5. СЕРВОМЕХАНИЗМЫ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Рассмотренные выше приемы коррекции реализуются в полуавтоматических системах регулирования, в которых человек-оператор и регулируемый им сервомеханизм составляют единую биотехническую систему [16]. Оптимальные условия работы такой системы достигаются в тех случаях, когда динамические свойства сервомеханизма допускают процесс регулирования осуществлением таких регулирующих движений оператора, при которых он пользуется имеющимися у него динамическими стереотипами движений.

Применительно к транспортному процессу регулирования, когда оператор смещает рабочий орган машины при помощи сервомеханизма в заданное положение, в зависимости от способа использования сервомеханизма возможны системы регулирования положением [управляемая переменная скоростью [управляемая переменная и командное, в том числе релейное регулирование скоростью или 0, где

Если регулирование положением осуществляется в пределах нормальной рабочей зоны оператора перемещением руки, то естественный диапазон изменения управляющего сигнала находится в пределах , в противном случае регулирование становится затруднительным. Отношение видимого оператором на расстоянии до смещения исполнительного устройства к линейному смещению управляющего сигнала А у называют наблюдаемым масштабным коэффициентом Кхуу допустимые значения которого лежат в пределах от 0,1 до 15, поскольку при больших значениях регулирование осуществляется очень малыми перемещениями органа управления, а при меньших значениях наступает быстрая утомляемость оператора из-за необходимости перемещений руки на большие расстояния. При удалении исполнительного устройства от оператора на расстояние подсчет ведется по соответствующим угловым размерам

Наиболее удобный диапазон значений (заштрихованная область на рис. VIII. 10, в соответствии с которой выбираются сервомеханизмы регулирования положением).

Существенно больший диапазон изменения реализуется при непрерывном управлении скоростью, хотя в этом случае значения выходят за пределы .

Если передаточные функции регулируемой системы будут

то можно воспользоваться эквивалентной передаточной функцией

и привести в транспортном процессе регулирования экспертную оценку операторами такой системы при разных значениях используя оценки: ощущение запаздывания (область ощущение колебательности (область и отсутствие ощущения переходных процессов системы (область Соответствующие области совпадающих оценок всех операторов на рис. VIII.11, а [16] ограничены линиями и . В заштрихованной области субъективные оценки разных операторов не были совпадающими, а в области под штриховой кривой лежали точки, принадлежащие режиму слежения, обеспечивающему процесс регулирования без физиологических отказов (режим слежения) с одинаковыми конфигурациями изображений зависимостей . В этих случаях оператор пользуется в процессе регулирования существующими у него динамическими стереотипами движений при наименьшей утомляемости и наименьшем времени, затрачиваемом на процесс перемещения регулируемого органа (естественная оптимальность процесса регулирования). Поэтому субъективные оценки системы совпадают с объективными в области, обозначенной Существование режима слежения для более высоких значений при малых величинах объясняется фильтрующими способностями оператора.

Эксперименты проводились при помощи макета задающего органа управления, измерявшего перемещение локтевого сустава руки оператора. При этом фиксировали перемещение светового пятна на экране осциллографа, находящегося на расстоянии от оператора (наибольшее перемещение пятна составляло 16 см, что соответствует размеру экрана промышленных осциллографов). Управляемая машина моделировалась при помощи аналоговой установкии которая обеспечивала заданные значения меняющиеся в неизвестные для оператора моменты времени. Так были проверены, кроме систем регулирования положением, также системы регулирования скорости (рис. VIII.11, б [16], кривая соответствует а штриховая кривая — и система командного управления (рис. .

Аналогичные результаты были получены для системы регулирования скорости (см. рис. VIII. 11, б, на котором кривая соответствует а штриховая кривая — и системы командного регулирования (см. рис. VIII.11, в — кривая соответствует дискретному значению скорости пятна на экране осциллографа см/с, а штриховая кривая — скорости см/с). Конфигурация зон (гарантированный режим слежения), а также их положения на всех трех графиках одинаковы, однако наиболее ограниченными

значениями с оказались системы регулирования положением при . В системах регулирования скоростью при область простирается до существенно больших значений , несмотря на то, что уменьшение значения увеличивает допустимое значение Использование таких систем связано с возрастающими затруднениями реализации процесса регулирования из-за возрастания утомляемости оператора.

Рис. VIII.10. Область регулирования положением в зависимости от наблюдаемого масштабного коэффициента и величины наблюдаемого смещения объекта регулирования

Рис. VIII. 11. Области субъективных оценок колебательных сервомеханизмов: а — регулирования положением; б — регулирования скоростью; в — командного (релейного типа) регулирования

Поэтому чем меньше быстродействие сервомеханизма, тем больше оснований для применения систем регулирования скоростью [16].

Наиболее удобная для оператора область значений , следовательно, показателя колебательности

будет та, которая соответствует наибольшим допустимым значениям Для всех трех способов управления рекомендуемые значения это существенным образом определяет среднечастотную часть желаемых частотных характеристик при синтезе соответствующих

сервомеханизмов. Используя рассмотренные в предыдущем параграфе способы коррекции обратной связью по регулируемой и нерегулируемой компонентам вектора выхода, можно обеспечить получение желаемых динамических свойств сервомеханизма, а значит, и требуемую управляемость.

Распространение полученных результатов экспериментов всех трех типов регулируемых сервомеханизмов (см. рис. на апериодические системы получается пересчетом границ областей соответствующих значениям при помощи выражения (рис. VIII. 12). Очевидно, в этом случае область отсутствует, а границы зон и на рис. VI 11.11, а могут быть представлены в координатах кривыми 1 и Г соответственно.

Рис. VIII. 12. Границы субъективных оценок апериодических сервомеханизмов

При , что соответствует значению аппроксимирующее выражение передаточной функции будет

и тогда точки встречи кривых 1 и 1' с лучом на рис. VIII.12 дают предельные значения отделяющие области 50 от областей

Полученные граничные значения с с достаточной для практических целей точностью были подтверждены экспериментально на модели апериодической системы.

Для сервомеханизмов регулирования скоростью продолжению кривых СА и (рис. VIII.11, б) соответствуют границы, обозначенные на рис. VIII. 12 цифрами 2 и , а для сервомеханизмов командного управления экстраполяции кривых и (рис. VI 11.11, в) область значений — границы и 4 соответственно.

Сервомеханизмы командного управления с дискретными значениями скоростей движения пятна на экране осциллографа и кривые и на рис. VIII.11, а) допускают использование промежуточных значений

Границы найденных рабочих областей сервомеханизмов на плоскости описываются уравнениями Если динамические свойства двух сервомеханизмов представляются передаточными функциями где — чистое запаздывание, то при построении на плоскостях а также соответственно их изображения совпадут. Используя это утверждение, распространяют полученные экспериментальные результаты на сервомеханизмы с запаздыванием (первая гипотеза о регулировании сервомеханизма оператором).

Сервомеханизм, регулируемый оператором, обеспечивает режим слежения, если при отображении плоскости корней его передаточной функции на плоскость все точки, соответствующие полюсам, размещаются внутри рабочей области Это утверждение, названное второй гипотезой о регулировании сервомеханизма оператором, или гипотеза о фильтрующих свойствах оператора, позволяет распространить экспериментально полученные для сервомеханизмов второго порядка рекомендации (рис. VIII. 11 и VIII. 12) на сервомеханизмы любых порядков, применительно к которым можно еще на стадии проектирования сравнивать различные способы регулирования (положением, скоростью и командное) и широко использовать способы коррекции для получения желаемых динамических свойств, обеспечивающих режим слежения.

При оценке времени переходных процессов в порядке первого приближения можно считать время переходного процесса пропорциональным наибольшему смещению управляемого устройства при транспортном процессе регулирования.