Development of an Operator's Mathematical Model in a Man-Machine Control System

Abstract

The human-operator performs important functions related to the control of manufacturing human-machine systems. Human-operator can be considered as a nonlinear dynamic link in a closed loop of industrial control process. The operator's control actions are of a complex nature and consist of deterministic and random components. Accordingly, there are two main components to the operator's response – deterministic part and stochastic part, referred to as the remnant part. To identify the dynamic operator model, experimental studies of operator actions during SISO-type operation were performed. As a result of processing the obtained experimental data using the functions of System Identification Toolbox® library in MATLAB, it was established, that the deterministic part of the human operator's reaction can be represented by an aperiodic link of the first order with a delay (P1D model). The remnant part of the human-operator reaction is proposed to be identified in the form of a second-order oscillating link and a differentiating link connected in series. The adequacy of the proposed mathematical model of the human operator is confirmed. Людина-оператор виконує важливі функції, пов'язані з керуванням виробничими системами людина-машина. Систему "людина-оператор" можна розглядати як нелінійну динамічну ланку в замкнутому циклі процесу промислового керування. Керуючі дії оператора мають складний характер і складаються з детермінованих та випадкових компонентів. Відповідно, існують дві основні компоненти реакції оператора – детермінована частина та стохастична частина, яку називають залишковою частиною. Для ідентифікації динамічної моделі оператора були проведені експериментальні дослідження дій оператора під час роботи типу SISO. В результаті обробки отриманих експериментальних даних за допомогою функцій бібліотеки System Identification Toolbox® у MATLAB було встановлено, що детерміновану частину реакції людини-оператора можна представити аперіодичною ланкою першого порядку із затримкою (модель P1D). Залишкову частину реакції людини-оператора пропонується ідентифікувати у вигляді коливальної ланки другого порядку та диференціюючої ланки, з'єднаних послідовно. Підтверджено адекватність запропонованої математичної моделі людини-оператора