Устройство для тренировки и исследования работы оператора Советский патент 1979 года по МПК G09B9/00 

1

Изобретение относится к учебным моделям и тренажерам и может быть использовано для тренировки операторов и исследования их физиологического состояния.

Известно устройство для тренировки и исследования работы оператора, содержащее модель управляемого объекта, орган управления и схему управления параметрами объекта, выходы которых электрически связана с моделью управляемого объекта, генератор помехи, регистрирующий блок и информационное табло 1.

Однако эффективность известного устройства нри тренировке операторов недостаточна, поскольку в устройстве не производится текущая оценка работы оператора.

Целью изобретения является повышение эффективности тренировки и исследования работоспособности оператора путем усложнения функций управления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство имеет компараторы, блок адаптации и схему блокировки и возврата, при этом выходы генератора помехи и схемы блокировки и возврата соединены со входами модели управляемого объекта, выход которой электрически соединен с первыми входами регистрирующего блока и информационного табло, подключен к первому и второму компараторам, причем выход первого компаратора соединен со вторыми входами регистрирующего блока и информационного табло, а выход второго компаратора- с третьими входами регистрирующего блока и информационного табло, вход блока адаптации связан с выходом второгокомпаратора, а выход блока адаптации электрически соединен с четвертыми входами регистрирующего блока и информационкого табло и с входом схемы управления параметрами объекта, при этом выход второго компаратора подключен к входу схемы блокировки и возврата. На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - возможный вариант реализации устройства.

Устройство содержит орган 1 управлеиия, генератор 2 помехи, схему 3 управления параметрами объекта, схему 4 блокировки и

возврата, модель 5 управляемого объекта, компараторы 6 и 7, блок 8 адаптации, регистрирующий блок 9 и информационное табло 10. Работа устройства состоит в следующем.

Воздействуя на орган 1 управления, оператор стремится удержать на заданном уровне выходной сигнал модели 5 управляемого объекта. Рассогласование между заданным и фактическим уровнем сигнала показывает информационное табло 10. Если

рассогласование превышает некоторую заранее обусловленную величину, определяемую настройкой первого компаратора 6, то последний срабатывает, и на информационном табло зажигается световой индикатор, который гаснет, если рассогласование, благодаря успешным действиям оператора, становится вповь меньше уставки первого компаратора 6. Когда же оператор не справляется с управлением, и рассогласование продолжает возрастать, вслед за первым срабатывает второй компаратор 7, который моделирует «Аварию. На информационном табло загорается аварийный сигнал (например, мигающий красный, сопровождаемый подачей звука сирены), а схема 4 блокировки и возврата на некоторое время удерживает модель управляемого объекта в состоянии «Аварии с тем, чтобы зафиксировать внимание оператора на ошибке, совершать которые ему запреш,ено. По истечении установленного времени схема блокировки и возврата снимает блокировку, переводит объект в состояние нулевого рассогласования и отпускает его, после чего оператор вновь получает возможность управлять им.

Для того, чтобы процесс управления был достаточно сложен, в предлагаемом устройстве моделируется инерционный неустойчивый объект управления, на вход которого помимо воздействия оператора поступает помеха от генератора 2 помехи. Кроме того, динамические параметры (свойства) объекта не остаются неизменными, а меняются под воздействием блока 8 адаптации,который влияет на модель 5 через схему 3 управления параметрами объекта.

Действие блока адаптации заключается в следуюшем. Сразу же, как только оператор приступит к работе, сигнал на выходе блока 8 начинает возрастать, в результате чего схема 3 постепенно изменяет динамические свойства объекта в сторону увеличения его быстродействия. Поскольку объект неустойчивый, удержать его оператору становится все труднее, и он начинает допускать ошибки. После каждой «Аварии второй компаратор У, воздействуя на вход блока 8, снижает его выходной сигнал на некоторую, заранее установленную величину. Таким образом, уровень сигнала на выходе блока 8, который отображается на информационном табло, служит непрерывной количественной оценкой качества работы оператора.

Если оператор действует хорошо, сигнал на выходе блока 8 адаптации большой. Если оператор начинает делать ошибки, сигнал с блока 8 адаптации уменьшается, а быстродействие объекта снижается. Устройство автоматически адаптируется к возможностям оператора. Оценка его работы, которую он видит на информационном табло, стимулирует оператора работать лучше, что повышает эффективность тренировки.

Подключе нный параллельно информационному табло регистрирующий прибор позволяет вести исследование работы оператора.

Возможный вариант реализации основных блоков предлагаемого устройства показан в виде упрощенной принципиальной

схемы на фиг. 2. Модель управляемого объекта 5 представлена тремя операционными усилителями 1У, 2У, ЗУ, первый из которых суммирует входные сигналы от органа управления 1 и от генератора помехи 2. Усилители 2У и ЗУ включены по схеме интеграторов, чтобы воспроизвести инерционность объекта и затруднить процесс управления. Схема 4 блокировки и воз рата содержит полевой транзистор 11, управляемый от второго компаратора 7 (на фиг. 2 не показан). Этот транзистор может шунтировать или отпускать положительную обратную связь с выхода усилителя ЗУ на вход усилителя 2У.. Полевые транзисторы 2Т

и ЗТ предназначены для разряда конденсаторов обоих интеграторов (усилители 2У и ЗУ) и, следовательно, для возврата объекта в нулевое состояние.

В состав схемы 3 управления параметрами объекта входят полевые транзисторы 4Т и 5Т, которые используются как управляемые напряжением переменные резисторы. Поскольку они шунтируют входные цепи интеграторов, изменение сопротивления

транзисторов 4Т и 5Т влечет за собой соответствующее изменение коэффициентов Передачи (постоянных времени) интеграторов. Управляющий сигнал на затворы транзисторов 4Т и 5Т поступает с выхода блока

8, который содержит интегратор с достаточно большим временем интегрирования. Выполненный на операционном усилителе 4У этот интегратор имеет два входа, на один из них подано неизменное напряжение Еп

отрицательной полярности, а другой вход подключен к выходу компаратора 7. Выходное напряжение усилителя 4У используется для питания стрелочного указывающего прибора, помещенного на информационном табло 10. Показания этого прибора и являются для оператора оценкой качества его работы.

Когда после включения устройства оператор приступает к работе, напряжение на

выходе усилителя 4У близко к нулю, транзисторы 4Т и 5Т открыты, их каналы сйЛьно щунтируют входные цепи интеграторов (усилителей 2У и ЗУ), их время интегрирования велико, и оператор сравнительно легко справляется с управлением, стараясь держать сигнал на выходе модели 5 по возможности близко к нулю.

Пока ошибка управления не достигает уровня «Аварии, сигнал от компаратора 7

равен нулю, транзистор IT шунтирует положительную обратную связь между усилителями ЗУ и 2У, а гасящие транзисторы 2Т и ЗТ заперты. Цени управления этими транзисторами для простоты не показаны. Интегратор (усилитель) 4У блока адаптации в это время интегрирует сигнал -Еп, и на его выходе линейно увеличивается положительное напряжение. Это ведет к постепенному запиранию транзисторов 4Т и 5Т, их шунтирующее действие ослабевает, а быстродействие интеграторов возрастает. Оператору становится все труднее управлять объектом, и оценка качества его работы, показываемая информационным табло, растет.

Рано или поздно оператор совершает «Аварию, т. е. сигнал на выходе усилителя ЗУ достигает такого уровня, при котором срабатывает компаратор 7, и на его выходе появляется положительный сигнал. При этом запирается транзистор IT, отпуская положительную обратную связь с выхода усилителя ЗУ на вход усилителя 2У. Эта связь фиксирует модель 5 в состоянии «Аварии, блокируя действия оператора. Одновременно положительный сигнал от компаратора 7, поступая на вход интегратора (усилителя) 4У, вызывает некоторое уменьшение его выходного сигнала, что ведет к понижению оценки и облегчению процесса управления.

По истечении некоторого времени схема 4 блокировки и возврата вырабатывает сигнал, отпирающий транзисторы 2Т и ЗТ. Конденсаторы интеграторов разряжаются, напряжение на выходе модели 5 возвращается к нулю, выходной сигнал компаратора 7 обращается в нуль, снимается блокирующее действие положительной обратной связи. После этого гасящие транзисторы 2Т и ЗТ вновь запираются и оператор получает возможность продолжать управление.

Формула изобретения

Устройство для тренировки и исследования работы оператора, содержащее модель

управляемого объекта, орган управления и схему управления параметрами объекта, .выходы которых электрически связаны с моделью управляемого объекта, генератор помехи, регистрирующий блок и информационное табло, отличающееся тем,что, с целью повышения эффективности тренировки и исследования работоспособности оператора путем усложнения функций управления, оно имеет компараторы, блок

адаптации и схему блокировки и возврата, при этом выходы генератора помехи и схемы блокировки и возврата соединены с входами модели управляемого объекта, выход которой электрически соединен с первыми

входами регистрирующего блока и информационного табло и подключен к первому и второму компараторам, причем выход первого компаратора соединен со вторыми входами регистрирующего блока и информационного табло, а выход второго компаратора- с третьими входами регистрирующего блока и информационного табло, вход блока адаптации связан с выходом второго компаратора, а выход блока адаптации электрически соединен с четвертыми входами регистрирующего блока и информационного табло и с входом схемы управления параметрами объекта, при этом выход второго компаратора

подключен к входу схемы блокировки и возврата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 425205, кл. G 09 В 9/00, 1974.

Oml От 2

От 7