольного движения описывается системой:

      (2)

Для оценки динамических характеристик объекта в [3, 6] предлагается функционал:

,(3)

- корни характеристического полинома. Для системы второго порядка функционал представится в виде

,(4)

, - след матрицы - detA.

Выбор весовых коэффициентов нетривиален (связан с определением по данным нормального функционирования корреляционной зависимости между и , ).

Воспользуемся предложенным функционалом для оценки динамических характеристик объекта с САУ (частный случай (1)):

                                      (5)

- координаты САУ; - входные воздействия; - коэффициенты усиления.

Упростим (5), введя новые переменные

и рассматривая как входной сигнал системы. Получим:

                                                                                               (6)

, ,

.

Из 1 и 4-го уравнения следует

,

Из малости времени регулирования t - t0 значений следует слабая зависимость и от (зависимость от отсутствует!). Поэтому и можно рассматривать как входные воздействия системы с матрицей

.

Зависимость от параметров САУ определится по формулам перехода от к , в частности,

С учетом

влияние САУ на динамические характеристики системы можно оценить по смещению точки (,) относительно ( , ) на плоскости .

Множество объектов отнесем к -му классу в выбранной N-балльной шкале, если удовлетворяется условие

.

Границы областей для объектов -го класса определятся значениями , которые представляются в виде двух однозначных ветвей кривой

(;) функции а именно:

.

В частности, класс =3,5 определяется по указанным формулам при , классу =6,5 соответствует значение (рисунок).

К классификации объектов на плоскости .

Таким образом, свойства системы (6) полностью определяются матрицей ; а оценку объекта для системы (5) можно производить по оценкам для системы (2). Приведенный подход неоднократно использовался при настройке параметров реальных систем [5,7,8].

Рецензенты:

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

Кошев А.Н., д.х.н., профессор, профессор кафедры «Информационно-вычислительные системы» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, г. Пенза.


Библиографическая ссылка

Гарькина И.А., Данилов А.М., Сухов Я.И. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА ПО УПРАВЛЯЕМОСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=17556 (дата обращения: 24.09.2021).

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