О ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОМ УПРАВЛЕНИИ

Свойства и динамические характеристики летчика как
звена системы управления

К настоящему времени накоплен большой материал о характе­ристиках человека-оператора, работающего в системе «человек — машина», частным случаем которой является система «летчик — самолет». На основе этих данных человек-оператор в первом при­ближении может быть представлен в виде совокупности трех звень­ев, отображающих воспринимающие органы (рецепторы), централь­ную нервную систему и двигательные органы (эффекторы) и цени обратной связи (рис. 3.7).

Воспринимающими органами являются органы чувств операто­ра. С их помощью воспринимается и передается поступающая ин­формация. В рассматриваемых нами задачах управления самоле­том используется только зрение, являющееся наиболее совершен­ным чувством. Из остальных чувств лишь слух находит некоторое использование как канал для приема и передачи информации, вы­даваемой звуковыми сигнальными устройствами (звонками, сире­нами и др.).

От органов чувств полученная информация поступает в цент­ральную нервную систему. Здесь происходит опознавание инфор­мации, ее оценка и выработка ответных реакций на внешние раздра­жения. Благодаря органам чувств и центральной нервной системе оператору свойственны такие явления, как восприятие информа­ции, запоминание, различение, распознавание, ассоциирование, сравнение, обучение, обобщение, рассуждение и внимание [10].

Рис. 3.8. Структурная схема модели человек — оператор

f’ По двигательным нервам от головного мозга поступают импуль — "сы к мускульным волокнам двигательных органов. Эти импульсы "возбуждают или расслабляют мускулы, вследствие чего осушеств — дяется силовое воздействие на органы управления машины (само­лета). При этом в центральную систему подается информация о ‘степени напряженности мускулов. Такая связь получила название нестатической обратной связи.

Летчик-оператор, включенный в систему управления, может досматриваться как линейная динамическая передающая систе­ма. Поскольку летчик способен приспосабливаться к динамическим арактеристйкам управляемого им самолета и обладает свойством учаться, эта динамическая система является системой с перемен — ми параметрами. В результате экспериментальных исследований явлено, что приближенно передаточная функция оператора мо — " ет быть представлена в виде:

WAp) = —fZli£U£±iL. (3.4)

Численные значения коэффициентов передаточной функции (3.4) "я различных выходных сигналов приведены в табл. 3.1, заимство — нной из книги [4].

Таблица 3.1 [11] *

— время запаздывания ответной реакции на воспринятый органами чувств

сигнал.

Передаточная функция (3.5) справедлива для случая, когда дик в процессе управления наблюдает за показаниями только ого прибора, точнее — за отклонением одного параметра от его “анного значения. Если необходимо наблюдать п параметров, то ‘едаточная функция звена приобретает вид:

WJ (р) = е~^-

Второе звено представляет собой комбинацию трех элементар­ных динамических звеньев: усилительного, апериодического и фор­сирующего

W2(p) = k,

Постоянная времени ті апериодического звена определяется главным образом продолжительностью оценки полученной инфор­мации и выработки ответной реакции. Форсирующее звено (gti/H-1) отражает способность оператора на основе рассуждения, запоминания и других явлений, свойственных головному мозгу, реагировать на скорость изменения контролируемого параметра, компенсировать запаздывание в получении информации и выработ­ке ответной реакции.

Нервно-мускульные процессы воздействия на органы управле­ния отражаются динамикой третьего звена, представляющего со­бой комбинацию усилительного звена (усилитель мощности) и апе­риодического

k2

top + 1

Постоянную времени т2 иногда называют постоянной времени нервно-мускульной системы оператора. В зависимости (3.4) k = kik2 — коэффициент усиления оператора.

Реакция оператора имеет дискретный характер, причем он спо­собен совершить до двух ответных реакций в секунду.-Отсюда сле­дует, что его полоса пропускания ограничена частотой 0,5 гц. Тео­ретически и экспериментально доказано, что легче и точнее всего оператор выполняет функции простого усилителя. Более сложные операции, в частности дифференцирование и интегрирование, вы­полняются оператором значительно хуже. Указанные выше обстоя­тельства учитываются при создании систем полуавтоматического управления заходом на посадку.

Они оказывают определяющее влияние на выбор параметров, по которым ведется управление. Наиболее оптимальные условия уп­равления для летчика создаются, когда в качестве такого парамет­ра при управлении боковым движением выбирается крен. На само­летах с удовлетворительными характеристиками боковой устойчи­вости и управляемости функции летчика наиболее близки к функциям простого усилителя. Заметим, что при выборе курса в качестве параметра управления функции летчика значительно ус­ложняются, поскольку он должен реагировать на производную от­клонения от заданного курса.

По аналогичным причинам в качестве параметра, по которому ведется управление продольным движением, выбирают тангаж или угловую скорость тангажа. Отметим, что в принципе в качестве

чЩгакого параметра возможно также использовать нормальную пе — Ддрегрузіку. На выбор того или другого из этих параметров оказывает ; ||®лияние вид командной информации, принятой в системе полуав­томатического управления. ‘