【doc】人控制模型研究综述

人控制模型研究综述

第11卷第4期

1999年8月

系统仿真

J0URA【OFSYSTEMSIMU【ATION

\7oI1No.t

August1999

文章编号:IC0473l|x(1999J041,228%

～,

;i人控制模型研究综述

刘兴堂.

t空军导捧学院

李润玲

磋酉7;5Suc

王毕7一l

摘要:简进了人控制模型研究的重要作用和普遁意义:给出1凡响应特性范围及常用的凡控制数学模型丹j

式.并着重介绍了人最优控制模型厦其标准型凡最忧操纵模型.此外,还给出了凡拉制模型的典型应用实仔i.

茎T竖P273《莉rf挺中圈分类号:l文献标识码:A,',一l￡. ASurveyOnStudyoftheHumanOperationModel

LIUXing—tang,IIRunling

Abstra~l:Inthispaper,theimportantfunctionandwidesignificanceofthestudyofthehuman operatormodels

arebrieflydiscussed.Thehumanresponselimitationsandthegeneralformsofthehumanmat hematica]model

&regiven.Thispaperismainlydemostratedtheoptimalhumanoperato~modelandstan

dardhumanoptimalpi—

lotmode1.Alsoargiventhetypicalappliedexamp]eofhumanoperationmode1. Keywords:humanoperatormodel;humanvehiclesystem;optimaleontro]

l引言

对被控对象(如汽车,火车,飞机,舰艇,机器,设备等)

的搀纵,驾驶或控制是人类实际物理活动的重要内容之

.

为了获得优良的操纵品质,人们很早就致力于^本身

响和^一机系统的特性研究.因此.多年来.控制1=程尤

其姓航空,航天和机器^领域一直}.分重视^控制模型的

研及应用;随着控制理论的发展和计算机仿真领域的扩

大,吏人控制模型的研究不仅成为可能而且越来越十分必

要.这是因为这种模型研究除具有上述普遍意义外,对某

些门更具有特殊作用.如在航空发展中,可利用飞行员

数学模型:(1)揭示飞行中的^机作用,洙^^一机系统

特十l研究{(2)台理提出行动力学指标要求,进行E行自

动啼j系统(部件)结构及参数的最优化辅助设计;(3j顶

测和f飞机的E行操纵品质;(4)给程E行模拟器和训练

模器提供技术数据;(5)辅助拟定和修改试E大荆

等.

2人响应特性及其范围(门限)

正确r.1陴^响应特性及韩啊应1限是建人控制数

学杉型的重要基础.实验和统计规律表明,^作为^一机

闭,系统的动志环节之一(参见罔1,有如下主要峒应特

性青.7限:

崆稿日期:l998O9o8

(1)对外输八信号具有固有的响应延迟r.≈0.1

0.3秒

(0)辱在对输入信号的通频带,通常,频率低于2.5

3.0秒时可满足跟踪输入信号,并具有较好的滤波特性.

(3)具自自适应能力.即在完成明确控制任务时,町根

据环境变化自适应地改变车身传递函数待c如,调整增益,引入超前时常敬了和变化退后时常数_f)以袭得

最优"行为模态一匹配大多数稳定的被控对象动力学.使凡机系统的开,传递函数幅频特性在低频段或接近系

统截止频率(j的频段f保持斜率为20dB/dec.

(4)神经肌肉延迟反映了人体传输动作延时,通常被

近似为阶动力学惯性特性.其时间常数'≈008

0.16秒.

(5)操作者残余足由观测非线性或时变品质决定

的人喇麻部分,埘f几机位置系境.它仪为总峋庖输出

的5左右.

3常见的人控制数学模型形式

常见的几控制模主要何娄形式:传递函数横型,

时间序列模型和最扰控制模型.

1传递甬数模

传递函数模型是日fI¨,最..泛的^挖制填,町

第11卷4期刘兴堂:人控制模型研究综述.229.

有许多种.其典型形式为"穿越模型"

冈一一Ⅱll动巷.负I'J荷J【.............._-J^响应特性

运动参数

.一铬

图1l凡饥闭环系统中的动态环节』,

通常.K一0.1l00T一0—5秒iTl—O20秒'

一0.卜一0.3秒(在剧烈扰动或复杂操作时.一0.510 秒)

进步考虑神经肌肉传输延时和某些非线性固素时

可采用模型:

一

[][南]+

式中.7一0.08—0.16秒.R一非线性因素影响下的残余项,般为总输出的5

在航空训练模拟器中.常采用:

Gacs一

式中.了'..了.,飞行员神经纤维传输信号的It,tl'<常数

Tl一2.525秒,7'z—Oo20.67秒

与飞行员生理状态及飞行任务类型有关的训练

极限值.d一0.0O.08.

2)时间序列模型

基于时间序列理论.^的控制行为町描述成离散序

模型.其差分形式为:

一一"一Yl一…d…Y+blx一…一b.a..

一

(r)

亦可写成z传递函数形式:

.一一车z,

通常n一3—4

r——有效反应时滞.02--0.5

(z)——残余白噪声

3)最优控制模型(OCM)

根据现代控制理论,^被视为人一机闭环回路中的最

优控制器,结合上述人响应特性和门限并考虑观测噪占和运动噪声等影响可建立起图2所示的人最优控制摸型

图2^景优控制摸型的柑战

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