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

КОГНИТИВНЫЕ МОДЕЛИ ЭРГАМАТА

Гарькина И.А. 1 Данилов А.М. 1 Нашивочников В.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»
Производится когнитивное моделирование авиационной транспортной системы как эргамата. Человек-оператор собирательно определяется как совокупность, состоящая из системы отображения информации, человека и органов управления. Отдельно приводятся структурные схемы эргамата и оператора. Структурная схема управления объектом представляется в виде орграфа. Разрабатывается методика определения динамических характеристик, как оператора, так и объекта управления по синхронным измерениям фазовых координат в процессе нормальной эксплуатации. Определяется способ оценки операторской деятельности по обобщенной рабочей характеристике человека-оператора. Предлагается структурная схема замкнутой через оператора системы, в соответствии с которой разрабатывается методика идентификации целостной эргатической системы. Анализируется возможность управления объектом по разомкнутому циклу. Приводятся результаты использования разработанных методик при имитационном моделировании продольного движения в составе обучающего комплекса.
параметрическая идентификация
модель объекта управления
модель человека-оператора
авиационная транспортная система
орграф
когнитивное моделирование
эргамат
1. Будылина Е.А., Гарькина И.А., Данилов А.М., Дулатов Р.Л. Структурная и параметрическая идентификация сложных эргатических систем / Фундаментальные исследования. –№2. -2015. – С.919-922.
2. Гарькина И.А., Данилов А.М., Королев Е.В. Когнитивное моделирование при синтезе композиционных материалов как сложных систем / Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2009. – № 3-4. – С. 30-37.
3. Гарькина И.А., Данилов А.М., Нашивочников В.В. Алгоритмы обработки данных нормального функционирования эргатической системы //Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1; URL:http://www.science-education.ru/121-18139.
4. Данилов А.М., Гарькина И.А. Теория вероятностей и математическая статистика с инженерными приложениями: учебное пособие. – Пенза: ПГУАС. – 2010. – 228 с.
5. Данилов А.М., Гарькина И.А., Дулатов Р.Л. Ретроспективная идентификация сложных систем // Региональная архитектура и строительство. – 2015. – № 1(22) –С.130 -136.
6. E. Budylina, A. Danilov. Approximation of aerodynamic coefficients in the flight dynamics simulator / Contemporary Engineering Sciences, Vol. 8, 2015, no. 10, 415-420. http://dx.doi.org/10.12988/ces.2015.5256
7. A. Danilov, I. Garkina. Coherence function in analysis and synthesis of complex systems / Contemporary Engineering Sciences, Vol. 8, 2015, no. 9, 375-380. http://dx.doi.org/10.12988/ces.2015.5236

Технические звенья эргаматов описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями вида:

,

где: - состояние выходных переменных объекта управления,

- состояние входных управляющих переменных объекта управления,

- возмущающее воздействие на объект.

В частности, к таким системам относятся системы: «оператор – летательный аппарат» или «оператор – имитатор объекта».

Наибольшие трудности при аналитических исследованиях возникают вследствие того, что к настоящему времени процесс формирования управляющих воздействий оператора на основе сравнения информационной и концептуальной моделей недостаточно изучен. В связи с этим затрудняется использование многих известных методов теории управления для анализа, например, динамики полета управляемого оператором объекта [3…7]. Недостаточное качество обучающих комплексов также объясняется отсутствием требуемого информационного подобия указанных выше двух систем (слабая изученность и формализация взаимодействий оператора и объекта управления в замкнутой системе). Во многих случаях предполагается, что оператор, как звено системы управления, имеет одну входную величину (на индикаторе представляется лишь одна величина; оператор является одноканальным звеном). Однако внешнее впечатление многоканальности налицо, так как частота переключения внимания у человека может быть достаточно высокой.

Результатом когнитивного анализа [1,2] является орграф (рис.1)

Рис.1. Орграф транспортной эргатической системы:

1 – усилия на органах управления, 2 – изменение положения объекта относительно

внешних ориентиров, 3 – акселерационная информация, 4 – изменение положения объекта, характеризуемое показаниями приборов

Как видим, структурная схема всего эргамата представляется в виде, приведенном на рис.2.

Рис.2.Структурная схема эргамата:

- входной и - выходной сигналы для звена «человек-оператор»

Человек-оператор собирательно определяется как совокупность, состоящая из системы отображения информации, человека и органов управления. Структура звена «человек-оператор» представляется в виде, приведенном на рис.3.

Рис.3. Структурная схема оператора

В режиме компенсаторного слежения индикатор показывает лишь рассогласование между входной и выходной величинами . Функция человека-оператора сводится к уменьшению ошибки до нуля (директорное управление).

Известно описание операторской деятельности человека на основе обобщенной рабочей характеристики:

.

Это исчерпывающая характеристика человека как звена системы (определяет время, в течение которого человек может выполнить над сигналом, характеризуемым оператором , преобразования, характеризуемые оператором , с точностью ).

Операторами и характеризуется операторская деятельность человека:

, .

Оператор указывает, какой сигнал по сравнению с некоторым опорным сигналом поступает к человеку. А оператор указывает, какие функциональные преобразования выполняет человек над этим сигналом с точностью до (в зависимости от при одном и том же резко изменяется характер операторской деятельности человека). К сожалению, остаются открытыми вопросы о структуре опорного сигнала и степени коррелированности от .

Ниже на примере продольного движения предлагается структурная схема замкнутой системы (рис.4), в определенной степени позволяющая выяснить указанные вопросы.

Рис.4. Структурная схема управления продольным движением:

- передаточная функция анализатора, - передаточная функция моторной части оператора, сумматор – сравнивающее «устройство» центральной нервной системы

Можно показать,

;

, .

Так что

.

Решением уравнения идентификации в частотной области по синхронным измерениям и определяется обобщенная передаточная функция системы, которая обычно и используется в качестве приближения передаточной функции объекта (участие человека в системе не учитывается):

,

;

содержит коррелированный с сигнал (изображение - ).

Легко показать,

.

Здесь – изображение коррелированного с сигнала. Если бы не зависел от (разомкнутая система), то при определении ; можно рассматривать как задающее воздействие.

Если (система разомкнута), то ( никогда тождественно не обращается в нуль). Верно и обратное, если , то .

Таким образом, если , то ; управление объектом осуществляется по разомкнутому каналу. И обратно, если управление объектом производится по разомкнутому каналу, то . Если для директорного режима , то по и определяется . Мысль об управлении объектом по разомкнутому каналу не нова. Здесь дается лишь один из возможных способов для установления этого факта.

Далее. Пусть по синхронным измерениям и в процессе нормальной эксплуатации имитатора определена частотная передаточная функция ; по ее асимптотической характеристике можно определить и параметры . Пусть также одним из способов экспериментально определена передаточная функция собственно имитатора . По изложенному выше тогда можно определить часть выходного сигнала, коррелированную с . По и всегда можно подобрать так, что:

;

определена по данным нормальной эксплуатации самолета, вычислена с использованием данных эксперимента на имитаторе.

Из полученного соотношения непосредственно вытекает методика идентификации самолета по данным нормальной эксплуатации [3].

Рецензенты:

Логанина В.И., д.т.н., профессор, зав.кафедрой управления качеством и технологий строительного производства Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, 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., Нашивочников В.В. КОГНИТИВНЫЕ МОДЕЛИ ЭРГАМАТА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18702 (дата обращения: 17.09.2021).

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