Г 4 ю го to wo я/оУсиление органа управления Рис. 9.9. Влияние усиления органа управления и отношения Коу/К« на время установки курсора [201. Отношение K0yjKK представляет собой отношение усиления органа управления к усилению индикатора. Если/Соу/7<и равно 1, то курсор, управляемый оператором, проходит на индикаторе то же расстояние, что и орган управления. Отношение KoylK»-— величина, обратная чувствительности. Малая величина Коу/Ки означает, что небольшие перемещения органа управления вызывают большие перемещения управляемого курсора. Равенство Коу!Кц—\ обеспечивает наилучшие условия совместимости и поэтому обладает обычно безусловным преимуществом. Для органов управления, которые оператор не может быстро переместить из одного крайнего положения в другое (например, многооборотные ручки, шаровые датчики, коленчатые рукоятки), время перемещения к цели — очень растянутая U-лЗразная функция К0у/Ки (рис. 9.9). При малых отношениях /С0у//Си (т. е. при высоком усилении органа управления или его высокой чувствительности) оператор может быстро переместить курсор в зону цели. Однако 470 Глава 9 точные, конечные установочные перемещения выполняются медленно и вызывают затруднения. При больших величинах Коу/Ки (т. е. при низком усилении или низкой чувствительности) конечная стадия позиционирования протекает легко, но зато начальная стадия, когда совершается большая часть перемещения, протекает медленно. Диапазон наилучшего исполнения зависит от характеристики управляющего устройства, но достаточно широк. Данные, представленные на рнс. 9.9, показывают, что слежение близко к оптимальному в диапазоне значений К0у/Ки от 4 до 20. Если для вращающихся ручек зависимости характеристик от отношения Коу/Ки обычно имеют U-образную форму, то для джойстиков типична J-образная форма кривых. Это объясняется тем, что оператор может быстро перемещать рукоятку джойстика из одного крайнего положения в другое, так что увеличение усиления органа управления не облегчает заметно быструю начальную фазу движения к цели. Для джойстика и других органов управления, позволяющих очень быстро покрывать полный диапазон их перемещения, оптимально отношение Коу/Ки около 1. Вообще время движения к цели можно рассчитать на основе закона Фиттса, который применим к левому участку J-образной функции, после которого время движения к цели начинает быстро расти. При использовании джойстиков илн других органов управления с быстрым позиционированием максимальное их перемещение соответствует полному размеру экрана: движение джойстика из одной крайней позиции в другую должно отражаться в движении управляемого курсора от одного края экрана до другого. Порядок органа управления. Порядок органа управления связан с количеством математических операций интегрирования по времени ответов оператора1'. Так, в системе нулевого порядка перемещение джойстика оператором вызывает изменение положения управляемой системы. В системе регулирования первого порядка изменение положения джойстика приводит к изменению скорости управляемой системы. В системе второго порядка положение рукоятки джойстика соответствует ускорению системы, а при регулировании третьего порядка положение '> Для простоты полагаем, что ответом оператора является перемещение, измеряемое, скажем, в сантиметрах, а управляемая система — это то, что меняет свое положение. В общем случае ин того ни другого может ие быть: ответом оператора может быть давление иа изометрический джойстик, а поведение системы может выражаться, например, в изменении температуры. Ручное управление и слежение 4?! джойстика соответствует изменению ускорения (так называемая система с дельта-ускорением). Вообще низкий порядок регулирование улучшает деятельность. Как упоминалось выше, система управления нулевого порядка (позиционная) имеет наибольшую совместимость между стимулом и ответом. Кроме того, поскольку операции интегрирования занимают некоторое время, система нулевого порядка имеет самую короткую задержку между ответом оператора и его эффектом. Низкий порядок управления также уменьшает количество ошибочных движений оператора. Например, отслеживая ступенчатый сигнал, оператор делает только одно ответное движение, чтобы начать перемещение курсора из положения X и остановить его в положении У. В системе первого порядка (управление по скорости) оператор вначале должен сделать какое-то управляющее движение, чтобы сообщить курсору некоторую скорость. Затем, непосредственно перед тем как курсор достигнет положения У, оператор должен сделать второе движение, возвращая джойстик в центральное положение (точку нулевой скорости). Наконец, системы управления высокого порядка вводят в ответы оператора фазовые задержки и уменьшают амплитуду ответов обратно пропорционально их частоте. Например, в системе управления первого порядка (управление по скорости) эффективная амплитуда ответов оператора становится вдвое меньше с каждым удвоением частоты: если при отслеживании синусоиды 0,5 Гц джойстик перемещался на ±2,5 см, то при частоте 1 Гц требуется перемещение джойстика на ±5 см. В системе управления второго порядка эффективная амплитуда ответных движений оператора уменьшается в 4 раза с каждым удвоением частоты. Таким образом, оператор должен изменять амплитуду своих управляющих движений в зависимости от частоты и амплитуды входного сигнала. Это взаимодействие частоты и амплитуды в системах управления с высоким порядком намного усложняет задачу оператора. Дрожание. Хотя при управлении с нулевым порядком влияние частоты на амплитуду ответа обычно затрудняет слежение, здесь оказывается полезной стратегия управления, которая называется «дрожанием». В этом случае оператор воздействует на устройство ввода ответов быстрыми и небольшими колебательными движениями. Поскольку эффективная амплитуда ответа уменьшается благодаря высокой частоте ответов оператора, управляемая система остается устойчивой. Если бы оператор пытался удерживать джойстик в неподвижном состоянии, то любой незначительный позиционный дрейф, который не подвер- 472 Глава 9 жен ослаблению, мог бы вызвать относительно большое перемещение системы. Управление с вспомогательными средствами и ускорением. Управление с вспомогательными средствами и ускорением означает один и тот же процесс объединения регулирующих элементов низкого и высокого порядков. Управление с вспомогательными средствами отличается от управления с ускорением i>-
|
