Корни указанных в выражении (3.2) многочленов, в соответствии с уравнением (3.5) регулятора и (3.8) системы, имеют значения:
,
,
;
,
,
.
Максимальная частота задающего воздействия составляет порядка 0,625 рад/сек. В данном случае возмущения отсутствуют, поэтому частота .
Подставляя указанные значения в формулу (3.81), будем иметь
рад/сек.
Тогда по формуле (3.80) получим
, с. (3.2)
С целью обеспечения некоторого запаса, примем при реализации устройства управление период дискретизации с.
После определения периода дискретизации на основе непрерывных уравнений устройства управление, в рассматриваемом случае это выражения (3.2), (4.3), находятся соотношения для вычисления дискретных значений управления. Проще всего эти соотношения находятся по формулам Эйлера. При этом в случае уравнений вида (2.4), (2.5) проводятся следующие замены:
, , ,
, , . (3.4)
Применяя эти соотношения к уравнениям (3.3), (3.4) с учетом выбранного периода дискретизации с, получим
(3.5)
(3.6)
+0.2()
+0.2()3.7)
Как видно, эти рекуррентные выражения позволяют на основе предыдущих значений переменных состояния , , ошибки системы и управляемой переменной найти значения управления , соответствующие моменту времени , .
Начальные значения переменных состояния , , а также других переменных устройства управление обычно принимаются равными нулю. Значения входных переменных, в данном случае и , при , поступают от датчиков через АЦП, период работы которых равен Т или меньше. Значения переменных состояния , , , как и значения всех коэффициентов в выражениях (3.5), (3.6) или (3.7) берутся из памяти микропроцессора.
Алгоритм для вычисления скорости вычисляется аналогичным способом.
(3.7)
(3.8)
()
4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ СИСТЕМЫ
4.1 Анализ причин возникновения опасных и вредных факторов при проектировании
Под опасностью при проектировании систем следует понимать явления, процессы, объекты, способные в определенных условиях наносить ущерб здоровью человека непосредственно или косвенно, т.е. вызывать нежелательные последствия для его здоровья или самочувствия.
В данном разделе рассматриваются возможные опасные факторы во время проектирования системы и вырабатываются меры по их предупреждению. Известно, что наличие опасности не означает, что несчастье обязательно случится. Для того, что бы оно произошло, необходим ряд условий, среди которых может быть процесс старения материалов, внезапный выход из строя какого-либо элемента или нарушение техники безопасности работы с оборудованием. Таким образом, человек в той или иной мере подвергается риску во время всей своей деятельности.
Отношение числа тех или иных неблагоприятных последствий к их возможному числу за определенный период называется уровнем риска. Значение уровня риска позволяет сделать определенное заключение о целесообразности (или нецелесообразности) дальнейших усилий для повышения безопасности того или иного рода деятельности с учетом экономических, технических и гуманистических соображений. Чтобы повысить безопасность необходимо иметь информацию о процессах, действиях, факторах и т.д. которые могут привести к возникновению опасной ситуации.
При проектировании системы автоматического управления применение ПЭВМ значительно повышает уровень организации труда, упрощает сложные инженерные расчеты, информация о ходе различных технологических процессов становится более наглядной и т.д. Однако, работая непосредственно с ПЭВМ, на человека воздействует масса вредных факторов, ведущих к различным заболеваниям. К таким факторам можно отнести: ультрафиолетовое излучение, электромагнитное излучение; электростатическое поле (ЭСП), возникающее в результате облучения экрана потоком заряженных частиц электронной трубки мягкое рентгеновское излучение; неудовлетворительное освещение и микроклимат.
Известно, что у работающих с компьютером от 2 до 6 часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, болезни сердечно-сосудистой системы - в 2 раза чаще, болезни верхних дыхательных путей - в 1,9 раза чаще, болезни опорно-двигательного аппарата - в 3,1 раза чаще. С увеличением продолжительности работы на компьютере соотношения здоровых и больных среди пользователей резко возрастает. Исследования так же показали, что даже при кратковременной работе (45 минут) в организме пользователя под влиянием электромагнитного излучения монитора происходят значительные изменения гормонального состояния и специфические изменения биотоков мозга. Особенно ярко и устойчиво эти эффекты проявляются у женщин.
Уже через два часа после начала работы перед экраном у оператора появляются и быстро усиливаются болезненные симптомы: головная боль; боль в мускулах лица и шеи, позвоночнике; боль в глазах. Эти симптомы, а также подавленность, вялость, депрессия, являются признаками синдрома стресса оператора.
Труд операторов ПЭВМ можно отнести к психофизическим формам труда, так как необходимо воспринимать изображение на экране, постоянно следить за его динамикой, различать тексты рукописных и печатных материалов и многое другое.
Так как работа с компьютером связана с приемом и переработкой информации, то это позволяет причислить работу оператора к разряду работ, требующих преимущественного напряжения сенсорного аппарата, внимания, памяти; активизации процессов мышления. Данный вид труда характеризуется значительным снижением двигательной активности, что приводит к формированию сердечно-сосудистой патологии. Длительная умственная нагрузка угнетает психику, ухудшаются функции внимания, снижается восприятие (появляется большое количество ошибок). Основным показателем умственного труда является его напряженность. Напряженность труда отражает преимущественную нагрузку на центральную нервную систему (ЦНС).
Оператор ПЭВМ проявляет достаточно малую физическую активность, что позволяет рассматривать этот вид работы как статический. Статическая работа связана с фиксацией орудий труда в неподвижном состоянии, а также с приданием человеку вынужденной рабочей позы.
В зависимости от характера деятельности мускулатуры можно выделить два вида статических работ:
1) статическая работа по удержанию орудий труда;
2) статическая работа, направленная на поддержание позы. В данном случае имеет место второй вид.
Следует отметить, что статическая работа утомительнее и однообразнее динамической.
В связи с тем, что длительное поддержание вынужденных и неудобных рабочих поз способствует развитию перенапряжения и патологических состояний опорно-двигательного аппарата, сосудистой системы ног и нижней части корпуса, меры профилактики должны быть комплексными. Они должны включать мероприятия по рационализации рабочих мест и самих рабочих поз, внутрисменных режимов труда и отдыха, занятия различными видами спорта.
К факторам, влияющим на устойчивость человека к монотонии, относятся: характер и условия работы, профессиональная и физическая подготовленность, функциональное состояние человека.
Установлено, что монотонный труд вызывает, прежде всего, изменения функционального состояния ЦНС. Монотонная профессиональная деятельность развивает состояние фрустрации, т.е. неудовлетворенности потребности человека в разнообразной, интересной деятельности. Отрицательные последствия фрустрации: увеличение числа несчастных случаев и профессиональных заболеваний: рост неврозов, снижение производительности труда и его качества.
Существует ряд вредных факторов, которые способствуют развитию, как монотонии, так и различных болезненных ощущений. К этим факторам относятся: освещение, шум, неблагоприятный микроклимат, вредные излучения.
Рассмотрим воздействие различных видов излучений.
Воздействие ультрафиолетового (УФ) излучения необходимо для нормальной жизнедеятельности человеческого организма и количественно оценивается эритемным действием, т.е. покраснением кожи. Наиболее подвержен действию УФ излучения зрительный анализатор. Но острые и хронические профессиональные поражения могут быть вызваны лишь УФ излучением от производственных источников. На оператора ПЭВМ помимо, УФ действует электромагнитное излучение. Опасность биологического воздействия электромагнитного поля (ЭМП) на человека зависит от интенсивности поля, длины волны, времени воздействия и исходного, функционального состояния организма. Наиболее чувствительной к воздействию ЭМП является ЦНС, причем чувствительность возрастает с ростом интенсивности ноля. Влияние на кару больших полушарий головного мозга приводит к нарушению ее регулирующих действий и, как следствие, к изменению уровня кровяного давления.
Основными мерами защиты от ЭМП являются: защита временем, защита расстоянием, экранирование источников излучения, уменьшение излучения, экранирование рабочих мест, средства индивидуальной защиты.
Другим вредным воздействием является воздействие ЭСП, характеризуемого напряженностью (Е). Исследования показали, что наиболее чувствительными к ЭСП являются нервная, сердечнососудистая, нейрогуморальная системы организма. Люди жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др.
4.2 Меры по устранению причин опасных и вредных факторов при проектировании систем
Идеальное положение, в котором можно пребывать и работать в течение всего дня вряд ли существует. Для большинства людей комфортабельным рабочим местом должно быть такое, которое можно приспособить не менее чем для двух позиций, при этом положение кресла монитора и клавиатуры должны каждый раз соответствовать выполняемой работе и привычкам.
Положение тела должно соответствовать направлению взгляда; дисплеи, расположенные слишком низко, являются основными причинами появления сутулости. Расстояние от дисплея до глаз должно быть 60 - 70 см, но не меньше 50 см.
Форма спинки кресла должна повторять форму спины. Необходимо установить кресло на такой высоте, чтобы не чувствовалось давление на копчик или на бедра. Угол между бедрами и позвоночником должен составлять 90о, однако большинство людей предпочитают сидеть несколько откинувшись. Удобная высота стола особенно важна в том случае, когда на нем располагается клавиатура. Если стол слишком высок, то необходимо поднять повыше кресло.
Быстрая утомляемость глаз, стала одной из наиболее частых жалоб пользователей компьютеров. Для того чтобы защитить свои глаза, необходимо помнить о следующем:
· прежде чем начинать работать на компьютере, необходимо пройти всестороннее обследование у окулиста и регулярно, не менее одного раза в год, посещать врача в последующем;
· терминал не должен быть обращен экраном в сторону окна, если все-таки приходиться сидеть возле окна, то необходимо расположиться под прямым углом к нему;
· специалисты рекомендуют пользователям компьютеров поддерживать освещенность на уровне, составляющем 2/3 от нормальной освещенности служебных помещений;
· стена или какая-либо поверхность позади компьютера должна быть освещена примерно как экран;
· желательно пользоваться специальными фильтрами для экрана.
Рабочие места с ПЭВМ по отношению к световым проемам располагаются так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.
Оконные проемы в помещениях использования ПЭВМ оборудуются регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.
Требования к мониторам ПЭВМ. Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах и в вертикальной плоскости в пределах с фиксацией в заданном положении. Должно также предусматриваться наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающие возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений.
Требования к мониторам четко регламентируются. Наибольшее распространение в мире получили такие стандарты как MPR II , NCO'92, ТСО' 95. У нас в стране действует российский стандарт ГОСТ 27954-88
Основные показатели, которые регламентируют данные стандарты:
· частота кадров;
· уровни шумов в диапазоне сверхнизких и низких частот;
· уровни электромагнитных полей и качество изображения;
Если монитор работает с низком частотой регенерации (частотой кадров ниже 70 Гц), то становится заметным мерцание экрана. Это в лучшем случае вызывает неудобства, я в худшем - приводит к головным болям и переутомлению зрения. Таким обрядом чтобы монитор не утомлял глаз, он должен обеспечивать частоту регенерации не менее 80 Гц при разрешении 1024x768 точек.
Уровни электромагнитных полей, требуемые стандартами
MPR II и ТСО'95 приведены в таблице 4.1, а характеристики мониторов, требуемые по ГОСТ 27954-88, приведены в табл. 4.2.