Устройство для контроля работы оператора Советский патент 1990 года по МПК G09B9/00 

Фк1

1JD

Изобретение относится к техническим средствам контроля и может быть использовано для контроля деятельности (обученности ) операторов сложных многомерных, технических объектов, например операторов -энергетических устанонок.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства для контроля работы оператора; на фиг. 2 - схема блока оценки; на фиг.З - схема мажоритарного блока; на фиг. 4 - схема блока задания допустимых значений ошибки; на фиг„5 - схема блока определения времени безошибочной работы; на фиг. 6 - гхема блока определения эмоциональной напряженности оператора; на Лиг„7- 10 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит блок 1 определения ошибок, блок 2 оценки, блок 3 вычисления модуля ошибок, пороговый блок 4, блок 5 задания граничных значений параметров, мажоритарный блок f, блок 7 задания допустимых значений ошибки, блок 8 определения временя боч 1 1Й работы Тток 9 трепел 1 - нич эмоциональной tanp WPHHOf оператора, и тэатор 10, элем i I I блок 1 pi- Г. i nsi- гч ч friov 13 уп , i, леник а

Злог 1 чред, т i лггт собой i ь та:,ЩИ О бЛОКИ, - НСЛО K01ODMA pTPl j .С TV

параметров состояния объе. v ipiu ления.

Бпо 2 ррр i I,- знпчс ч для ь чисмк TiHH величины выбранного точностного кгч- терия качества управления. Г) v лучае игпольювания традиционного кн-щратич ногп интегрального критерия он реализуется квадрл горами 1( и 1е), сумматором ( и интегратором 17.

Блек , прел т пляет из определенное чоплчес однотипных выпрямительных схем, число которых числу парамртпив состояния объекта управления.

Блок Ь выполнен из вычитающих схем Блок 5 представчяет собой набор источников -)апряхения постоянного тока с регулируемым выходом.

Мажоритарный б юк 6 служит для выделения одного (максимального) ит входных электрических сигналов, трансляции его величины на выход, а также для выдали van явля-ощего напряжения

0

5

0

5

0

0

5

0

5

на одну из выходных шин, соответствующую тому параметру (сигналу,), который в данный момент выделен как максимальный. Блок 6 содержит операционные усилители 18-21.

Блок 7 предназначен для формирования и выдачи при поступлении на один из его управляющих входов управляющего сигнала напряжения, пропорционапь- ного максимально допустимой величине ошибки управления по соответ чвую- щему параметру. Величина максимально допустимых значений задается по- течциометрически и коммутируется аналоговыми ключами, 7 содерлит аналоговые ключи 22, потенциометры 23 и элемент ИЛИ 24.

Блок 8 предназна-- е.( f.f; : вогчиси. -- ния времени достиж -чк т входным сигналом определенной, арание з данно Бслди шчы. Блок я (--о, ;м., УЧРЛ 25 В1 чи ания, п jflin тч ,1чый дц, смгро- деления OI HOC T к-о предельно допус гимчм зчачомт.м в- одного напряжения соответствуюц - u параметра и его текуи 1 значрчн1 3 диффе.ренди.1- тор 26, служащий ,L/H определения пе- лпчинь; npon:iDOji i входного cnrnajia, компаратор 27, чназначен ый для гьявнения ралич н в:.одного сигнала

yooBv,et- О, a ri по го вый ключ 28, i -- -т-ег.ь 29 напряжения, преднаэначен1Й деления напряжения, пропор- дьои льного разности медду максимально дстус имым значением входного ча- прнкиния и его текущим значением, на напряжение, пропорциональное чине производной данного входного сигнала.

Блок 9 предназначен для усиления электрических сигналов активности головного мозга оператора и выделения характерных сигналов (ритмов) активности. Блок 9 содержит усилители 30 и фильтр 31 низких частот.

Блок 12 может быть выполнен на базе цифрового вольтметра либо реализован в виде вольтметра и шлеййнигс регистрирующего осциллографа.

Устройство работает следующим образом.

На входы блока 1 поступают сигна лы, пропорциональные фактическим значениям параметров состояния объекта управления, и сигналы, пропорциональные их программным значениям. Выходные сигналы блока 1, пропорциональные опибкчм ло каждому параметру сое5153

тояния, подаются па входы блока 2 и входы блока Зо Решающий блок 2 производит в течение всего процесса управления непрерывное вычисление величины критерия качества, а именно производит возведение в квадрат ошибок по каждому параметру, суммирование получаемых сигналов и интегрирование. Величина напряжения на выходе блока 2 характеризует точность выдерживания оператором программных значений параметров состояния в течение всего процесса управления.

Блоки 3-7 производят непрерывно обработку сигналов, поступающих на входы блока вычисления модуля ошибок с целью выдачи исходной информации в блок Я, а также выдачи управляющег сигнала в канал обработки физиологической информации. Сигналы с выхода блока 3, пропорциональные модулям ошибок по каждому параметру состояния объекта управления, поступают на входы блока 4, На его опорные входы подаются с блока 5 сигналы, пропорциональные половине заданной величины зоны изменения для каждого параметра состояния. В блоке 4 производится попарное вычитание поступающих сигналов, и сигналы, превышающие по величине половину заданной зоны изменения ошибки соответствующего параметра состояния объекта управления, поступают на входы мажоритарного блока 6. Блок 6 производит выбор максимального из всех входных величин сигнала, а также выдачу в блок 7 уп0

Это значение производной поступает на вход компаратора 27 и вход ключа 28. Если значение производной превышает уровень О, то выходным сигналом компаратора 27 открывается ключ 28 и значение производной проходит на вход делителя 29. На другом входе блока 29 присутствует сигнал разности узла 25. Таким образом определяется значение времени безопасной работы системы управления, которое регистрируется в блоке 12. Если в следующий момент времени мажоритарным бло5 ком 6 выделяется другой параметр, то вся процедура повторяется идентично, но лишь с той разницей, что блок 7 выдает напряжение, соответствующее этому другому параметру. ,

0 Одновременно с работой точностного канала и канала определения времени безопасной работы происходит обработка физиологической информации. Сигналы биоэлектрической активности

5 головного мозга подаются на вход блока 9. Так как сигнал, соответствующий эмоциональному напряжению оператора, лежит в высокочастотной части спектра ЭЭГ, то процедура определения фак0 та эмоциональной напряженности заключается в выделении напряжений этой части спектра фильтром 31. Выделенный сигнал ритмов мозга подается на . вход интегратора 10, на выходе кото5 рого получают в итоге количественную оценку биологической цены деятельности оператора, а также на один из входов элемента 11, на другой вход которого подан сигнал с выхода мажо

Изобретение относится к техническим средствам контроля и может быть использовано для контроля деятельности операторов в системах человек - машина. Оно позволяет получать более высокую точность контроля деятельности за счет учета не только точностных показателей, но и ряда психофизиологических, таких, как "биологическая цена" деятельности, количество и качество допущенных оператором нештатных состояний системы управления, количество стрессовых ситуаций за цикл управления. Цель изобретения - повышение точности устройства. Технически это реализуется введением в устройство мажоритарного блока 6, блока 8 определения времени безошибочной работы, блока 7 задания допустимых значений ошибки, блока 9 определения эмоциональной напряженности оператора и элемента И 11. Устройство также содержит блок 1 определения ошибок, блок 2 оценки, блок 3 выделения модуля ошибок, пороговый блок 4, блок 5 задания граничных значений параметров, интегратор 10, блок 12 регистрации, блок 13 управления. 10 ил.

равляющего напряжения по той выходной 40 ритарного блока 6, Сигнал на выходе шине, которая соответствует выделен- элемента 11 будет только тогда, когда. ному сигналу. По данному управлягоще- объект управления Находится по како- , му сигналу блок 7 выдает на выход напряжение, пропорциональное максимально допустимой величине ошибки выделенного мажоритарным блоком 6 параметра. Текущее значение ошибки данного параметра поступает на один вход блока 8, на второй вход его с выхода блока 7 подается значение максимально допустимой величины ошибки. Кроме того, текущее значение ошибки подается на вход элемента 11. На выходе узла 25 получают разность между текущим и максимально допустимым значением ошибки, я на выходе дифферен50

му-либо параметру состояния вне допустимой зоны (т.е.,, находится в не- 45 штатном режиме) и одновременно оператор находится в состоянии эмоциональной напряженности. Регистрируя в блоке 12 суммарное время наличия сигнала на выходе элемента 11, получают количественную оценку длительности нахождения оператора в стрессовом состоянии.

Обнуление интегратора в блоке 2 и интегратора 10 производится в момент начала очередного процесса (цикла) управления импульсом с блока 13, при его запуске а

55

циатора 26 получают значение производной входного гигнала (текущего значения ошибки).

ритарного блока 6, Сигнал на выходе элемента 11 будет только тогда, когда. объект управления Находится по како- ,

му-либо параметру состояния вне допустимой зоны (т.е.,, находится в не- штатном режиме) и одновременно оператор находится в состоянии эмоциональной напряженности. Регистрируя в блоке 12 суммарное время наличия сигнала на выходе элемента 11, получают количественную оценку длительности нахождения оператора в стрессовом состоянии.

Обнуление интегратора в блоке 2 и интегратора 10 производится в момент начала очередного процесса (цикла) управления импульсом с блока 13, при его запуске а

Таким образом, по окончании цикла управления в блоке 12 фиксируется

величина точностного показателя ка- четсва управления, количественная оценка длительности нахождения оператора в стрессовом состоянии, количественная оценка биологической цены достигаемого оператором точностного показателя и, наконец, ряд временных показателей, которые отражают количество выходов системы управления на критические режимы и степень критичности ситуации в каждом таком конкретном случае. По этим данным можно с высокой точностью контролировать качество деятельности человека-оператора в системах управления

По сравнению с известным устройством, которое контролирует деятельность оператора только по величине точностного показателя качества управления, предлагаемое устройство обладает большей точностью контроля за счет определения целого ряда количественных показателей, всесторонне характеризующих качество деятельности оператора, его профессиональный и физический уровень подготовки, а также позволяющих устранить известную неопределенность в результатах контроля при использовании известных устройств. Так, например, есяи . г.пуч операторов близки точностные показа тели качества управления (фиг.), то предлагаемое устройство дне г возможность проконтролировать опгф торор. н данной ситуации по таким показ отелям, как суммарное время нахождения оператора в состоянии З-напряжсньос- ти, величина психофизиологических затрат за цикл управления, количество и степень критичности, имевшие место в процессе управления,нештатные ситуации В зависимости от специфики объекта управления и задачи управления можно объективно и достовер- 45 чении ошибки, а второй вход - к выходу мажоритарного блока, соединенному с первым входом элемента И, выход которого подключен к третьему входу блока регистрации, а второй вход - к выходу блока определения эмоциональной напряженности оператора , соединенному с информационным входом интегратора, выход которого подключен к четвертому входу блока регистрации.

но отдать предпочтение одному из операторов, что принципиально невозможно при использовании известного устройства. В случае, представленном на фиг. 7-10, предпочтение следует отдать второму оператору. При одинаковых точностных показателях и уровне физиологических затрат у него мень- пе уровень критичности допущенных нештатных ситуаций и он меныпее число

. 10

15

раз пребывал в состоянии S-н ;пряженностн.

Формула изобретения

Устройство для контроля работы оператора, содержащее блок определения ошибок, информационные входы первой и второй групп которого являются соответственно входами контролируемых и заданных параметров устройства, а выходы подключены к соответствующим входам блока вычисления модуля ошибок, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами первой группы порогового блока, информационные входы второй ip/ппы которого подключены к соответствующим выходам блока задания граничных значений параметров, интегратор, установочный вход которого соединен с выходом блока управления, блок оценки, информационные входы которого подключены к соот.этствующим выходам блока определения ошибок, установочный вход - к выходу блока управления, а выход - к первому входу блока регистрации, отличающееся тем, что с целью повышения точности ус ойства, в него введены блок задании допустимы/ значе- «гй ошибки, мажоритарный блок, входы которого сое/.ннеы с соответствующими выходами порогового блока, а выходы группы - с соответствующими входами блока задания допустимых значений ошибки, блок определения эмоциональной напряженности оператора, входы которого являются соответствующими входами реакций оператора устройства, элемент И и блок определения времени безошибочной работы, выход которых подключен к второму входу блока регистрации, первый вход - к выходу блока значения допустимых зна20

25

ЗС

35

40

чении ошибки, а второй вход - к вы

ходу мажоритарного блока, соединенному с первым входом элемента И, выход которого подключен к третьему входу блока регистрации, а второй вход - к выходу блока определения эмоциональной напряженности оператора , соединенному с информационным входом интегратора, выход которого подключен к четвертому входу блока регистрации.

i г

#

9иг.З

кйюкуд Фшл

15

С бпока 13

Уст.,.0

С fnoKu б

V4.

Вход данных

/ч

Т

К блокам Ю, 11 Фиг. 6

величина критерия, в

К блоку 12

Фм.5

Доперо/пор

t,c

-

Фиг. 7

напряженность

Уровень физиологических затрат

Уровень критичности мс.

loftepomop

ffo/iepo/nop

Фиг. 8

ttc

Юлеротор итератор

Фиг. 9

,с

lonepomop