薛红军, 巫火根, 张晓燕, 张峰

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安 710072)

0 引言

人机系统工程是以控制论、模型论和优化论为基础的综合性边缘技术学科,建立科学、准确的人的数学模型是人机工程学研究的重点[1]。人的数学模型建立方法有多种,随着控制理论的发展而不断发展,由基于早期的经典控制理论的驾驶员传递模型到基于现代最优控制理论的驾驶员最优控制模型,相继又出现了模糊控制、鲁棒控制、预见预测控制和智能控制模型。通过对驾驶员控制决策特性的进一步研究,又有了驾驶员的最优鲁棒控制模型、预见预测控制模型以及基于神经网络的驾驶员模型。20世纪60年代末到70年代初期,Kleinman等[2]依据随机最优控制(LQC)理论提出了驾驶员最优控制模型(OCM),随后又出现了改进后的OCM模型,如1976年建立的HOCM模型[3],1979年建立的LQOCM(LQG-OCM)模型,1992年Davidson[4]在HOCM和LQG-OCM模型的基础上又建立起来了MOCM(MODIFIED-OCM)模型,1994年Edkins[5]建立了SOCM(SUB-OPTIMAL PILOT MODEL)模型,这些模型既可以实现单轴任务的分析研究,也可以实现对多轴多环的复杂控制任务的研究。

本文通过建立驾驶员的MOCM模型,形成人机闭环仿真系统,分析人机系统的飞行品质,并将其与试验中驾驶员的Cooper-Harper评价尺度(PR)进行对比分析,验证驾驶员最优控制模型的有效性和准确性。本文主要针对驾驶员最优控制模型的应用进行了分析研究。

1 MOCM数学模型

驾驶员最优控制模型基于如下假设:受过良好训练的驾驶员能够以一种近似最优的方式控制系统,在其自身的极限能力内调整增益和补偿量,以最小化一个客观的评价函数并给出其主观评分[6]。……