Ручное управление н слежениекогда управляемая система на самом деле находится в опасном состоянии. Эта проблема возникает, в частности, при отслеживании простого линейного сигнала или одиночной синусоиды. Добавление скоростной или позиционной составляющей к информации о движении курсора может создать впечатление, что цель отслеживается хорошо. (Например, добавление кажущейся скорости может создать впечатление, что управляемая система достигла желаемой скорости для сопровождения цели, движущейся с постоянной скоростью. Фактически же, из-за того, что имеется мнимая дополнительная компонента скорости, скорость управляемой системы слишком мала, и она все время отстает от цели. Аналогичное запаздывание встречается и при отслеживании одиночной синусоиды.) 3. Индикаторы с ускорением могут провоцировать оператора к выбору неоптимальной стратегии управления. Например, при отслеживании «скачка» в системе управления второго порядка оптимальной является стратегия полного ускорения с последующим полным замедлением. Индикатор с ускорением не только показывает оператору, когда нужно начать полное замедление, но и способствует его «постепенному» осуществлению. Индикаторы с фазовой плоскостью. Индикаторы с фазовой плоскостью" применяются обычно в компенсаторном слежении. Величина ошибки (позиционное рассогласование между курсором и целью) отображается как обычно. Кроме того, вводится информация о скорости. В отличие от индикаторов с ускорением информация о скорости не складывается с информацией о положении, а предъявляется по независимой координате индикатора, перпендикулярной координате позиционной ошибки. На типичном фазовом индикаторе синусоидальное движение цели заставляет курсор (который теперь имеет вертикальную координату, зависящую от скорости цели, и горизонтальную координату, зависящую от положения цели) двигаться в направлении часовой стрелки по периферии экрана. Задача оператора — перемещать курсор в центр экрана (где скоростная и позиционная составляющие ошибки равны нулю). Помимо добавления ошибки по скорости к обычной для компенсаторного слежения информации о позиционной ошибке фазовые индикаторы могут иметь «линии переключения». Всегда, когда курсор пересекает линию переключения, оператор должен переместить рукоятку органа управления в противоположном направлении. Таким образом, линия переключения дает ту же самую временную информацию, которая содержалась ') В дальнейшем фазовые индикаторы. — Прим. перев, 460 Глава д в описанном выше индикаторе с ускорением. Форма линии переключения зависит от порядка органа управления в управляемой системе. Для системы первого порядка линия переключения имеет форму прямой, для системы второго порядка — S-образную форму; для систем более высоких порядков форма этой линии зависит от времени. Индикаторы с предсказанием. В индикаторах с предсказанием используется компьютерная модель управляемой системы, позволяющая предсказать положение системы в некоторый момент времени на основе ее текущего положения, динамических характеристик и ожидаемых действий оператора. Обычно действие оператора, предусматриваемое моделью, заключается в том, чтобы медленно выводить орган управления в центральное или нейтральное положение. Информация, обеспечиваемая такого рода индикатором, обычно предъявляется вместе с информацией о текущем положении, обеспечиваемой преследующей или компенсаторной индикацией. Индикаторы с предсказанием отличаются от индикаторов с ускорением тем, что дают точную картину текущей ситуации. Поскольку индикаторы с ускорением отображают «мнимые» позиционные и скоростные составляющие, они не дают точного представления о текущей ситуации управления. Поэтому в сложных ситуациях индикаторы с предсказанием могут оказать большую помощь, чем индикаторы с ускорением. Некоторые индикаторы с предсказанием показывают только текущую ситуацию и ситуацию на один из будущих моментов времени. Другие показывают «траекторию» движения управляемой системы за некоторое последующее время. Пью [30] описывает индикатор с предсказанием, относящийся к первым образцам. На этом индикаторе, известном под названием «указатель скорости», текущее положение управляемой системы изображается в виде точки. Вектор с началом в этой точке имеет такие длину и направление, которые соответствуют положению управляемой системы через 0,5 с (предполагается, что оператор не делает управляющих движений, чтобы изменить текущую скорость). Таким образом, длина вектора отображает скорость управляемой системы. Индикатор глубины подводной лодки, описанный Келли [23J, представляет собой более сложный вид индикатора с предсказанием; он показывает траекторию управляемой системы на некотором временном интервале в будущем. Мак-Лэйн и Вольф [25] сравнивали индикатор с предсказанием для управления подводной лодкой с тремя вариантами индикатора с ускорением и установили, что индикатор с предсказанием яв ляется лучшим. ________ Ручное управление и слежение ________ ___......... _______ 461 Предваряющий обзор. Во время слежения оператор должен удерживать курсор как можно ближе к текущему положению цели, поэтому базовые преследующие индикаторы показывают только текущие положения цели и курсора. В этих условиях ответ оператора на движение цели всегда будет запаздывать по крайней мере на время ответной реакции (пока оператор не сможет точно предсказать движение цели). Задержки ответов можно уменьшить, если обеспечить предваряющий обзор траектории цели на некоторое время вперед. Например, деятельность водителя улучшается, когда он видит дорогу далеко впереди, по сравнению с работой в тумане, когда он должен реагировать на неожиданные повороты дороги. Предваряющий обзор позволяет оператору подготовиться к реагированию в то время, когда это необходимо. К тому же, более длинные последовательности ответов могут программироваться заранее на стадии принятия решения, уменьшая таким образом скорость принятия решений об отдельных ответах. Насколько большим должен быть предваряющий обзор, чтобы максимально улучшить деятельность оператора? Ответ на этот вопрос зависит от предсказуемости движения цели, его частотного спектра и динамики (в частности, времени запаздывания) управляемой системы. Для непредсказуемых, высокочастотных (>0,5 Гц) сигналов время предваряющего обзора должно составлять по крайней мере 0,5 с плюс время задержки регулирования. Слагаемое 0,5 с соответствует скорости генерирования ответов оператором (время реакции плюс время для наблюдения результата ответа). В случае нулевой задержки управления увеличение длительности предваряющего обзора свыше 0,5 с может улучшать деятельность оператора, но в гораздо меньшей степени, чем пг 0,5-с интервале. Поултон [35] рекомендует, чтобы время обзора продолжалось вплоть до следующего изменения направления движения цели. Однако отсюда следует, что для низкочастотных сигналов продолжительность предваряющего обзора должна возрастать. Вероятно, более приемлемая рекомендация — обеспечение по крайней мере 0,5-с предваряющего обзора с добавлением к нему времени запаздывания системы. Влияние зрительного «шума». Информация о положении цели и управляемой системы может маскироваться зрительным шумом. Этот шум ухудшает деятельность, но его эффекты неодинаковы в случаях маскировки цели и маскировки информации о системе управления. Когда шум накладывается на отображение состояния управляемой системы, качество слежеиия лучше, чем при зашумлении цели. Объяснение заключается в том, что оператор располагает другой, в известной степени из- 462 Глава д быточной информацией об управляемой системе: он знает, в каком положении находится орган управления и как им следует манипулировать. Это уменьшает отрицательное воздействие зрительного шума. Однако оператор не в состоянии отличить зашумленную индикацию цели от ее реального движения. Таким образом, более важно обеспечивать бесшумное отображение информации о цели, а не об управляемой системе. В условиях компенсаторной индикации в информацию, которую воспринимает оператор, вносят свой вклад движения и цели, и управляемой системы. Поэтому эффекты зрительного шума оказываются одинаковыми независимо от того, чем они вызваны — управляемой системой или целью. Прерывистая индикация. Вопрос о прерывистой индикации важен по ряду соображений. Во-первых, при решении сложных задач оператор может вести наблюдение за несколькими индикаторами. Это требует распределения внимания по разным источникам сигналов и естественно приводит к прерывистому восприятию каждого индикатора. Во-вторых, оператор моргает глазами или по каким-либо другим причинам не видит индикатора. В некоторых ситуациях слежения часто требуется прерывать индикацию курсора. Компьютерные дисплейные терминалы обычно имеют мелькающий курсор, который перемещается оператором по всей площади экрана. Наконец, в некоторых случаях бывает необходимо показывать несколько изображений на одном и том же месте (например, на экране ЭЛТ). Оператор может отбирать изображения из последовательности, и это также требует прерывистого предъявления информации. Когда оператор контролирует процесс выборки, вероятность улучшения его деятельности повышается по сравнению с тем случаем, когда выборка происходит в жесткой последовательности. Оператор может варьировать последовательность выборки в соответствии с текущими требованиями к переработке информации и придумывать для себя стратегии выборки в периоды высокой информационной нагрузки при наблюдении за одним или несколькими индикаторами. Особо важное значение имеют два параметра процесса выборки: 1) период выборки (временной интервал между актами выборки); 2) длительность каждого акта выборки. Кроме того, в сложных ситуациях важное значение может иметь последовательность выборки той или иной информации. Согласно даииым Поултона [35, с. 229J, даже в случае полностью предсказуемого слежения за одиночной синусоидой выборка с частотой 1 Гц и длительностью 0,7 с (рабочий цикл 70%) может значительно ухудшить деятельность.
|
