变频调速冶金讲座4(01)

专题讲座：山东大学控制科学与工程学院曾毅教授变频调速控制系统在冶金行业中的应用第4(01)讲第四章变频调速控制系统在冶金机械方面上的应用§4－1人机界面研究的主要内容及常用认知心理学基础理论§4－2EB500触摸屏的使用入门(EASYBUILDER)§4－3人机界面制作技术之二(PROTOOL6.0)§4－4PROFIBUS网络的组成及其基本特性§4－5PROFIBUS网络的应用与调试§4－6在冶金机械方面上的应用实例分析§4－1人机界面研究的主要内容及常用认知心理学基础理论§4－1人机界面研究的主要内容及常用认知心理学基础理论对于人机界面HMI(Human-MachineInterface)，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？一、人机界面的定义及研究的主要内容1、人机系统(Human-MachineSystem)：人机系统是由相互作用、相互依赖的人、机和环境三个部分结合成的具有特定功能的有机整体。可以用模型来描述人机系统，如图5-1-1所示。图5-1-1由图可知，操作过程的情况由显示器显示出来，作业者首先要感知显示器界面上的指示信号的变化，一、人机界面的定义及研究的主要内容1、人机系统(Human-MachineSystem)：然后分析，解释显示界面的意义并做出相应的决策，再通过必要的控制方式，利用操作台这个界面实现对操作过程的调整。人能读懂，机器也能认识的这个界面称为“人机界面”。如图5-1-2所示。注意：环境也影响人观察效果和控制结果。图5-1-2一、人机界面的定义及研究的主要内容2、人机界面(Human-MachineInterface)：在人机系统模型中，人与机之间存在一个相互作用的“面”，称为人-机界面。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。图5-1-2一、人机界面的定义及研究的主要内容单向人-机界面是人或机器不能相互作用的“面”，称为单向人-机界面。(例如：显示仪表和键盘者是单向人-机界面)人-机界面是由于若干个单向人-机界面所构成，机器的各种显示都“作用”于人，实现机-人信息传递这种单向人-机界面；人通过视觉和听觉等感官接受来自机器的信息，经过人脑的加工、决策，然后作出反应，又实现人-机的信息传递的另一种单向人-机界面。可见，人机界面的设计直接关系到若干个单向人-机界面所构成，而研究单向人机界面则主要针对两个问题：显示与控制。一、人机界面的定义及研究的主要内容3、人机界面研究的主要内容：如何准确、迅速的显示与控制自动控制系状态变量的问题。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：1、变频调速控制系统构造；2、认知心理学；3、图形构造艺术，如图5-1-3所示。图5-1-3二、研究人机界面所需要的基础知识1、变频调速控制系统构造设计人机界面首先要精通自动控制系统构造和工作原理方面的知识，熟悉自动控制系统需要显示那些变量才能正确描述一个自动控制系统；需要控制那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。二、研究人机界面所需要的基础知识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。它涉及心理过程的全部范围---从感觉到知觉、模式识别、注意、学习、记忆、概念的形成、思维、表象、回忆、语言情绪和发展过程，而且贯穿于行为的各个领域。二、研究人机界面所需要的基础知识了解并遵循认知心理学的原理是进行人机界面设计的基础。利用认知心理学的原理设计人机界面，一方面防止出错，另一方面用以提高工作效率。为了提高人机界面设计的水平增强用户与控制系统界面之间的友好程度，必须对用户，即使用控制系统界面的人，有一个较为清晰的认识，也就是说对人的心理基础要有所了解。既要了解人的感觉器官（视觉、听觉、触觉）是如何接受信息的，也要了解人是怎样理解、处理信息的，以及学习记忆有哪些过程，人又是如何进行推理的等。由此，尽量使自己的设计适应于人的自然特性，以使设计的系统满足用户的要求。由于学时的关系我们不展开讨论认知心理学的原理，而是直接引用一些结论性的理论。二、研究人机界面所需要的基础知识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。对于一位已经掌握自动化技术的人来讲，图形构造艺术是人机界面设计的成败技术关键之一。因为它涉及了设计者本身的修养、知识面、社会经历和看问题分析的方法问题与角度。三、人机界面设计原则与评价内容1、人机界面设计原则设计原则的建立主要目的是提出设计原理，为开发人员提供设计的功能需求。它提供了严格的标准，同时具有一定的灵活性，可以根据用户界面设备的发展以及用户需求的变更增加新的内容。这样，用户界面开发的执行过程就会很快，并减少设计的改变。为了保证在整个产品开发周期中的协调，设计原则应考虑以下几方面的问题：三、人机界面设计原则与评价内容1、人机界面设计原则1)一致性(1)界面中的功能区必须保持相对固定(2)使经常用到的信息和提示位置一致(3)保留一定区域来显示系统状态和错误信息(4)滚屏和翻页等采用习惯的方式控制(5)使中断进程规范化(6)图形、窗口、菜单、表格应用一个标题来标明它的内容和功能(7)色彩及特定图形在界面中的含义须前后一致三、人机界面设计原则与评价内容1、人机界面设计原则2)使错误校正简单、迅速(1)错误信息应使用非技术性语言显示,信息的含义应当对初学者和有经验用户都很明确(2)错误信息应当指明发生了何种错误且如何改正错误(3)须有恢复功能，使用户可以回到对话过程的上一步操作3)减少输入工作(1)允许用户采用缩写的方式输入信息(2)在输入可预知的情况下,设置默认值(3)尽量少用双键(4)对需要重复输入的数据提供复制功能三、人机界面设计原则与评价内容1、人机界面设计原则4)为不同经验或水平的用户提供多种交互方式(1)为有经验用户提供快捷功能(2)可使初学者进行多步访问5)在可行的情况下,使用批处理或命令队列(1)固定顺序的操作可用命令队列完成(2)常常用到的过程操作采用批处理6)精心设计以防错误发生(1)命令的名字应符合其对应操作的含义(2)对那些不允许用户输入的区域进行保护(3)对于图形和色彩的使用要尽量符合人们的习惯三、人机界面设计原则与评价内容1、人机界面设计原则7)提供适当的反馈(1)通过某种方式的显示，确认用户的输入(2)可行的情况下，应及时显示系统状态信息8)对一些重要操作提供确认(1)对一些关键操作，应提供确认(2)在要求用户确认之前，提示该动作可能发生的后果三、人机界面设计原则与评价内容1、人机界面设计原则9)为主要信息提供图形标识(1)利用亮条等标注重要信息(2)对于某个重要的显示条目采用闪烁方式显示(3)利用颜色区分一般信息和重要信息10)提供在线帮助和系统故障自诊断功能(1)为帮助操作提供简单而标准的动作(2)交互的重要环节尽量有帮助功能四、常用认知心理学基础理论1、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。图5-2-6莱亚错觉四、常用认知心理学基础理论1、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。图5-2-6莱亚错觉四、常用认知心理学基础理论1、视错觉图5-2-6是有名的莱亚错觉，两条线段本来是等长的，但由于一条在线的末端加上向内的箭头，就比末端加上两个向外箭头线段显得短。图5-2-7所示为艾宾豪斯错觉，两个直径相等的圆，被不同直径的两组圆所包围。其结果是：被小圆包围的圆看起来显得大一些。图5-2-7艾宾豪斯错觉四、常用认知心理学基础理论1、视错觉工程师必须全面理解和辩证处各种错觉现象，根据不同的要求，在设计的加以灵活应用。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。图5-2-8b)姑娘/老妇图5-2-8a)花瓶/脸四、常用认知心理学基础理论图5-2-8b)姑娘/老妇图5-2-8a)花瓶/脸四、常用认知心理学基础理论1、视错觉图5-2-8所示为一些众所周知的含糊错觉。视觉解释过程中，图像可能被误解，因为每一个人都把他自己的意思附加到他所看到的东西上去。对于这些容易造成视觉和语义上错觉的图形、图标，在设计时尤其要注意，以免造成界面隐喻上的错误。图5-2-8b)姑娘/老妇图5-2-8a)花瓶/脸四、常用认知心理学基础理论2、人的特性1)、人的听觉频率范围听觉可以感知频率范围大约在20Hz~20000Hz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0ºC空气中的传播速度为331m/s，温度每增高1ºC，音速将增加0.6m/s。四、常用认知心理学基础理论2、人的特性1)、人的听觉频率范围听觉的感受性在1000Hz～4000Hz最高。在500Hz以上的声音，需要大得多的强度才能被听到。20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。人可以辩认的语音频率范围是260Hz～5600Hz，电话只传送300Hz~3000Hz，这对我们听清语言来说已足够了。四、常用认知心理学基础理论2)、人的学习正负迁移性学习正负迁移性：某人先学Ａ事物，后学Ｂ事物，另一人只学Ｂ事物。如果前者做Ｂ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Ｂ事的成绩要优于前者，那么称为人的学习负迁移性。在界面设计中，设计师必须了作业的性质，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，就可以大大提高操作者的学习速度的作业效率。课间休息