...Максимальные задержки Т в этой системе определяются точностью передаваемых сил, – так, для точности 1% максимальная задержка Т увеличивается в 10 раз по сравнению со схемой без предсказаний и достигает 20-30 мс. Точность "передаваемых сил" определяется точностью определения сил приводов (они могут определяться датчиками либо вычисляться, для цифровой гидравлики, например – через давление рабочей жидкости и площадь задействованных плунжеров, с учётом различных сил трения, сопротивления, переходных процессов и др.) и точностью определения сил инерции по ускорениям (здесь точность намного выше) (ускорения по S-датчикам определяются с задержкой несколько миллисекунд и менее, в зависимости от требуемой точности измерений, которая зависит от динамики системы).
...Жёсткость системы для оператора будет определяться жёсткостью моделирования реакций от виртуального окружения (эквивалентно системе синхронизации оператора с "виртуальным аватаром" в виртуальном окружении), и, поскольку задержки Т здесь почти нулевые, эта жёсткость может быть очень высокой (роль T здесь будут играть задержи в датчиках, процессорах, силовых приводах и даже в прокладках "привод – тело оператора", последнее немаловажно для приложения сил к оператору в обл. мягких тканей); в этой подсистеме методы предсказаний также могут использоваться для увеличения жёсткости связи, например – предсказание удара "виртуального аватара" с виртуальным окружением позволит силы удара начать передавать оператору заранее, чтобы растянуть импульс силы, передаваемый оператору, во времени, с сохранением его " среднего времени " ("среднее время импульса силы" – понятие, которое мне пришлось ввести (линейное отклонение во времени импульса от своего "среднего времени" равно нулю), поскольку оно однозначно характеризует, вместе с величиной импульса, его воздействие на "свободное тело; можно доказать, что при измерениях с помощью S-датчиков "импульса ускорения" его величина не меняется, а его "среднее время" получает задержку примерно в половину интервала "скользящего окна измерения").
...Моделирование мышц оператора "аватаром" играет в этой системе вспомогательную роль, бОльшую роль играет моделирование поведения оператора как целого при различных отклонениях модели окружения "аватара" от "реальности". И, наконец, мощным средством повышения " жёсткости синхронизации" являются различные методы "подгонки реальности к модели", хотя для такой системы они НЕ просты (пример – использование в поверхностях контактов "аватара" элементов с управляемым коэфф. трения).
...В этой схеме для оператора необходима "синхронизация" не только членов и туловища оператора, но и контактирующего с ним виртуального окружения, – анализ показывает, что правильный выбор параметров синхронизации и в этом случае сохраняет устойчивость линейных алгоритмов синхронизации, хотя и замедляет её (альтернативой и здесь является нелинейная ("быстрая") синхронизация).
... Для схемы LF-2, соответственно, моделировать нужно – для "аватара" действие мышц оператора с опережением "2 Т ", получая заранее необходимую для этого информацию (например, мышечный "потенциал силы" (м-ПС), равный силе мышцы F0 при изометрическом сокращении (его невозможно напрямую измерить) или "потенциал действия ПД мышцы" (измеряется с помощью электродов на коже) вкупе с калибровкой моментов сил), при этом также разрывается обратная силовая связь, и система становится "абсолютно" устойчивой. Проблема неустойчивости формально сохраняется для " следящих" подсистем "оператор – L-связи ", однако она более легко решаема, чем для "силовых" подсистем, в частности, здесь нет проблем, связанных с малой инерционностью пальцев и т.п. (во всяком случае для "чайников" здесь имеются уже готовые технические решения в виде "следящего режима" сервоприводов). А вот при предсказаниях сил мышц по измерениям текущих моментов сил (имеют смысл лишь до 5-10 мс вперёд, при том, что сами измерения сил по ускорениям имеют задержку до 5 мс) обратная силовая связь НЕ разрывается, а условия устойчивости ухудшаются, поэтому такие схемы рассматриваться не будут.
...Как и для схемы LF-1, для увеличения жёсткости синхронизации можно использовать "подгонку реальности к модели", в данном случае "реальность" – это оператор, силы его мышц изменить нельзя, но можно изменить результат – сделать траекторию движений оператора такой же, как у "аватара" – и это получается само собой при достаточно высокой жёсткости связи. Ещё одной "симметрией" со схемой LF-1 является положительный эффект от моделирования окружения "аватара", но здесь он (тоже, в смысле "симметрии") играет вспомогательную роль – для повышения эффективной жёсткости любой "следящей системы" под действием сил эти силы желательно знать, а ещё лучше – предсказывать, в данном случае – хотя бы мощные ударные силы.
...Напомню, что для всех "неинтеллектуальных" схем синхронизации положение туловища оператора в пространстве "насильно" синхронизируется с положением туловища "аватара". При больших задержках Т, особенно для схемы LF-1, такой метод синхронизации (туловищ) может вызывать у оператора трудности с поддержанием вертикальной устойчивости, хотя.. очевидно, что "характерное время" удвоения вертикальных отклонений человека как "обратного маятника" > 100 мс (т.е. средние отклонения от вертикального положения за счёт " Т " вряд ли сильно изменятся даже при Т ≈ 30 мс). Возможно и "принудительная" синхронизация тела "аватара" к телу оператора – за счёт маховика в теле "аватара". Расчёты показывают, что за счёт большой массы туловища "аватара" (по ср. с приведёнными массами конечностей) связь по положению туловищ оператора и "аватара" не ухудшит устойчивость системы (при рекомендуемых параметрах связи конечностей "аватара" и оператора).
...Описанная выше классификация схем относится к (квази)линейным алгоритмам, играющим базовую роль в системах синхронизации. Как я уже писал в теме "Fob-23...", особняком стоят нелинейные алгоритмы – они срабатывают, например, при наличии существенной рассинхронизации, вызванной разными причинами, или при ударных столкновениях. Нелинейные алгоритмы могут порождать неустойчивость системы при постоянном действии, зато они более быстры, чем линейные. Наконец, любой системе не помешают элементы "интеллектуальной" синхронизации, в большей мере это относится к системам с малой жёсткостью "L-связей" и к "особым кинематическим точкам", вблизи которых эти связи могут быть недостаточно эффективны.
Теперь более подробно о схеме LF-2.
...Прежде всего – схема с измерениями "ПД мышц" будет вполне работоспособна и без "предсказаний", но оператор будет ощущать задержку "2 T " движений своих конечностей (относительно ожидаемых) при достаточно жёсткой L-связи от "аватара" и рассинхронизацию (с "аватаром") при "мягкой" L-связи. Здесь работоспособность схемы возможна из-за общей инерционности действий оператора и его приспособительных возможностей.
...Возможность предсказаний сил мышцы оператора по "ПД мышцы" вытекает из свойств мышцы, а именно – " усреднённая" моторная единица (состоящая из медленных и быстрых мышечных волокон) имеет примерно следующий "м-ПС" в ответ на единичный "ПД" (форма кривой взята из "Атлас по физиологии. В двух томах. Том 1: учеб. пособие / А. Г. Камкин, И. С. Киселева - 2010), см. кривую чёрного цвета на Рис. 1:
Рис. 1
