Способ дистанционного управления динамическими объектами с помощью двух рычагов управления от операторов и устройство для его осуществления
Изобретение относится к системам управления динамическими объектами, управляемыми одновременно двумя операторами с помощью рычагов управления, не связанных механически, и позволяет обеспечить операторов тактильной информацией о величине рассогласования управляющих воздействий от рычагов управления, что дает возможность каждому оператору своевременно определять момент вмешательства другого оператора в управление и при необходимости синхронизировать управляющие воздействия операторов. Тем самым достигается повышение точности управления объектом и безопасности его эксплуатации. Суть способа состоит в том, что в зависимости от величины разности сигналов управляющих воздействий рычагов управления выдвигают расположенные в рукоятках рычагов элементы-раздражители так, чтобы направление и величина их выдвижения для каждого рычага управления сообщали оператору, в каком направлении и какой величины требуется дополнительное воздействие на рычаг управления для приведения его в положение, идентичное положению рычага управления другого оператора. При этом выдвижение элементов-раздражителей побуждает операторов к уменьшению рассогласования их управляющих воздействий на подсознательном уровне, поскольку, воздействуя на рычаги в нужном направлении, операторы уменьшают свои дискомфортные ощущения от элементов-раздражителей. Способ реализуется устройством, содержащим, в частности, датчики 10 и 11 сигналов управляющих воздействия, сумматор 13, блок 9 формирования сигнала тактильной взаимосвязи, неинвертирующий 7 и инвертирующий 8 масштабные блоки, следящие приводы 5 и 6 и элементы-раздражители 3 и 4 рычагов 1 и 2 управления. При равенстве управляющих воздействий от рычагов 1 и 2 управления элементы-раздражители 3 и 4 находятся в убранном положении и не вызывают у операторов дискомфортных ощущений. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к системам управления, предназначено для дистанционного управления динамическими объектами одновременно двумя операторами с обеспечением тактильной взаимосвязи двух рычагов управления, не связанных механически, и может быть использовано в системах дистанционного управления различными объектами, например самолетами.
Обеспечение каждого из операторов, охватывающего рукой свой рычаг управления, тактильной (получаемой рукой через кожу) информацией о текущем положении рычага управления другого оператора имеет важное значение для повышения точности управления и безопасности эксплуатации динамических объектов, особенно самолетов (Экспресс-информация ОНТИ ЦАГИ, серия Авиационная и ракетная техника, N 1629, 1990, с. 3). Известен и широко используется способ управления динамическими объектами с обеспечением взаимосвязи двух рычагов управления, заключающийся в том, что передают воздействие од одного рычага к другому и наоборот с помощью соединяющей их механической проводки (например, Моргунов Н.Н. Самолет ЛИ-2. - М.: Транспорт, 1968, с. 54). Недостатками этого способа являются ухудшение динамических характеристик передачи управляющих воздействий операторов из-за инерционности, трения, люфтов и упругости конструкции механической проводки, особенно в случае большого расстояния между рычагами управления, громоздкость, конструктивная сложность, большие потребные объемы и дополнительный вес конструкции механической проводки, сложность взаимодействия операторов при использовании малогабаритных рычагов управления с относительно малыми загрузочными усилиями по сравнению с максимальными физическими возможностями человека-оператора. Известны системы управления самолетами, в которых реализуется указанный способ управления, содержащие рычаги управления двух операторов (например, левого и правого или переднего и заднего летчиков), которые кинематически связаны с помощью механической проводки, подключенной к исполнительной части системы управления (Житомирский Г. И. Конструкция самолетов. - М.: Машиностроение, 1991, с. 314). Устройства данного типа обладают теми же функциональными недостатками, что и лежащий в их основе способ управления. В настоящее время широкое распространение получили дистанционные системы управления, в которых механическая проводка отсутствует и нет необходимости прикладывать значительные усилия для ее перемещения, в связи с чем переходят на малогабаритные механически не связанные рычаги управления, как, например, на самолете фирмы Эрбас Индастри А-320 (Техническая информация ОНТИ ЦАГИ, N 9, 1986, с. 10-12). Проблема обеспечения взаимосвязи двух рычагов управления в таких системах весьма актуальна. Известен способ дистанционного управления динамическими объектами с помощью двух рычагов управления от операторов, заключающийся в том, что измеряют величину управляющего воздействия на каждый рычаг управления, например, с помощью датчиков, сигналы, пропорциональные этим воздействиям, подают на соответствующие входы блока формирования общего управляющего сигнала, формируют в этом блоке общий управляющий сигнал и посылают этот сигнал с выхода блока на вход исполнительной части системы управления (заявка Франции N 2583017, кл. B 64 C 13/12; G 05 D 1/10, 1986). Принципиальный и существенный недостаток данного способа состоит в том, что взаимосвязь рычагов осуществляется только через восприятие каждым оператором реакции управляемого объекта в ответ на управляющие воздействия, прикладываемые им и другим оператором. Это приводит к снижению точности и безопасности управления в случаях, когда операторы начинают управлять объектом одновременно и независимо друг от друга из-за отсутствия у них непосредственной информации об управляющих воздействиях друг друга, например тактильной информации. Известна система управления, которая реализует указанный способ, содержащая два рычага управления и по каждому каналу управления для каждого рычага управления датчик управляющего воздействия, подключенный к соответствующему входу блока формирования общего управляющего сигнала, выход которого подключен к входу исполнительной части системы управления (заявка Франции N 2583017, кл. B 64 C 13/12; G 05 D 1/10, 1986). Данное устройство обладает тем же функциональным недостатком, что и реализуемый им способ дистанционного управления, поскольку он не дает оператору непосредственной информации об управляющем воздействии второго оператора. Изобретение решает задачу повышения точности управления и безопасности эксплуатации динамических объектов с механически не связанными рычагами управления за счет обеспечения тактильной взаимосвязи рычагов управления путем передачи каждому оператору тактильной информации о величине управляющего воздействия другого оператора. Причем тактильное воздействие осуществляется таким образом, что оно непосредственно побуждает операторов к уменьшению рассогласования их управляющих воздействий, что особенно важно в случаях, когда один оператор обучает другого. Поставленная задача решается в изобретении тем, что по способу дистанционного управления динамическими объектами с помощью двух рычагов управления от операторов, заключающемуся в измерении величины сигнала управляющего воздействия с каждого рычага управления, формирования по сигналам, пропорциональным этим воздействиям, общего управляющего сигнала и подаче этого сигнала на исполнительную часть системы управления динамического объекта, в каждом канале управления вычисляют разность сигналов управляющих воздействий с рычагов управления, формируют соответствующие этой разности и величинам сигналов управляющего воздействия с каждого рычага сигналы тактильной взаимосвязи противоположных знаков для обоих рычагов управления, в зависимости от величины этих сигналов выдвигают расположенные в рукоятках рычагов управления элементы-раздражители, обеспечивая каждого оператора тактильной информацией о величине рассогласования между управляющими воздействиями на рычаги управления, тем самым изменяют общий управляющий сигнал за счет изменения управляющих воздействий операторов, обусловленных использованием ими тактильной информации о величине рассогласования сигналов управляющих воздействий. Поставленная задача решается также тем, что в устройство дистанционного управления динамическими объектами с помощью двух рычагов управления операторов, содержащее по каждому каналу управления каждого рычага управления датчик сигнала управляющего воздействия, подключенный к соответствующему входу блока формирования общего управляющего сигнала, выход которого подключен к входу исполнительной части системы управления, по каждому каналу управления введены сумматор, блок формирования сигналов тактильной взаимосвязи и масштабные инвертирующий и неинвертирующий блоки, а на каждом рычаге управления размещены по числу каналов управления блоки формирования тактильного воздействия в зависимости от величины рассогласования сигналов управляющих воздействий операторов, каждый из которых выполнен в виде подвижных элементов-раздражителей, установленных в рукоятке рычага управления в месте ее охвата рукой оператора с возможностью их выдвижения во вне и уборки внутрь рукоятки с помощью следящего привода, причем блок формирования сигнала тактильной взаимосвязи выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго управляемых масштабных блоков и корректирующего блока, управляющий вход первого управляемого масштабного блока соединен с выходом датчика сигнала управляющего воздействия первого рычага управления, а управляющий вход второго управляемого масштабного блока соединен с выходом датчика сигнала управляющего воздействия второго рычага управления, при этом неинвертирующий вход сумматора соединен с выходом датчика управляющего воздействия второго рычага управления, а инвертирующий вход сумматора подключен к выходу датчика управляющего воздействия первого рычага управления, выход сумматора соединен с входом первого управляемого масштабного блока, а выход корректирующего блока соединен через неинвертирующий масштабный блок с входом следящего привода элементов-раздражителей первого рычага управления и через инвертирующий масштабный блок с входом следящего привода элементов-раздражителей второго рычага управления. Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе управления динамическим объектом по одному каналу управления при необходимости, например, выполнить маневр или устранить рассогласование контролируемых параметров движения с их заданными значениями воздействуют на рычаги управления по соответствующему каналу управления. В случае одновременных управляющих воздействий на оба рычага управления, превосходящих по модулю некоторое заданное значение, воздействуют с помощью расположенных в рукоятках рычагов управления элементов-раздражителей по соответствующему каналу управления на участки кожи рук операторов. Для этого элементы-раздражители каждого рычага управления выдвигают из корпуса рычага в том направлении, в котором соответствующему оператору следует приложить дополнительное управляющее воздействие, чтобы уравнять свое управляющее воздействие с воздействием другого оператора. Величину выдвижения элементов-раздражителей задают соответствующей величине разности сигналов управляющих воздействий операторов. Таким образом, каждый из операторов, управляющих объектом, благодаря направленному дозированному выдвижению элементов-раздражителей получает за счет возникающих у него дискомфортных ощущений с определенной стороны рычага управления тактильное воздействие, направление и интенсивность которого соответствуют величине требуемого в данный момент дополнительного управляющего воздействия рычагом управления для приведения его в положение, идентичное положению другого рычага управления, т.е. для их синхронизации. Фактически каждый оператор получает информацию о текущем положении рычага управления другого оператора. Направленное тактильное воздействие непосредственно побуждает каждого оператора к силовому воздействию на рычаг управления в направлении, соответствующем снятию дискомфортных ощущений и одновременно уменьшению рассогласования положений рычагов управления. Однако следует отметить, что в конечном счете каждый оператор сам решает, каким образом ему следует воспользоваться полученной тактильной информацией. На фиг.1 показана схема устройства (для простоты показан один канал управления); на фиг.2 представлены переходные процессы, иллюстрирующие реакцию оператора по управляющему воздействию рычагом управления в ответ на ступенчатое изменение управляющего сигнала другого оператора при необходимости уравнять управляющие сигналы; на фиг.3 - частотные характеристики отработки оператором задаваемого положения рычага управления другого оператора. Предлагаемый способ характеризуется следующими действиями: измеряют управляющие воздействия на каждый рычаг управления, например, с помощью соответствующих датчиков, сигналы управляющих воздействий с датчиков подают на вход блока формирования общего управляющего сигнала, общий управляющий сигнал подают на вход исполнительной части системы управления, формируют сигнал тактильной взаимосвязи рычагов управления, соответствующий сигналу разности и величинам сигналов управляющего воздействия с каждого рычага управления, в зависимости от величины сигнала тактильной взаимосвязи выдвигают элементы-раздражители из отверстий в рукоятках рычагов управления во взаимно противоположных направлениях для одного и другого рычагов управления, изменяют общий управляющий сигнал за счет изменения управляющих воздействий операторов, обусловленного использованием ими тактильной информации о рассогласовании управляющих воздействий операторов. Устройство для реализации указанных действий содержит (фиг.1) рычаги 1 и 2 управления, внутри которых по каждому каналу управления расположены выдвижные элементы-раздражители 3 и 4, кинематически соединенные со следящими приводами 5 и 6, которые могут быть размещены как внутри рычагов управления, так и вне их и входы которых через соответствующие неинвертирующий 7 и инвертирующий 8 масштабные блоки соединены с выходом блока 9 формирования сигнала тактильной взаимосвязи. Рычаги 1 и 2 управления снабжены датчиками 10 и 11 сигналов управляющих воздействий, выходы которых подключены к блоку 12 формирования общего управляющего сигнала, выход которого соединен с входом исполнительной части системы управления, и соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами сумматора 13. Выход последнего соединен с входом 9 блока формирования сигнала тактильной взаимосвязи, представляющего собой последовательно соединенные первый 14 и второй 15 управляемые масштабные блоки и корректирующий блок 16, выход которого, являющийся и выходом блока 9, соединен с входами масштабных блоков 7 и 8. Управляющий вход первого управляемого масштабного блока 14 соединен с выходом датчика 10 сигнала управляющего воздействия рычага 1 управления. Управляющий вход второго управляемого масштабного блока 15 соединен с выходом датчика 11 сигнала управляющего воздействия рычага 2 управления. Устройство работает следующим образом. Операторы управляют динамическим объектом с помощью рычагов 1 и 2, при этом сигналы датчиков сигналов 10 и 11 управляющих воздействий поступают на соответствующие входы блока 12 формирования общего управляющего воздействия, сигнал с выхода которого поступает на вход исполнительной части системы управления. Сигналы датчиков 10 и 11 поступают также на инвертирующий и неинвертирующий входы сумматора 13. В случае одновременных различных сигналов управляющих воздействий Х1 и Х2 с рычагов 1 и 2 управления на выходе сумматора 13 образуется сигнал разности![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
Формула изобретения
1. Способ дистанционного управления динамическими объектами с помощью двух рычагов управления от операторов, заключающийся в измерении величины сигнала управляющего воздействия с каждого рычага управления, формировании по сигналам, пропорциональным этим воздействиям, общего управляющего сигнала и подаче этого сигнала на исполнительную часть системы управления динамического объекта, отличающийся тем, что в каждом канале управления вычисляют разность сигналов управляющих воздействий с рычагов управления, формируют соответствующие этой разности и величинам сигналов управляющего воздействия с каждого рычага сигналы тактильной взаимосвязи противоположных знаков для обоих рычагов управления, в зависимости от величины этих сигналов перемещают расположенные в рукоятках рычагов управления элементы-раздражители, обеспечивая каждого оператора тактильной информацией о величине рассогласования между управляющими воздействиями на рычаги управления, тем самым изменяют общий управляющий сигнал за счет изменения управляющих воздействий операторов, обусловленных использованием ими тактильной информации о величине рассогласования сигналов управляющих воздействий. 2. Устройство для дистанционного управления динамическими объектами с помощью двух рычагов управления от операторов, содержащее по каждому каналу управления каждого рычага управления датчик сигнала управляющего воздействия, подключенный к соответствующему входу блока формирования общего управляющего сигнала, выход которого подключен к входу исполнительной части системы управления, отличающееся тем, что в него по каждому каналу управления введены сумматор, блок формирования сигналов тактильной взаимосвязи и масштабные инвертирующий и неинвертирующий блоки, а на каждом рычаге управления размещены по числу каналов управления блоки формирования тактильного воздействия в зависимости от величины рассогласования сигналов управляющих воздействий операторов, каждый из которых выполнен в виде подвижных элементов-раздражителей, установленных в рукоятке рычага управления в месте ее охвата рукой оператора с возможностью их перемещения во вне и внутрь рукоятки с помощью следящего привода, причем блок формирования сигнала тактильной взаимосвязи выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго управляемых масштабных блоков и корректирующего блока, управляющий вход первого управляемого масштабного блока соединен с выходом датчика сигнала управляющего воздействия первого рычага управления, а управляющий вход второго управляемого масштабного блока соединен с выходом датчика сигнала управляющего воздействия второго рычага управления, при этом неинвертирующий вход сумматора соединен с выходом датчика управляющего воздействия второго рычага управления, а инвертирующий вход сумматора подключен к выходу датчика управляющего воздействия первого рычага управления, выход сумматора соединен с входом первого управляемого масштабного блока, а выход корректирующего блока через неинвертирующий масштабный блок - с входом следящего привода элементов раздражителей первого рычага управления и через инвертирующий масштабный блок - с входом следящего привода элементов -раздражителей второго рычага управления.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3