山大《运动控制系统》课件第5章 系统的人机界面设计及触摸屏的使用方法-1人机界面研究的主要内容及常用认识心理学知识

1、1第五章 系统的人机界面设计及触摸屏的使用方法本讲主要内容：第一节 人机界面研究的主要内容及常用认识心理学知识 第511讲 现代自动控制系统一般都是由下述三部分组成： 人机界面系统(H)：常用的人机界面器件是触摸屏、OP操作板和工业PC、DCS等。主要任务是：将人的命令传送给程序控制系统和再现控制系统的运行状态。 程序控制系统(P)：常用的程序控制系统器件是可编程序控制器(PLC)、DSP、单片机和工业PC 、DCS等。主要任务是：根据所接受的命令和控制系统的当时运行状态，作出让调速器或其它器件工作的决策命令。 调速器(M)：常用的调速器分为直流调速器和交流调速器。应用面比较广的调速器类型是：

2、对于直流调速器是逻辑无环流可逆调速器，对于交流调速器是变频调速器。主要任务是：根据程序控制系统发出的命令和自身系统的运行状态驱动电动机，让电动机具有各种各样的运行状态。 这三部分构成了现代自动控制系统的基本“框架”。对于程序控制系统的程序编制技术和调速器结构我们已经熟悉，社会的发展需要我们掌握HMI设计方面的一些基础知识。4鞍钢钢板横剪流水线自动控制系统 设计人：自动化99 张辉 高鹏 等8人 指导教师：曾毅 教授5济南卷烟厂过滤嘴成型机控制系统 设计人：自动化00 苗亮 冯晶晶 等8人 指导教师：曾毅 教授6自动控制系统网络传动实验台设计人：自动化2001级杨亮等5人指导教师：曾 毅 第5章

3、 系统的人机界面设计及触摸屏的使用方法第一节 人机界面研究的内容及常用认知心理学知识 9第一节 人机界面研究的内容及常用认知心理学知识 对于人机界面HMI(Human-Machine Interface)，人们一般理解为计算机软件方面的人机界面。随着科学技术的发展，人机界面不再局限于计算机软件方面，而是走向了自动控制领域，正在从根本上改变着自动控制领域的控制方式；已经把自动控制推向了一个崭新的时代。那么什么是人机界面呢？10一、人机界面的定义及研究的主要内容 1.人机界面 (HMI) 人机界面是人与机器都能认识、操作的媒介，人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。也就是说，人能读懂，

4、机器也能认识的这个界面称为“人机界面”注意：环境也影响人观察效果和控制结果。 11一、人机界面的定义及研究的主要内容 1.人机界面 (HMI) 人机界面是人与机器都能认识、操作的媒介，人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。也就是说，人能读懂，机器也能认识的这个界面称为“人机界面”注意：环境也影响人观察效果和控制结果。 12一、人机界面的定义及研究的主要内容 1.人机界面 (HMI) 人机界面是人与机器都能认识、操作的媒介，人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。也就是说，人能读懂，机器也能认识的这个界面称为“人机界面”注意：环境也影响人观察效果和控制结果。 毕业设计：中豪

5、大酒店中央空调循环水控制系统设计人：自动化2002级夏书文、张新、舒周文等四人指导教师：曾毅教授13一、人机界面的定义及研究的主要内容 1.人机界面 人机界面按照相互作用的方向分为如下三种： （1）单向人机界面 单向人机界面是指人或机器不能相互作用的“面”，称为单向人机界面。在单向人机界面中只能接收人或机器的单方向作用，我们使用的微机键盘和微机显示器都属于单向人机界面。电流、电压、转速显示表等也属于单向人机界面。14一、人机界面的定义及研究的主要内容1.人机界面 (2)双向人机界面 双向人机界面是指人和机器都能相互作用的“面”，称为双向人机界面。在双向人机界面中，人或机器在作用此面时都能感觉到

6、对方的作用效果。例如在自动控制系统中使用的触摸屏就属于典型的双向人机界面。15一、人机界面的定义及研究的主要内容1.人机界面 (3)混合型人机界面 由若干个具有单向人机界面的器件，完成双向人机界面的功能，称为混合型人机界面。用微机的键盘和显示器，进行文字、图形的输入和操作任务，键盘和显示器就构成了典型的混合人机界面。 如果没有特别指明，以后我们所说的人机界面一般都是指混合型人机界面或双向人机界面。16一、人机界面的定义及研究的主要内容2.人机界面研究的主要内容如何准确、迅速地显示与控制自动控制系统的状态变量和信息的问题。17二、研究人机界面所需要的基础知识 研究人机界面需要三个方面的基础知识：

7、1.自动控制控制系统构造 熟悉自动控制系统需要显示哪些变量才能正确描述一个自动控制系统；需要控制哪些变量才能使一个自动控制系统安全、可靠、高效率的工作。基本原则是：用最少的图标，显示和控制最多的变量，实现最多的功能。 18二、研究人机界面所需要的基础知识 研究人机界面需要三个方面的基础知识：2.认知心理学 认知心理学研究我们如何获得世界的信息；这种信息又怎样表征并转化为知识；它怎样储存；知识又是如何用来指导我们的注意和行为。19二、研究人机界面所需要的基础知识 研究人机界面需要三个方面的基础知识：2.认知心理学 在人机界面设计时，利用认知心理学的原理的目的是：设计出来的人机界面，在用户使用时，

8、尽可能地避免操作人员出现操作方面的失误；尽可能地提高操作人员的工作效率。20二、研究人机界面所需要的基础知识 研究人机界面需要三个方面的基础知识：3.图形构造艺术 图形构造艺术包括两个方面：其一，控制系统操作台外形结构、按键和显示器的安装位置和色彩搭配；其二，控制系统参数、性能界面制作方法和原则。 21三、常用认知心理学基础知识1.格式塔（Gestalt）心理学的模式识别理论格式塔心理学的模式识别主要有如下结论：(1)接近性原则接近性原则：某些距离较短或互相接近的部分，人容易把它们看成一个整体。22三、常用认知心理学基础知识1.格式塔（Gestalt）心理学的模式识别理论格式塔心理学的模式识别

9、主要有如下结论：(2)相似性原则与连续性原则相似性原则：人容易将看起来相似的物体看成一个整体。 连续性原则：连续性是指对线条的一种知觉倾向23三、常用认知心理学基础知识1.格式塔（Gestalt）心理学的模式识别理论格式塔心理学的模式识别主要有如下结论：(3)完整和闭合性原则完整和闭合性原则：彼此相属的部分，容易组合成整体；反之，彼此不相属的部分，则容易被隔离开来。24三、常用认知心理学基础知识2、人的视错觉 一般来讲，形态要素并不是单一存在的，当所处环境不同，受某些光、形、色等因素的干扰，自身部分之间的相互作用以及透视感等将引起某些图形产生不同状况的变化。再加上人的自身心理状态的影响，人们对

10、形态的视觉感往往发生“错觉”（Illusion）。这种错觉具有普遍性，是人们所具有的共同生理特性。莱亚错觉25三、常用认知心理学基础知识2.人的视错觉 视错觉的产生原因主要有两个：一是人的生理特征所致，即它与眼的视觉通道的构造有关，以及与观察不同的物体而发生的变化因素有关；二是由心理的知觉所致，是知觉恒常性的颠倒，从而形成“受骗”的现象。艾宾豪斯错觉26三、常用认知心理学基础知识2.人的视错觉 我们应该充分理解和辨证地处理各种错觉现象，根据不同的要求，在设计时加以灵活应用。视错觉的另一种现象是含糊的图像。含糊的图像有多种解释。不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图像。 27三、常用认知心

11、理学基础知识2.人的视错觉 我们应该充分理解和辩证的处理各种错觉现象，根据不同的要求，在设计时加以灵活应用。视错觉的另一种现象是含糊的图像。含糊的图像有多种解释。不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图像。 28三、常用认知心理学基础知识2.人的视错觉 我们应该充分理解和辩证的处理各种错觉现象，根据不同的要求，在设计时加以灵活应用。视错觉的另一种现象是含糊的图像。含糊的图像有多种解释。不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图像。 29三、常用认知心理学基础知识2.人的视错觉 我们应该充分理解和辩证的处理各种错觉现象，根据不同的要求，在设计时加以灵活应用。视错觉的另一种现象是含糊的图像。

12、含糊的图像有多种解释。不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图像。 30三、常用认知心理学基础知识2.人的视错觉 我们应该充分理解和辩证的处理各种错觉现象，根据不同的要求，在设计时加以灵活应用。视错觉的另一种现象是含糊的图像。含糊的图像有多种解释。不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图像。 31三、常用认知心理学基础知识2.人的视错觉 我们应该充分理解和辩证的处理各种错觉现象，根据不同的要求，在设计时加以灵活应用。视错觉的另一种现象是含糊的图像。含糊的图像有多种解释。不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图像。 32三、常用认知心理学基础知识3.人的听觉频率范围 听觉可以感知频率

13、范围大约在2020000Hz音波。音波是一种机械波，它是声源的振动在介质中的传播。音波在0C空气中的传播速度为331m/s，温度每增高1C，音速将增加0.6 m/s。听觉的感受性在10004000Hz最高。在500 Hz以上的声音，需要大得多的强度才能被听到。33三、常用认知心理学基础知识3.人的听觉频率范围 20Hz以下和20000Hz以上的音波在一般情况下是听不到的，当音强超过140dB时，所引起的不再是听觉，而是痛觉。人可以辨认的语音频率范围是2605600Hz，电话只传送 300 3000Hz，这对我们听清语言来说已足够了。34三、常用认知心理学基础知识4.人的学习正负迁移性 学习正负

14、迁移性：某人先学事物，后学事物，另一人只学事物。如果前者做事的成绩要优于后者，那么称为人的学习正迁移性；如果后者做事的成绩要优于前者，那么称为人的学习负迁移性。 35三、常用认知心理学基础知识4. 人的学习正负迁移性 在界面设计中，设计师必须了解作业的性质，控制技能学习的过程，防止学习迁移的干扰。当然，学习迁移除了上述的不利干扰，即负迁移以外，还有相互促进的正迁移。一种改型产品如果其操作技能可以受原产品操作技能的正迁移影响，就可以大大提高操作者的学习速度的作业效率。364.人的学习正负迁移性人的学习正迁移性一般发生在技能学习和逻辑思维活动中；人的学习负迁移性一般发生在图形识别和简单操作活动中。

15、例如某人在甲厂学会了红灯作为水压过高的信号，后来到乙厂工作，但乙厂红灯表示有水通过管道，即管道在正常工作。出现紧急情况时，该工人就可能重新把红灯当作指示水压过高而关掉水管，而这也是需要水来冷却某系统。这种现象在诸如核电站一类的高度安全系统的设计中是绝对不允许的。37三、常用认知心理学基础知识 5.人的注意与疲劳 人的注意的重要功能在于滤掉不重要的输入，选取重要的输入作为进一步的加工，使人能够稳定地集中于所要加工的信息。 一般人持续高度关注某一界面30min后，注意力就开始下降，原因是人体长时间、持续保持注意会产生疲劳，造成信号漏报、作业效率降低等，甚至酿成事故。 疲劳（Fatigue）是由于长

16、时间地执行监控任务、连续的心理活动或执行十分困难的任务时，精神高度集中所引起的。 在有效的工作时间内，为了避免疲劳现象的出现，人机界面设计者应该尽量避免让操作者长时间执行单调的工作任务；应该尽量避免使用能引起感官超负荷，从而产生疲劳的强刺激和强噪声等。38三、常用认知心理学基础知识6.人的视觉暂留(残)像 对感受器的刺激作用停止以后，感觉并不立即消失，还能保留一个短暂的时间。这种在刺激作用停止后暂时保留的感觉印象，叫暂留像。暂留象在视觉中表现得特别明显。 例如：电视和电影都是人们利用人的这种生理现象的成功杰作。 暂留像可以使断续的刺激引起连续的感觉：但是刺激的断续必须达到一定的频率，刚刚能引起连续感觉的最小频率，叫临界频率。39三、常用认知心理学基础知识6.人的视觉暂留(残)像 例如：在夜里我们拿着火把以一定的速度作划圈动作，远处的人会看到有一个火圈；注视一个红色的正方形之后，再看一张灰白纸，在这张灰白纸上就可以看到一