上游文通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 工程心理学 电子信息、与电气工程学院 傅山 1B36
工程心理学 电子信息与电气工程学院 傅山
上游充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 第十章手工控制 (MANUAL CONTROL)
第十章 手工控制 (MANUAL CONTROL)
h 上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 10.1概述 10.2开环运动技能 10.3动态系统的追踪 10.4多轴控制 10.5控制装置 10.6手工控制中的操作人员的建模
10.1 概述 10.2 开环运动技能 10.3 动态系统的追踪 10.4 多轴控制 10.5 控制装置 10.6 手工控制中的操作人员的建模
上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 10.1概论 前面章节主要讨论如何选择行为和动作； 本章的主要讨论如何协调和执行-反应的模拟 形式或时空轨迹： 1、技能，模拟运动形式，当几乎不存在环境 不确定性时，操作人员根据记忆产生或复 制运动模式。-开环。 2、动态系统，在不确定环境中控制或追踪动 态系统，使它们保持某种时空一致性的能 力。-闭环
10.1 概论 前面章节主要讨论如何选择行为和动作； 本章的主要讨论如何协调和执行-反应的模拟 形式或时空轨迹： 1 、技能，模拟运动形式，当几乎不存在环境 不确定性时，操作人员根据记忆产生或复 制运动模式。- 开环。 2、动态系统， 在不确定环境中控制或追踪动 态系统，使它们保持某种时空一致性的能 力。- 闭环
上游充通大￥ 10.2开环运动技能 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 10.2.1离散运动时间 菲茨(Fitts,1954)以下图的范式研究了时问、精确 性和距离三个变量之间的关系，他发现，当运动 幅度(A)和目标宽度(W)变化时，他们的联合效应 可以总合成一个简单的方程，这一方程后来成为 著名的菲茨定律(Fitts'sLaw): 目标 T-a+hlog:() 起点 (16个单位) W(4个单位) a,b为常数 D-6g2￥19-3 图10,1菲茨的运动一时间范式。运动可以是从起点至目标的一次性离散运 动，或者是一系列的交替点击两个目标。图下方的公式表明了图上方 的运动难度指数(D)的计算
10.2.1 离散运动时间 菲茨(Fitts,1954)以下图的范式研究了时间、精确 性和距离三个变量之间的关系，他发现，当运动 幅度(A)和目标宽度(W)变化时，他们的联合效应 可以总合成一个简单的方程，这一方程后来成为 著名的菲茨定律(Fitts's Law): 10.2 开环运动技能 2 2 log ( ) A MT a b W a,b 为常数
上游充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY AT-d+oo() 该方程描述了运动中的速度一准确性互换性：运 动时间(movement time.,MT)与准确性（目标宽度W) 成倒数关系。增加运动距离（增加A),如果要使运 动时间保持不变，准确性必定成比例地下降。这 就是说，为运动终点的目标宽度W必须成比例地 增加。 菲茨将lOg2(2A/W)这一特殊参数描述为运动难度 指数(index of difficulty,ID)
该方程描述了运动中的速度—准确性互换性：运 动时间(movement time,MT)与准确性(目标宽度W) 成倒数关系。增加运动距离(增加A)，如果要使运 动时间保持不变，准确性必定成比例地下降。这 就是说，为运动终点的目标宽度W必须成比例地 增加。 菲茨将 这一特殊参数描述为运动难度 指数(index of difficulty,ID)。 2 2 log ( ) A MT a b W 2 log (2 / ) A W
上游充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 该图表明菲茨运 s 动幅度与目标宽 500 度的不同组合而 运动时间 400 获得的MT与ID之 (毫秒) 8 间的线性关系。 300 每一个D值都表 明由2至3个不同 200 的幅度/宽度组合 2 3 4 5 6 难度指数(UD) 产生的较相似的 图10.2关于运动时间为难度指数的函数的数据。 运动时间
该图表明菲茨运 动幅度与目标宽 度的不同组合而 获得的MT与ID之 间的线性关系。 每一个ID值都表 明由2至3个不同 的幅度/宽度组合 产生的较相似的 运动时间
上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 离散运动模型 图表明在铁笔以图10.1中的 范式接近目标的过程中记 录的典型轨迹或时间过程。 这一模式的两个重要特征 是明显的： MT (1)运动一般呈指数接近 时间 (a) 的运动模式。 (2)图10.3b表明的运动 速度 速度轮廓揭示了控制不是 连续的，而是看起来由一 时间 些离散的矫正动作组成的。 (b) 图10.3典型的菲茨定律运动的位置轮廓线(a)和速度轮廓线(b)
离散运动模型 图表明在铁笔以图10.1中的 范式接近目标的过程中记 录的典型轨迹或时间过程。 这一模式的两个重要特征 是明显的： (1) 运动一般呈指数接近 的运动模式。 (2) 图10.3b表明的运动 速度轮廓揭示了控制不是 连续的，而是看起来由一 些离散的矫正动作组成的
上游充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 10.2.2运动图式 包括视觉引导反应的技能 。不包括视觉引导反应的技能（不必要或有害） 两个一般特征： (1)他们可以完全依赖于反馈，但这种反馈是本体 感觉的(proprioceptive)o (2)理想的肌肉神经控制的模式可存储在中枢的长 记忆中，可作为不利用视觉反馈矫正和引导的开 环运动程序来执行。 运动程序(motor program)和运动图式(motor schema)常用来标记过度学习的技能
10.2.2 运动图式 • 包括视觉引导反应的技能 • 不包括视觉引导反应的技能 (不必要或有害) 两个一般特征： (1)他们可以完全依赖于反馈，但这种反馈是本体 感觉的(proprioceptive)。 (2)理想的肌肉神经控制的模式可存储在中枢的长 记忆中，可作为不利用视觉反馈矫正和引导的开 环运动程序来执行。 运动程序(motor program)和运动图式(motor schema)常用来标记过度学习的技能
上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 除了高度练习外，运动程序或图式有三个附加的特征： 低注意要求 运动程序往往是自动化的，一般假定任务练习主要 影响资源要求。执行完全学会的复杂序列的反应对 同时进行的任务绩效只能产生轻微的干扰。 单一的反应选择(Single--Response Selection) 根据信息、加工模型框架，可以假定，即使程序本 身可能包括几个独立的离散反应，也只需要单一的 反应选择来启动或“装载”单一的运动程序
除了高度练习外，运动程序或图式有三个附加的特征： 低注意要求 运动程序往往是自动化的，一般假定任务练习主要 影响资源要求。执行完全学会的复杂序列的反应对 同时进行的任务绩效只能产生轻微的干扰。 单一的反应选择(Single-Response Selection) 根据信息加工模型框架，可以假定，即使程序本 身可能包括几个独立的离散反应，也只需要单一的 反应选择来启动或“装载”单一的运动程序