книги из ГПНТБ / Хачатрян Х.А. Стабильность работы почвообрабатывающих агрегатов

Из результатов измерений (рис. 2) следует, что кривая А соответ­ ствующая случаю, когда трактор не проходил по участку, резко отличается от других кривых тем, что здесь преобладающие ча­ стоты выделяются и находятся ближе к началу координат. После прохода трактора процесс £п (/) принимает хаотический характер. В последнем случае спектр имеет различные частоты.

Исследованиями установлено, что важнейшие свойства почвы в разных точках участков поля весьма существенно изменяются. Способ определения показателя физико-механических свойств почвы по среднему измеряемому значению нельзя считать безу­ пречным. При изучении стабильности движения мобильных сель­ скохозяйственных агрегатов и технологических процессов обра­ ботки почвы свойства последней должны оцениваться критериями статистической динамики.

4. СЛУЧАЙНЫЙ ХАРАКТЕР НЕКОТОРЫХ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ

Переменность некоторых внешних факторов, влияющих на работу мобильных сельскохозяйственных агрегатов, обусловлена в основном деятельностью человека. Характер изменения микро­ рельефа поверхности поля, структуры почвы, растительного по­ крова поля в значительной степени определяется особенностями выполнения предыдущих технологических операций и конструк­ цией машин. С совершенствованием технологии производства по­ левых работ, улучшением конструкции машин и повышением куль­ туры земледелия переменно действующие факторы меньше изме­ няются. Но есть факторы, обусловленные природно-климатиче­ скими условиями (например, температура окружающей среды, освещаемость поля), повлиять на которые с целью регулирования их в желаемом направлении невозможно.

Качество выполнения многих технологических операций в зна­ чительной степени зависит от характера распределения расти­ тельного покрова почвы. После уборки на поверхности поля ос-

20

тается стерня зерновых, многолетних и однолетних трав, корни и другие растительные остатки, количество которых зависит от способа выполнения рабочих процессов сельскохозяйственных ма­ шин и других факторов, изменяющихся случайным образом. По­ этому характер их изменения по поверхности поля также слу­ чайный.

На работу мобильных агрегатов и особенно на поведение води­

днем. Опытные данные получены вблизи Еревана во второй и третьей пятидневках октября, когда температурный режим от­ носительно стабилен. В другие месяцы летне-осеннего периода процесс Tt (t), взятый за небольшой промежуток времени, имел аналогичный характер.

Процесс Tt (t) можно записать в виде

является функцией времени. Его можно рассматривать как не случайную функцию. Нестационарность процесса Tt (t) прояв­ ляется в непостоянстве математического ожидания. Дисперсия же процесса по времени существенно не изменяется; корреляционная функция зависит от разности t%— Поэтому центрированный процесс Tt (t) можно рассматривать как стационарный относи­ тельно математического ожидания.

Освещаемость поля (рис. 3, б), полученная в это же время, носит иной характер. При этом дисперсия процесса изменяется во времени. Для таких процессов можно определить математи­ ческое ожидание и дисперсию в функции от времени, а также корреляционную функцию.

21

Г л а в а в т о р а я

УПРАВЛЕНИЕ МОБИЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ

5.ПОСТАНОВКА ВОПРОСА

Ссовершенствования конструкций машин управление ими усложняется. Появляется проблема управления с помощью ма­ шин. Однако автоматизация управления экономически выгодна лишь при определенных условиях.

Машины участвуют в различных процессах, параметры кото­ рых могут изменяться по времени или оставаться постоянными. Цель управления — обеспечить нужный закон изменения этих параметров.

Управление включает четыре компонента: сбор информации,

переработку ее, решение и превращение решения в действие. В зависимости от характера процесса некоторые компоненты уп­ равления становятся доминирующими. Управление может осуще­ ствляться с участием человека и без него.

Различают стабилизирующую, программную и следящую си­ стемы управления. Стабилизирующая система сохраняет регули­ руемую величину неизменной. Система программного управления изменяет регулируемую величину по заданной программе. В следя­ щих системах регулируемая величина также изменяется по вре­

тыми, замкнутыми и комбинированными. В разомкнутых системах заданный режим работы обеспечивается предварительной настрой­

На основании этой информации объект регулируется так, чтобы выходная величина имела нужное значение. Характерная особен­ ность замкнутой системы — обратная связь. В такой системе управляющее устройство стремится ликвидировать разницу между заданной и полученной величинами. При этом заданная величина

22

по времени может оставаться постоянной, или изменяться. Оче­ видно, что при таком цикле регулирования, даже при случайном характере внешних возмущений, его можно производить с боль­ шой точностью. '

В комбинированных системах управления к замкнутой системе прибавляется незамкнутое компенсирующее влияние какого-ни­ будь воздействия на выходную величину, в результате чего ка­

применяют управления по разомкнутому циклу; автоматическое управление с замкнутым или комбинированным циклом и управ­ ление с участием человека по замкнутому циклу.

При управлении по разомкнутому циклу водитель регулирует рабочие органы и контролирует технологический процесс. Влия­ ние водителя на выполняемый процесс обусловлено его квалифи­ кацией и опытом проведения регулировок при различных усло­ виях. Так регулируются глубина хода рабочих органов почвооб­ рабатывающих и посевных агрегатов и параметры других процес­ сов. Точность процессов при этом обеспечивается постоянством параметров системы и ограничением диапазона изменений возму­ щений.

Управление с участием человека — самый сложный и менее исследованный вид управления. Новая научная дисциплина — инженерная психология — изучает закономерности, существую­ щие между человеком и машиной, и помогает создавать наилуч­ шие условия для работы и выбора рациональных способов управ­ ления. Инженерно-психологический анализ процессов позволяет создавать системы, с помощью которых можно во много раз повы­ сить производительность труда.

Сельскохозяйственные агрегаты, работающие в сложных рель­ ефных условиях, выполняют технологические операции, которые должны отвечать определенным требованиям. Качество работы их зависит не только от характера внешних условий и конструк­ ции машин, но и от поведения водителя машины.

Внешние воздействия (в дальнейшем их будем называть вход­ ными воздействиями непрерывно поступающие на «входы» почвообрабатывающих агрегатов, в основном являются нестацио­ нарными. Однако при определенных допущениях их можно рас­ сматривать как стационарные в некотором интервале времени.

Сельскохозяйственный агрегат можно рассматривать как ди­ намическую систему (рис. 4), которая непрерывно преобразует поступающие воздействия xit в результате чего получаются вы­ ходные технологические и энергетические параметры yt выпол­ няемого процесса.

Динамическую систему с одним выходом обычно называют одномерной, с несколькими выходами — многомерной.

Динамические свойства системы выражаются ее оператором W. Система называется линейной, если ее оператор является линей-

23

гатов являются рельеф, почвенные условия и другие случайные функции аргумента t или пути /, пройденного агрегатом. Входные воздействия xL были рассмотрены в предыдущей главе.

Выходными параметрами yi могут быть глубина обработки почвы, тяговое сопротивление и др. На формирование выходных параметров yt непосредственное влияние, кроме x[t оказывают динамические свойства агрегата, выраженные через по (s). Поэтому, прежде чем исследовать характер изменения показателей техно­ логических процессов, остановимся на особенностях оператора w (s) почвообрабатывающих агрегатов.

Некоторые исследователи относят управляющие действия во­ дителя к входным воздействиям х{. Но поведение последнего во многом обусловлено конкретной ситуацией, т. е. оно формируется под влиянием внешних воздействий xit что значительно осложняет применение при анализе описанной выше модели динамической системы. Поэтому обычно рассматривают влияние только кон­ структивных параметров машины на показатели процесса, т. е,

24

на ус при определенных значениях хп а поведение водителя не учитывают. Тем более, что в некоторых случаях в процессе преоб­ разований Х[ на yi водитель почти не участвует.

Динамические системы, в которых выходные переменные фор­ мируются без непосредственного участия человека, называют самонастраивающимися. Такой системой, например, является глу­ бина хода рабочих органов почвообрабатывающих и посевных ма­ шин, тяговое сопротивление и др. Однако даже на такие перемен­ ные может косьенио влиять поведение водителей (например, путем изменения скорости движения агрегата).

6. О М Ы Ш Л Е Н И И ВОДИТЕЛЕЙ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ

Все основные работы в сельскохозяйственном производстве пока выполняются с участием человека. Поэтому качество этих работ в значительной степени обусловливается поведением людей, обслуживающих машины и механизмы. Влияние человека на ход процесса особенно велико при вождении сельскохозяйственных агрегатов. Поэтому большой интерес представляет процесс приня­ тия решения водителем в различных ситуациях. Исследования в этой области помогут наметить пути снижения физической и психической нагрузки водителей и более эффективно использо­

о сменной норме, объеме проведенной работы, оставшемся топливе, техническом состоянии обслуживаемой машины и др. Подобная информация не требует немедленной реакции, она остается в па­ мяти и используется по мере необходимости. В рассматриваемых случаях водитель является приемником информации.

Водитель выступает в значении ретранслятора, когда принимает информацию о траектории предыдущего прохода агрегата, передает ее агрегату при помощи механизмов управления и затем ведет агрегат по заданному направлению. Однако прежде чем передать сигнал, водитель корректирует ошибки, допущенные машиной или им самим при предыдущем проходе. При этом он действует очень гибко, даже когда события весьма маловероятны. В этом проявляется одно из важнейших преимуществ человека перед машиной. В отличие от системы автоматического управления че­ ловек может выполнить одно и то же действие посредством раз­ ных приемов.

Намечая последовательность отдельных операций, способы их осуществления, водитель программирует работу. Одновременно он непрерывно контролирует работу механизмов и рабочих орга­ нов агрегата, следит за удовлетворительным выполнением техно­ логического процесса.

Сельскохозяйственный агрегат при работе совершает рабочие ходы и повороты. Некоторые процессы, происходящие во время

25

рабочих ходив на горизонтальных участках, управляются лучше автоматическими системами. Безынерционность и более высокая точность ориентации, значительно более высокая скорость дей­ ствия исполнительного элемента, нечувствительность к условиям освещенности, неограниченная продолжительность непрерывной работы, возможность сохранения точности при увеличении скоро­ сти движения — вот те признаки, которыми автоматические си­ стемы управления отличаются от человека при вождении агре­ гатов.

При осуществлении рабочих ходов на участках со сложным рельефом преимущества автоматических систем значительно сни­ жаются. На таких участках водитель добивается высокого каче­ ства выполнения "технологических процессов, вводя в закон регу­ лирования три основных фактора: реакцию на величину и скорость увода трактора, которая всегда носит случайный характер, прямое и обратное предвидение, сглаживание накопленных ошибок.

Во время поворота агрегата (особенно на участках со сложным рельефом), когда необходимы связанные реакции на последова­ тельные сигналы, требующие экстраполяции и принятия опреде­ ленного решения, проявляются преимущества человека перед ав­ томатической системой. Они выражаются в способности человека учитывать прошлый опыт и принимать оптимальные решения, вы­ носить суждения при неполной информации, реагировать на не­ предвиденные маловероятные события и т. д.

Во время работы человек может ошибаться. Объясняется это ограниченностью времени, отведенного на выполнение задания, и другими причинами. Несмотря на то, что способность человека воспринимать внешние сигналы довольно большая и при последо­ вательных сигналах составляет 10 элементарных сигналов в ми­ нуту, во время поворотов агрегата на участках со сложным рель­ ефом нередко водитель не успевает реагировать на все внешние сигналы и допускает ошибки. Последние учащаются при ненор­ мальных условиях труда, при психическом и физическом напря­ жении, а также при отрицательных эмоциях.

Водителю агрегата приходится решать задачи различной слож­ ности. Так, при повороте агрегата на крутых склонах, когда дей­ ствуют многочисленные случайные факторы, он должен быстро решать сложные вопросы. Управлять агрегатом на прямоли­ нейных участках горизонтальной местности сравнительно просто и, следовательно, в этом случае водитель решает менее сложные задачи.

Определенный интерес представляет процесс мышления води­ телей при выполнении той или иной операции. Уровень мысли­ тельной деятельности человека связан с логической сложностью задачи [12].

При вождении агрегатов водитель в основном принимает де­ дуктивные решения. При дедуктивном мышлении частное событие вытекает из общего. Дедуктивные выводы характеризуются стро-

26

гой определенностью. У водителя дедуктивные решения не могут быть пассивными, так как они принимаются на подсознательном уровне, следовательно, неотделимы от условных рефлексов.

Автоматические устройства, работающие по заранее задан­ ной программе, также выдают дедуктивные решения. При работе агрегатов в междурядьях растений используется следящая система управления, и водитель принимает решения на основе дедуктив­ ной оптимизации. Большинство операций, выполняемых водите­ лями сельскохозяйственных агрегатов, например, программиро­ вание последовательности работы при гоновом способе, время заправки топливом, также требуют дедуктивной оптимизации при принятии решения.

Дедуктивная оптимизация предполагает дедуктивные решения с оптимизацией выходных реакций при данной совокупности кри­ териев. Другими словами, водитель в данных конкретных условиях на основании дедуктивного мышления принимает оптимальные решения, и действия его направлены на выполнение принятого решения. В одном случае это выражается в уменьшении отклоне­ ния траектории агрегата от заданного курса движения, в дру­ гом — в выборе оптимальных размеров гонов и т. д.

Дедуктивные решения, будучи основанными на имеющемся ра­ нее опыте, достаточно надежны. При натренированности водите­ лей надежность таких решений значительно возрастает.

Человек-оператор принимает также абдуктивные решения, ха­ рактеризующиеся тем, что человек по известным правилам, хра­ нящимся в его памяти, и по известному следствию находит при­ чину, и принимает соответствующие решения.

Водителям сельскохозяйственных агрегатов очень часто при­ ходится принимать абдуктивные решения. Например, во время управления агрегатом водитель замечает, что его управляющие действия не дают должного эффекта. Имея результат (характер ошибки) и зная правила (определенным управляющим действиям должно соответствовать определенное поведение агрегата), води­ тель решает, в каких механизмах имеются неисправности.

Абдуктивные решения менее определенны, чем дедуктивные. Так, в приведенном примере водитель может искать неисправности не в том механизме, где они есть. Несмотря на большую неопре­ деленность, располагая следствием и известными правилами, в та­ ких случаях водитель может применять только абдукцию. Опре­ деленность абдуктивных решений у водителей высокого класса больше.

Человек принимает индуктивные решения, когда для данной ситуации нет определенных правил. При помощи индукции чело­ век строит гипотезу, находит правило и принимает соответствую­ щие решения. Индуктивный метод опирается на аналогию и индук­ цию. Решения, принятые при помощи индукции, характеризуются некоторой неопределенностью. Водители сельскохозяйственных агрегатов редко прибегают к индуктивному мышлению.

27

При движении агрегатов водители высокой квалификации часто принимают решения, связанные с предвидением. В качестве при­ мера можно назвать такой. Водитель направляет почвообрабаты­ вающий агрегат, ориентируясь на определенный след. При этом он может наметить какую-нибудь точку на агрегате и стараться сохранить расстояние от выбранной точки до края обработанной полосы поля. Очевидно, такой способ копирования пригоден до определенных скоростей движения агрегата, при дальнейшем по­ вышении которой качество работы ухудшается.

При работе на высоких скоростях водитель должен предусмо­ треть постоянство расстояния от траектории агрегата до базовой линии, выбирая для ориентировки точки агрегата, движущегося далеко впереди. При этом он должен учесть скорость движения агрегата, угловую скорость рулевого колеса, вид передачи и дру­ гие факторы.

Водитель прогнозирует будущую ситуацию, что повышает эффективность его действий. Правильное движение агрегата при определенных опережающих управляющих действиях водителя обусловлено приобретенными навыками. Одной из особенностей человека является возможность предвидения событий, что позво­ ляет вести агрегат плавно, без отклонений от заданного курса. Предвидение при определенной тренировке позволяет придавать некоторым действиям человека характер автоматизма, т. е. пере­ водит их за пределы сознания.

При вождении агрегата человек может принимать те или иные решения, однако резко разграничить уровни сложности решений и применяемые при этом способы мышления невозможно. Это объ­ ясняется высокой пластичностью поведения человека, что обуслов­ лено его психическими особенностями. На мышление и поведение водителя влияют внешние случайные факторы и окружающая среда. Последние могут изменяться в зависимости от принятых водителем решений, а также независимо от них. Различают ста­ ционарные и нестационарные изменения. Нестационарные изме­ нения окружающей среды могут существенно затруднять приня­ тие водителем дальнейших решений.

Поведение водителя в ходе слежения включает ответные реак­ ции, обусловленные внешними и внутренними стимулами.

Действия водителя при осуществлении рабочих ходов агрегата по способу копирования характеризуются следующим. (При ко^ пировании водитель старается сохранить направление движения агрегата вдоль траектории предыдущего его прохода или же другой заданной кривой. Этот способ работы в дальнейшем рас­ сматривается подробно). Входной сигнал в виде отклонения агре­ гата от базовой линии (края вспаханной полосы, следа маркера) является функцией времени и.не зависит от. реакции водителя. Действия водителя направлены на уменьшение рассогласования между намеченным и действительным отклонениями агрегата от базовой линии. Однако действия его не непрерывны.

28

При вождении агрегатов по способу копирования, несмотря на возможность непрерывного регулирования, согласно возникающей в каждый момент времени ошибки, водитель ведет себя как дискрет­ ный элемент управления. Он фактически подавляет отклонения большой частоты исходной траектории и, действуя подобно фильтру,

Такое поведение водителя приводит к увеличению ошибки на определенную, обусловленную субъективными особенностями во­ дителя, величину. Причем, чем слабее управляемость агрегата и труднее физически управлять им, тем больше намечаемые и допускаемые водителем ошибки. Поэтому, когда в состав агрегата входит колесный трактор, отклонение от заданного курса исправ­ ляется чаще и отклонение траектории при прочих равных усло­ виях получается меньшим. Когда же в состав агрегата входит гусеничный трактор, прерывистость управления повышается, уве­ личивается промежуток времени между последовательными ис­ правлениями траектории движения агрегата, вследствие чего воз­ растают отклонения от заданного курса. Очевидно, что величина намечаемой и допускаемой водителем ошибки зависит главным образом от его психофизиологических особенностей.

В этом вопросе большое значение имеет скорость движения агрегата. Наблюдения показали, что с повышением скорости общее число регулирующих движений на единице длины пути агрегата снижается. В частности, с возрастанием скорости уменьшается количество отклонений рулевого колеса управляемого трактора.

С уменьшением количества регулирующих движений на единице длины пути амплитуда колебаний трактории управляемых агрегатов часто увеличивается. Поэтому с повышением скорости агрегата ошибки, допускаемые водителем при работе по способу копирования, возрастают. Однако это может и не привести к уменьшению прямо­ линейности движения агрегата из-за влияния других факторов.

Так как полная автоматизация процессов в полеводстве пока не осуществлена, стремятся точнее согласовывать функции различных звеньев общей системы «человек—машина». Затруднения возни­ кают из-за ограниченных возможностей человека. Большим препят­ ствием нередко является несовершенность конструкции автоматов.

Трудности автоматизации сельскохозяйственных работ до­ пускают участие человека в управлении многими процессами. С целью оптимизации желательно включать человека в схему управления при анализе ее структуры. Передаточную функцию человека, т. е. его реакцию на входные сигналы, можно опреде­

поведение водителя.

библиотека СС CP 1