Моделювання людино-машинних систем управління з голосовим інтерфейсом

РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ЛЮДИНО-МАШИННИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ З ГОЛОСОВИМ
ІНТЕРФЕЙСОМ та дослідження її характеристик
Як зазначалось у вступі, метою роботи є підвищення ефективності роботи ЛМСУ.
Для цього використовується голосовий інтерфейс взаємодії оператора з технічними
засобами системи. Для того, щоб визначити чи буде необхідний ефект від
використання голосового інтерфейсу, потрібно оцінити ефективність ЛМСУ з
голосовим інтерфейсом за певними критеріями.
Структура моделі людино-машинної системи управління з голосовим інтерфейсом
представлена на рис. 2.1.
У розділі 2 дисертації розробляється ймовірнісна модель ЛМСУ з голосовим
інтерфейсом. Модель ґрунтується на представленні ЛМСУ у вигляді сукупності
графів.
2.1. Структурна модель людино-машинних систем управління з голосовим
інтерфейсом
Більшість сучасних СУ ТП – це складні, великі та багатофункціональні системи,
що містять велику кількість елементів як управління, так і контролю. Повне
представлення структури такої системи потребує її опису з кількох сторін. В
більшості випадків достатнім є представлення структури системи у трьох
розрізах: структура фізичних зв’язків елементів СУ ТП, структура інформаційних
зв’язків та структура станів системи управління.
Для представлення всіх типів структур СУ ТП зручно використати апарат теорії
графів [90], яка надає наочні, зручні та ефективні інструменти роботи зі
складними структурними одиницями. Таким чином, необхідно отримати три графи:
структурний граф фізичних зв’язків, граф інформаційних зв’язків та граф станів
системи.
Для початку необхідно ввести деякі визначення:
SF – граф фізичної структури СУГІ;
SI – граф інформаційної структури СУГІ;
PS – множина підсистем СУГІ;
LS – множина фізичних зв’язків між підсистемами;
IS – множина інформаційних зв’язків;
SB – граф станів СУГІ;
PB – множина станів СУГІ;
LB – множина переходів між станами.
Використовуючи введені позначення, структурну модель СУГІ можна представити
сукупністю трьох графів
. (2.1)
Графи SF, SI, SB пов’язані між собою. Для з’ясування цього зв’язку представимо
множину станів PB, як об’єднання множин станів підсистем, тобто
. (2.2)
Крім того, слід враховувати, що для передавання інформації необхідне фізичне
середовище, яке забезпечує фізичний зв’язок, тобто
(2.3)
Множина переходів між станами СУГІ може бути представлена об’єднанням підмножин
переходів LB1, зумовлених внутрішніми процесами в підсистемах і LB2, зумовлених
обміном інформацією між підсистемами
(2.4)
. (2.5)
Отже, структурну модель СУГІ можна представити в графічному вигляді, як
показано на рис 2.2.
При моделюванні системи управління одним із головних є опис інформаційних
зв’язків між елементами системи. Для відображення цих зв’язків пропонується
граф інформаційних зв’язків. Граф інформаційних зв’язків необхідний для
отримання функціональної моделі системи управління з голосовим інтерфейсом
(рис. 2.2). Функціональна модель та імовірнісний граф ЛМСУ є основою розробки
імовірнісної моделі системи управління.
Система представлена на графі (рис. 2.2) складається з сукупності підсистем Si,
кожна з яких з яких переходить між станами PBik підсистеми та їх частини
пов’язані фізичними LSik та інформаційними зв’язками ISi зв’язками.
Детальніше інформаційну структуру людино-машинної системи управління в
загальному вигляді можна представити наступним чином (рис. 2.3).
2.2. Функціональна модель людино-машинних систем управління з голосовим
інтерфейсом
Людино-машинну систему управління з голосовим інтерфейсом зручно представити у
вигляді функціональних блоків. Система з усіма впливами представлена на рис.
2.4.
Визначимо залежності, що пов’язують між собою впливи в системі.
х – голосова команда від оператора;
s – результати роботи алгоритмів розпізнавання мови;
h – розпізнана голосова команда;
u – управляючий сигнал системи, що відповідає розпізнаній команді;
l – сигнал на виході суматора;
v – регулюючий вплив на об’єкт управління;
q – сигнал зворотного зв’язку;
y – вихід системи.
Блок розпізнавання мови містить кілька алгоритмів розпізнавання мови [91]. В
результаті отримується вектор s команд, розпізнаних алгоритмами. В загальному
випадку вони всі можуть відрізнятись
, (2.6)
де n – кількість команд управління; - результат роботи j-го алгоритму
розпізнавання; m – кількість алгоритмів розпізнавання, що паралельно працюють.
Блок обробки даних є логічною структурою, яка за певним алгоритмом приймає
рішення про результат розпізнавання [6]. У найпростішому випадку рішення про,
те яким буде результат розпізнавання може прийматись за мажоритарним
принципом.
. (2.7)
Пристрій управління виробляє сигнал управління, форма якого залежить від
об’єкта управління. Найпоширенішим пристроєм управління в системі
водопостачання є регулятор засувки. При розрахунках такого пристрою управління,
його передаточну функцію приймають у вигляді
WПУ(р)=k1+k2/p. (2.8)
А передаточну функцію об’єкту управління приймають у вигляді
. (2.9)
Зворотній зв’язок є пропорційною ланкою з коефіцієнтом bЗЗ
q=bЗЗy. (2.10)
Зазвичай для опису частково нелінійних систем, а ця система є саме такою,
використовують метод лінеаризації [91]. Цей метод зручно використовувати коли
не