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

ных водителей, так как на одинаковые сигналы водители в раз­

сигналов. Особенно сложные искажения наблюдаются при приеме их человеком. Поэтому исследовать такие искажения методами теории информации весьма трудно. Несомненно, что с повышением скорости движения искажения при переработке информации возрастают.

жения, и в поведении водителя не имеется действий, искажающих полученную информацию, очевидно, исходная и последующая траектории агрегатов будут параллельными. Однако при визуаль­ ном измерении расстояния 1гр водители могут допускать ошибки. Расстояние глаз от точки, где определяется hp, его абсолютное значение, угол поворота величины кр по отношению к наблюда­ телю, состояние поверхности поля, психофизиологические осо­ бенности водителя являются причинами ошибок при зрительном восприятии этой величины в каждый момент времени. К этим при­ чинам можно отнести также скорость движения агрегата, так как при большой скорости восприятие и осмысливание непрерывно изменяющейся величины hp затрудняется.

Ошибки при передаче информации обусловлены также «мотор­ ной» деятельностью человека. Человек не всегда способен точно и своевременно передавать сигналы. Исследования в области инженерной психологии показывают, что точность передачи сигналов от человека к машине зависит от многих факторов, таких как правильно спроектированное рабочее место и распо­ ложение органов контроля и управления, состояние рабочей среды. При работе сельскохозяйственных агрегатов в определен­ ной степени сказывается также следующее обстоятельство. Во время работы водитель следит не только за траекторией дви­ жения сельскохозяйственного агрегата, но и за ходом технологи­ ческих процессов. Он контролирует работу механизмов трактора и сельскохозяйственных машин, следит за тем, чтобы трактор преодолевал препятствия, обусловленные микрорельефом поля. При этом водитель получает определенную информацию и выпол­ няет различные действия. С повышением скорости движения коли­ чество информации, прямо не связанное с процессом копирова­ ния предыдущей траектории, возрастает, и водитель начинает допускать ошибки. Определенную роль при этом играет также запаздывание реакции человека при повышении скорости движе­ ния агрегата.

При движении сельскохозяйственных агрегатов особое зна­ чение приобретает еще один фактор, в значительной степени определяющий поведение водителя. Информация, передаваемая в производственных условиях, как правило, искажается. Неизбеж-

40

ное искажение сигналов приводит к тому, что при последующих проходах агрегатов первоначальная непрямолинейность (изви­ листость) траектории агрегата постоянно увеличивается, достигая недопустимых значений. Особенно заметно это проявляется при использовании следящей системы автоматического вождения сель­ скохозяйственных агрегатов, когда первоначальные неточности траектории возрастают и для их предотвращения приходится при­ нимать специальные меры.

Когда же агрегатом управляет человек, извилистость исход­ ной траектории уже не может непрерывно возрастать. В этом — одно из главных преимуществ человека перед системой автома­ тического управления.

Заданное направление движения сельскохозяйственного агре­ гата обычно является прямой. Но под влиянием многочисленных случайных воздействий траектория любой его точки будет отли­ чаться от прямой, несмотря на стремление водителя сохранить заданное направление движения. Траектория эта состоит из не­ больших прямолинейных и криволинейных участков, форма и кривизна которых имеют случайный характер. Такую траекторию можно назвать извилистой.

При первом проходе агрегата водитель ориентируется по гра­ ницам поля и по возможности старается вести агрегат прямоли­ нейно. Во время второго прохода он ориентируется на траекто­ рию первого прохода и направляет агрегат параллельно ей. Очевидно, что во втором случае траектория агрегата будет менее прямолинейной. При последующем проходе водитель опять ориентируется на предыдущий проход, но при этом он не может уже точно копировать его траекторию, так как она имеет замет­ ную извилистость и водитель вносит коррективы, направленные на уменьшение этой извилистости. Может оказаться, что преды­ дущая траектория агрегата получится более извилистой, чем

в том виде, в каком она поступила, так и во втором, когда вводит коррективы и использует только часть ее. Следовательно, при наблюдении за траекторией предыдущего прохода агрегата води­ тель получает, при прочих равных условиях, одинаковое коли­ чество информации, но использует ее по-разному. Корректирова­ ние траектории последующего прохода агрегата, производимое водителем, затрудняет определение количества информации, по­ лучаемой им.

При изменении условий работы водитель может допускать ошибки. Так, если он долгое время работал на пахотном агрегате, то при переходе на культивацию междурядий пропашных культур

вначальный период он снижает качество работы. Многочисленные ошибки, допускаемые человеком-операто­

ром.в ходе работы, иногда ставят под сомнение надежность чело-

41

века-оператора при выполнении определенных заданий. Для оценки такой надежности необходимо располагать определен­ ными критериями.

Измерить надежность человека при выполнении дискретных элементарных действий не сложно. Например, если работа тре­ бует ответной реакции по принципу «да» или «нет» (нажатие кнопки или ненажатие), надежность выполнения задачи определяется показателем

Для оценки надежности человека-оператора при выполнении сложных задач необходимо располагать данными об уровне зна­ чимости и частоте пг в различных ситуациях. Более сложно опре­ делить надежность человека при вождении сельскохозяйствен­ ных агрегатов и выполнении аналогичных им задач, когда человекоператор регулирует отклонения какого-либо параметра от за­ данного.

Трудность заключается в том, что в конкретных ситуациях отклонение от заданной величины можно считать ошибкой лишь после определенного значения. Объясним сказанное на примере работы сельскохозяйственных агрегатов. При культивации про­ пашных культур отклонение рабочих органов агрегата от сере­ дины рядка на несколько сантиметров вряд ли можно считать ошибкой. Но когда это отклонение увеличивается и опасность подрезания растений становится реальной, наступает момент, когда величину такого отклонения агрегата от середины рядков растений в какой-то мере можно считать ошибкой управления. Но величина «опасного» отклонения агрегата зависит от вида выполняемой работы (например, для зерновых комбайнов «неопас­ ное» отклонение значительно больше), скорости движения, микрорельефа поверхности поля и других факторов, совокупность которых можно назвать ситуацией данного момента. Следовательно, при оценке управляющих действий водителя нужно учитывать также ситуацию, что значительно осложняет количественную оценку его поведения.

Поэтому в сельскохозяйственных процессах, где условия ра­ боты весьма изменчивы, информацию, потерянную при передаче, следует определять исходя из экспериментальных данных.

Разница между количеством полученной и использованной водителем информации зависит от многочисленных факторов, часть которых носит субъективный характер. Нередко бывает трудно объяснить управляющие действия водителя, так как неиз­ вестно, чем они обусловлены — неполным использованием инфор­ мации, неспособностью человека принимать слишком большое количество информации или же другими причинами. Однако это

42

вовсе не говорит о бесполезности применения методов теории информации и инженерной психологии при решении задач по управлению процессами сельскохозяйственного производства, где в качестве оператора выступает человек. Наоборот, очень часто этими методами решаются сугубо практические задачи, анализ

логичных проходах посевных или посадочных агрегатов. Откло­ нение растений от оси рядка по пройденному агрегату пути можно принять за стационарный случайный процесс с нормальной плот­ ностью распределения

Стационарный случайный процесс у (t) рассматривается после центрирования и поэтому в приведенном выражении математи­ ческое ожидание отсутствует. Во время работы в междурядьях водитель старается вести агрегат параллельно рядкам растений, ориентируясь на них. Очевидно, если бы при этом была достиг­ нута идентичность траектории движения агрегата и рядков рас­ тений, то можно было сказать, что информация, полученная при. наблюдении за рядком растений, стремится к бесконечности. В действительности же траектория агрегата и линия рядка рас­ тений в какой-то степени отличаются.

Итак, имеем стационарные случайные функции х (t) и у {t), а работа водителя направлена на уменьшение разницы между ними. Случайные функции х (t) и у (I) составляют систему. Си­ стема может быть названа стационарной в широком смысле, если все математические ожидания случайных функций постоянны, а все корреляционные и взаимные корреляционные функции слу­ чайных функций зависят от разности т = ?а<—• tx.

Постоянство математических ожиданий случайных функций вытекает из их стационарности. Корреляционные функции слу­ чайных функций зависят от -с, так как они являются стационар­ ными случайными функциями. Зависимости взаимной корреля­ ционной функции от разности t2 — tx подтверждаются характером осуществляемого процесса.

Случайная функция х {t) получается, когда водитель при по­ садке растений (севе) ведет агрегат, ориентируясь на предыдущий проход. Случайная функция у (t), характеризующая извилистость траектории агрегата в междурядьях растений, получается ана­ логичным путем. При этом все прочие условия остаются одина­ ковыми. Поэтому случайные функции х (t) и у {t) не могут не составлять стационарную систему в широком смысле. Это в большей мере относится к случаям,, когда рассматриваются траекто­ рии последующих проходов агрегатов относительно траектории предыдущих проходов.

43

Проверка стационарности системы в широком смысле прово­ дится экспериментально с использованием выражения для взаим­ ной корреляционной функции стационарной системы'случайных функций

N—k

при k ^> О

И

N-\k\

X [ x ( t 0 + T ^ i ) - m x ]

реляционной функции, автокорреляционные функции и Кху (т) должны неограниченно убывать по абсолютной величине при бес­ предельном увеличении |т|:

м=-5-1*1.

После предварительных замечаний о процессе приема и исполь­ зования информации водителем, когда он обращается к предыду­ щей траектории агрегата, рассмотрим конкретный пример.

Известно, что с повышением поступательной скорости движе­ ния агрегата точность копирования исходной кривой ухудшается. Чем это объяснить? Помимо технических причин, могут быть при­ чины, обусловленные поведением водителя:

1) при работе на высоких скоростях водитель физически не может обеспечить достаточно высокую угловую скорость руле­ вому колесу, позволяющему трактору двигаться параллельно исходной траектории;

2) с повышением поступательной скорости человек не успе­ вает обрабатывать поступающую от исходной кривой информацию, частично искажает ее, поэтому параллельность траектории агре­ гата с копируемой ухудшается.

Рассмотрим первую причину. Допустим, на горизонтальной местности уравнение исходной кривой дано в виде у — f {х).

44

Трактор должен двигаться по этой кривой. Пусть масса трактора сосредоточена в центре тяжести М, условно принятом за продолго­ ватое тело с пренебрежимо малыми размерамиПренебрегая влия­ нием сил трения, можно принять, что центр тяжести трактора М движется со скоростью v и (от, где v <— постоянная по модулю скорость, сог — переменная угловая скорость.

Очевидно, чтобы центр тяжести М все время оставался над кри­ вой у = f (х), соотношение скоростей v и сог должно быть опреде­ ленным.

Кривизна кривой

но

варительного отклонения направляющих колес от нейтрального

Задаваясь значениями L 6 , А и ф„, можно вычислить скорость сок для различных моментов времени, а учитывая передаточное число механизма рулевого управления трактора, <— определить угло­ вую скорость рулевого колеса шр . Действительные значения по­ следней, полученные опытным путем, изображены на рис. 6 и 7, Анализ значений <вр показывает, что водитель полностью обеспе­ чивает достаточную угловую скорость <вр, при которой трактор может двигаться строго параллельно получаемым в производ-

45

uip,pad/c

0,8 \

понятно, так как при работе по способу копирования нет необхо­ димости повторять незначительные изгибы исходной траектории. Водители в этом случае действуют как фильтры, повторяют изгибы низкой частоты и не пропускают высокочастотные колебания исход­ ной траектории.

Рассмотрим вторую причину ухудшения качества копирования при высоких скоростях трактора. В зависимости от внешних усло­ вий неопределенность движения пропашного агрегата в между­ рядьях растений изменяется. Но главным фактором, увеличиваю­ щим энтропию, служит скорость движения.

Определим приращение энтропии при повышении скорости

Тогда приращение энтропии данной системы при изменении ско­ рости

Опыты, проведенные с агрегатом, состоящим из трактора «Беларусь МТЗ-50» и культиватора КРН-4,2, при участии группы водителей средней квалификации показали, что при повышении скорости движения на 1 м/с энтропия возрастает на 0,16—1,18 бит. Большие изменения пределов приращения энтропии объясняются значительным разнообразием внешних условий и участием в опы­ тах разных водителей. Рабочие скорости агрегата изменялись от 2,8 до 11,6 км/ч. На прир ащении АН сильное влияние оказывает непрямолинейность рядков растений. Поэтому приведенные зна-

46

чения АН могут быть использованы для других условий только

сучетом этого фактора.

Повышение скорости агрегата увеличивает энтропию системы и по другим причинам. К сожалению, возрастание этой части энтропии нельзя выразить аналитически.

Чтобы выяснить влияние скорости на среднее количество использованной информации при копировании рядков растений рабочими органами пропашных агрегатов, необходимо определить

поведение водителей при приеме и использовании полезной инфор­ мации, но и технические возможности агрегатов, а также особен­ ности внешних условий. Следовательно, чтобы получить представ­ ление о рассматриваемом вопросе, влияние остальных факторов необходимо свести к минимуму. Для этого, например, опыты должны проводиться в идентичных внешних условиях. С этой точки зрения особое значение приобретает следующее обсто­ ятельство.

В зависимости от выполняемой работы, вида соединения ма­ шины и т. д. траектории перемещения рабочих органов и других точек агрегата получаются различными. Какую траекторию рас­ сматривать при определении коэффициента гхц? Как показали опыты, для управляемых пропашных агрегатов наилучшее копи­ рование рядков растений получается для некоторой точки kon, находящейся на продольной оси агрегата впереди его кинемати­ ческого центра по ходу на расстоянии топ. Значение тт зависит от технического состояния ходовой части колесного трактора и других случайных факторов, но главным образом — от психо­ физиологических особенностей водителей. Водители низкой ква­ лификации при обработке междурядий пропашных культур ориентируются на ближайшие точки рядков растений, водители более высокой квалификации при выполнении той же операции смотрят далеко вперед, заранее подготовляя проход рабочих органов посередине рядка, что оказывает большое влияние на

= 60-7-80 см. Конструктивные особенности агрегата, его техни­ ческое состояние меньше всего влияют на процесс копирования рядков растений траектории точки kon.

Следовательно, чтобы определить среднее количество исполь­ зуемой информации, целесообразно рассматривать траекторию перемещения точки коп, несмотря на то, что это связано с некото­ рыми неудобствами, обусловленными непостоянством местона­ хождения этой точки. Однако в дальнейшем при анализе других

47

дим дальше, влияет извилистость исходной кривой. Причем влияние психофизиологических особенностей на точность ко­ пирования особенно сильно проявляется при большой извили­ стости исходной кривой. Поэтому были подобраны участки, на которых дисперсия отклонения растений от оси рядка составляла 22—48 см2 . Количество повторностей опытов 9—12. Установлен­ ная глубина обработки почвы 12 см. В опытах участвовало три водителя. Результаты показаны на рис. 8, где на горизонтальной оси изображены скорости движения агрегата, на вертикальной —

дителем при вождении пропашного агрегата по способу копиро­

влияют также другие факторы, исключить которые невозможно, несмотря на тщательную подготовку опытов. Поэтому можно гово­ рить лишь о поведении водителей при определенных сочетаниях внешних условий, а также об определенной скорости агрегата, и сравнивать количество использованной ими информации в дан­ ной ситуации. В каждой ситуации все объективные факторы в на­ шем случае оставались одинаковыми, и если во время опытов при определенной скорости движения изменялось количество

48

ваемых при изменении главным образом скорости агрегата, води­ тели действуют примерно одинаково.

Исследованиями установлено, что скорость приема и передачи информации зависит от вида и особенностей деятельности чело­ века, причем в ходе последней она не остается постоянной. Так, к концу рабочего дня скорость приема, переработки и передачи информации чаще всего снижается. Скорость переработки инфор­ мации зависит не только от «чистого» времени приема сигналов, но и от латентного (скрытого) периода реакции. На скорость приема и передачи информации влияет также натренированность человека.

По скорости приема и передачи информации человеком полу­ чены разноречивые данные. Так, имеются сведения, что макси­ мальная скорость приема и передачи информации составляет 5— 70 бит/с, при опознании букв и цифр 55 бит/с [6]. По некоторым данным максимальная скорость декодирования информации, вы­ несения решений, составляет 40 бит/с, обычная же скорость 2 бит/с. Для водителей сельскохозяйственных агрегатов, работающих длительное время, скорость переработки информации, по-види­ мому, можно принять 5—10 бит/с.

Интересно отметить, что количество информации, которое может принять человек в единицу времени, обусловлено не про­ пускной способностью воспринимающих и передающих органов, а пропускной способностью мозга. Скорость распространения сигналов по нервному волокну человека достигает сотен метров в секунду.

Человек может изменять темп приема информации и приспо­ сабливаться к условиям работы. Например, при вождении про­ пашных агрегатов в междурядьях на повышенной скорости тре­ буется большое внимание. Водитель получает значительное коли­ чество информации в единицу времени, но использование ее зави­ сит от психофизиологических особенностей водителей и характера выполняемой работы. Если возрастающий объем информации рас­ ходуется для стабилизации хода трактора в вертикальной плоско­ сти, то конечно, нельзя ожидать, чтобы повышение скорости сопровождалось увеличением количества информации в единицу времени, использованной на процесс копирования. В таких слу­ чаях повышение скорости снижает качество копирования значи­ тельно больше, чем когда возросший объем информации исполь­

до начала ответных действий водителя, имеет значение для опе­ раций, которые должны быть выполнены в определенный про­ межуток времени.

Качество выполнения некоторых процессов в сельскохозяй­ ственном производстве в значительной степени зависит от времени