Аналитический подход к конструированию совместного управления движением эргатической системы "судоводитель–судно"

Рассматривается задача конструирования совместного управления движением объекта водного транспорта – эргатической системы "судоводитель–судно" . Совместное управление движением представляется в математической форме на основе модели действий и ответных реакций человека-оператора и машины, принятой в инженерной психологии для систем " человек–машина" . Проведена формализация модели путем композиции математических моделей плоского движения судна и перемещений органов управления движителями (винтами) и рулями судна. Для судового человеко-машинного интерфейса предложено применять аппараты нового типа, с помощью которых совмещаются управляющие воздействия на орган управления со стороны судоводителя и управляющего автомата эргатической системы.

Для математического описания виртуальных сигналов дискретного управления при решении задач целеуказания и планирования предложен способ построения множества неполных представлений элементарных движений в пространстве состояний системы " судоводитель–судно" . Получены количественные оценки попарно различных представлений элементарных движений и сигналов дискретного управления, реализующих переходы от одного элементарного движения к другому путем воздействий на движители и рули судна с помощью органов управления судового человеко-машинного интерфейса.

В целях унификации антропоморфного управления движением судна на уровнях целеуказания и планирования предложено применять шаблоны из нескольких сигналов дискретного управления исходя из опыта судовождения и решения задач математического программирования. Получено решение практической задачи оптимального по быстродействию антропоморфного управления перемещением судна от причальной стенки в камеру шлюза, которое предусматривает реализацию последовательности из десяти сигналов дискретного управления и двух шаблонов управления. Предложен способ оценки влияния сигнальных, параметрических и координатных неопределенностей на положение изображающей точки в пространстве состояний системы " судоводитель–судно" относительно номинальной траектории программного движения. Получены области интервальных представлений неопределенностей в подпространстве состояний " время–положение–скорость" судна. Рассмотрена процедура коррекции априорного описания номинального антропоморфного управления на основе шаблонов управления и анализа прямоугольников неопределенностей в подпространстве состояний системы " судоводитель–судно" .

1. Вагущенко Л. Л., Цымбал Н. Н. Системы автоматического управления движением судов. М.: ТрансЛит, 2007. 376 с.

2. Ющенко А. С. Человек и робот — совместимость и взаимодействие // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 1 (2). С. 4—9.

3. Saushev A., Tyrva V., Kovtun L. Joint control actions on electromechanical devices in ergatic systems // E3S Web Conf., Volume 135, 2019 Innovative Technologies in Environmental Science and Education (ITESE-2019), E3S Web of Conferences 135, 01006 (2019). https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913501006.

4. Тырва В. О., Саушев А. В. О реализации совмещаемых управляющих воздействий на объект в системах "человек-машина" // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. № 21(5). С. 274—281.

5. Tyrva V. O., Saushev A. V., Shergina O. V. Anthropomorphic Control over Electromechanical System Motion: Simulation and Implementation // Proceedings — 2020 International Russian Automation Conference, RusAutoCon. 2020. P. 374—379.

6. Тырва В. О. Моделирование действий и ответных реакций эргатической системы с электромеханическим объектом управления // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. 2020. Т. 12, № 1. С. 189—201.

7. Шерстюк В. Г., Бень А. П. Гибридная интеллектуальная СППР для управления судном // Искусственный интеллект. 2008. № 3. С. 490—499.

8. Тырва В. О. Автоматизация эргатической системы "человек-машина" на основе применения в ней антропоморфного управления // Автоматизация в промышленности. 2021. № 2. С. 3—7.

9. Cooper A., Reimann R., Cronin D. AboutFace 3. The Essentials of Interaction Design. Wiiey Publishing, Inc., 2007. P. 1—6.

10. Raskin J. The humane interface: new directions in the design of computer systems. ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co. New York, NY, United States. 233p.

11. Сергеев С. Ф. Методологические проблемы человекомашинного интерфейса // XII Всероссийское совещание по проблеме управления ВСПУ-2014. Москва 16-19 июня 2014 г. Сб. трудов ВСПУ. 2014. С. 6414—6421.

12. Шанчуров П. Н., Соларев Н. Ф., Щепетов И. А. Управление судами и составами. М.: Транспорт, 1971. 352 с.