6.Модель и обобщённая рабочая характеристика человека в СУ.

Модель чела-оператора или лица принимающего решения (ЛПР).

Обычно ЛПР в разл-х моделях рассм-ся как носитель когнитивных ф-ций.

Когнитивный стиль работы- это способы восприятия и мышления задающие индивидуально устойчивые (личностные) хар-ки реш-я познават-х задач.

Критерии творчес-го мышления: 1.получение нового продукта; 2.новизна процесса получения; 3.преодоление логических разрывов в процессе мышления (в получении продукта); 4.способность самост-но видеть и формировать проблемы; 5.выраженные эмоциональные переживания в процессе реш-я; 6.устойчивая и длительная мотивация на конечный рез-т.

В процессе когнитивной деят-ти происхт формир-е концептуальной модели объекта на основе его инф-ой модели.

Обобщенные раб-е хар-ки чела-оператора осущ-го сенсорно-моторную деят-ть. у=(UMobj, Qч, Е)

Обобщенная модель оператора.

H(p)=k * e^-τp * (T1p+1)/(T2p+1)(T3p+1);

1. τ- хар-ка запазд-я (латентный период) реакция оператора;

2. Qч-обобщ хар-ка чела;

3. к * (T1p+1)/(T2+1)- хар-ка адаптивных св-в оператора;

4. 1/(T3p+1)- хар-ка св-в нейромышечной с-мы оператора.

При расчете моделей учитываются след хар-ки:

τ=f (UMobj,Qч, Е)- время существ-я устойчивого состояния оператора при вып-ии требуемых действий. Данная хар-ка опред-ся экспериментально.

Напряженность операторской деят-ти:

N (UMobj,Qч, Е)=К_N/m(τ)

1. К_N- хар-ка рабочего места;

2. m(τ)- мат ожидание времени устойчивого состояния оператора. Рис. Сложность операторской деят-ти:

S (UMobj,Qч, Е)=К_S/m(τ) К_S- хар-ка рабочего места по критерию сложности.

Надежность операторской деят-ти:

Р(t_4-0>или = τ требуемую вел-ну по данн. деят-ти)

1)

где:

-характеристика адаптивных свойств оператора

-характеристика нервно-мышечной системы оператора

-латентный период оператора

G-изменения внешней среды

2)

где:

-ошибка регулирования

U - информационная модель

Напряженность операторской деятельности

-требование к нормированию напряженности

14.Системы управления вегетативными функциями организма при различных патологиях.

1.аппарат стимуляции миокарда (сердечн стимулятор). Управляющим воздействием явл R или P-зубец, при исчезновении кот либо резком удлинении RP-интервала происходит включение аппарата; 2.аппараты импульсной терапии (кардиосинхронизаторы).Исп при атритмии и в нач стадиях тромбоза; 3.аппаратура искусств кровообращения. Управляемый параметр: давление в артериях, приток крови, афферентная импульсация; 4.аппаратура поддержки кровообращения. Исп при частичных патологиях.Напр, искусств желудочек.Упр-е основано на синхронизации сердечной деят-ти с R-зубцом, также возможно упр-е по величине венозного либо арт давления; по амплитуде и частоте пульса в переферич сосудах; 5.аппаратура ИВЛ. Упр-е возможно по неографич потенциалам; по потенциалам дыхат мышц либо по газовому составу при выдохе; 6. аппаратура коррекции вегетативной ф-ции. Пример,аппаратура автоматич впрыска инсулина. Оценивается уровень сахара в крови через сопротивления.

Блок-схема многоканальной биоэлектростимуляции со следящими обр связями. 1-ЦНС, 2-скелетные мышцы, используемые для выработки управляющих сигналов, 3-микроЭВМ, 4-электростимуляторы,5,6-угловые датчики,7-визуальная обр связь,8-тактильно-вибрационная обр связь. Рис.

В наст время наметился спад интереса к биоупр-ю в техн с-мах по причине развития и соверш-я др с-м ввода управляющих сигналов. Относятся: перчатки с датчиками, позволящими отслеживать состояние руки. Др причиной явл отсутствие тактильной обр связи. В наст время разраб-ся адаптивные с-мы биоэлектрич упр-я. РИС.

Необх-ть исп-я адаптивного упр-я обусловлена след: 1.управляющие сигналы, поступающие от чела очень индивидуально; 2.возможно получение только ограниченного их числа. Сигналы достаточно зашумлены. Обр связи могут быть реализованы не в полном кол-ве. На протезах уст-ются тактильные датчики(для реализации обр связей), а также возможны измерения нагрузки по силе тока моторов в отд механич блоках. Исслед-я показали наибольшую эффект-ть вибро-раздражителей, но пропускная способ-ть такого канала недостаточна для передачи всей инф-ции. Инф-я же от чела хар-ет действие, кот необходимо выполнить косвенно. Это те управляющие нервные импульсы, кот подает нервная с-ма для вып-я желаемого движения. Т.о. можно выделить цель, т.е. «опорную траекторию» - координаты и скорости звеньев протеза. Также необходимо решение задачи распознавания образов управляющих команд. Далее необходимо реализовать упр-е механикой. Обучение с-мы распоз-навания образов под конкретного чела следует проводить на компьютерном стенде методом проб и ошибок. Блок упр-я механикой сначала настраивается для типового протеза, а доводка алг упр-я осущ-ся в процессе реальной работы. Этот блок решает задачу адаптивного упр-я, слежения за опорной траекторией в сложн фазовом простр-ве (многомерном), где простр-во представляет собой координаты и скорости каждого звена. Представляемая разработка реализует метод автономного адаптивного упр-я. Этот метод позволяет строить упр-е при неизв-ной заранее модели объекта упр-я и дает возм-ть подстройки параметров с-мы упр-я во время реальной работы.

9.Анализàтор челове́ка — подсистема центральной нервной системы, обеспечивающая приём и первичный анализ информации. Периферийная часть анализатора — рецептор, центральная часть анализатора — мозг.

Схема анализатора:

У человека выделяют следующие рецепторы:

• внешние (зрительный, слуховой, тактильный, болевой, температурный, обонятельный, вкусовой)

• внутренние (давления, кинетический, вестибулярный)

Основными характеристиками анализатора являются:

• пороговая чувствительность;

• воспринимаемый диапазон;

• временные характеристики.

Зрительный анализатор:

Энергетическая хар-ка

• диапазон воспринимаемых яркостей

  • порог световой чувствительности

  • абсолютный порог (достигается в ходе теневой адаптации)

  • яркость адаптации 10—1000 кд/м²

  • рабочие яркости 50—180 кд/м²

• слепящая яркость (225 000 Кд/м²)

• контрастность (диф. порог, то есть минимально различимая величина между двумя значениями яркости, воспринимаемыми как разные)

  • прямой K=(Lфона-Lоб)/Lфона*100 %

  • обратный K=(Lob-Lfona)/Lоб*100 %

• относительная видность (чувствительность к лучам с разной длиной волны)

Информационные

• пропускная способность

  • на уровне ощущения (5,6*10^9 ед/сек)

  • на уровне идентификации (20—70 ед/сек)

  • на уровне восприятия (2—4 ед/сек)

Пространственные

• острота зрения (зависит от освещённости, контрастности, времени экспозиции, положения поля зрения, формы)

• поля зрения

  • зона центрального зрения (2°—4°)

  • ясного зрения (30°—35°)

  • периферийного (180°)

• объём восприятия (7±2)

Временные

• латентный период реакции (от ощущения до идентификации ~200 мс)

• длительность инерции ощущения (меньше, если объект в зоне центра зрения)

• время зрительной фиксации (0,2—0,65 с, зависит от сложности фигуры)

• критическая частота мелькания (серия световых импульсов, воспринимаемая как непрерывный сигнал)

  • f=a*logL+b (то есть зависит от яркости) ~14—70 Гц

• время адаптации

  • темновая (~ 2—10 мин)

  • световая (~ 0,1—0,8 мин)

• длительность инфопоиска (0,8—1,5 сек)

Слуховой анализатор:

Особенности анализатора:

• способность к приему информации в любой момент времени

• способность воспринимать звуки в широком диапазоне и выделять необходимые

• способ устанавливать местонахождение источника

Характеристики анализатора:

• абсолютный порог слышимости (зависит от тона, метода предъявления, субъективных особенностей)

• дифференциальный порог слышимости

  • по интенсивности K=dL/L (L=20lgP/P0, P0=0,00002 Па — мин порог) наилуч от 0,02—0,065

  • по частоте K=df/f (500-5000 Гц, 0,002-0,003)

• временные характеристики

  • различение интервалов между монотонными сигналами (0,5—2 мс)

  • время полного восприятия чистых тонов (200—300 мс)

  • пороговое время восприятия прерывистых тональных сигналов (80—150 мс)

РИС12. Прочие хар-ки анализаторов: 1.энергетич(диапазон восприятия яркости, восприятие контраста изображения); 2. пространственные(расст-е до объекта, угол зрения); 3.временные хар-ки (критическая частота мерцания стимула, время адаптации, время поиска 0,025…0.030сек, латентный период τп=0,025+0,01n 160-240мс).

Модальность стимула

Анализатор	Латентный период
Слуховой Зрительный Обонятельный Вестибулярный Тактильный Болевой	0,12-0,18 0,15-0,22 0,31-0,39 0,4 0,09-0,22 0,13-0,89

*латентный период может быть различным в различных стимулах

Кинестетический анализатор. Обеспечивает ощущение положения и движений тела и его частей. Имеется три вида рецепторов, воспринимающих:

Растяжение мышц при их расслаблении - "мускульные веретена"; Сокращение мышц - сухожильные органы Гольджи;

Положение суставов (обусловливающее так называемое "суставное чувство"). Предполагается, что их функции выполняют глубинные рецепторы давления.

Возможности двигательного аппарата представляют определенную значимость при конструировании защитных устройств, органов управления. Сила сокращения мышц человека колеблется в широких пределах. Например, номинальная сила кисти в 450...650 Н при соответствующей тренировке может быть доведена до 900 Н. Сила сжатия, в среднем равная 500 Н для правой и 450 Н для левой руки, может увеличиваться в два раза и более.

Оптимальные усилия на органы управления:

- для рукояток 20...40 Н (100 Н - максимальное);

- для кнопок, тумблеров, переключателей легкого типа 1400...1600Н, тяжелого - 6000...12000 Н;

- для ножных педалей управления от 20...50 (используемых часто) до 300Н (используемых редко);

- для рычажного управления от 20...40 (используемых часто) до 120...160 Н (используемых редко).

Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека, находится в пределах 0,01...8000 см/с. Наиболее часто используются скорости порядка 5...800 см/с. Скорость движения больше в направлении к себе, чем от себя; в вертикальной плоскости, чем в горизонтальной; сверху вниз, чем снизу вверх; вперед-назад, чем вправо-влево; слева направо для правой руки и справа налево для левой, чем наоборот. Вращательные движения в 1,5 раз быстрее поступательных.

Обонятельный анализатор. Предназначен для восприятия человеком различных запахов (их диапазон охватывает до 400 наименований). Рецепторы расположены на участке площадью около 2,5 см2 слизистой оболочки в носовой полости.

Условиями восприятия запахов являются летучесть пахучего вещества (выделение его молекул в свободном виде); растворимость веществ в жирах; движение воздуха, содержащего молекулы пахучего вещества в области обонятельного анализатора.

Абсолютный порог обоняния измеряется долями миллиграмма вещества на литр воздуха (мг/л). Запахи могут сигнализировать человеку о нарушениях в ходе технологических процессов и об опасностях.

Вкусовой анализатор. В физиологии и психологии распространена четырехкомпонентная теория вкуса, согласно которой существуют четыре вида элементарных вкусовых ощущений: сладкого, кислого, горького и соленого. Все остальные ощущения представляют их комбинации. Абсолютные пороги вкусового анализатора выражаются в величинах концентраций раствора и они примерно в 10 000 раз выше, чем обонятельного. Различная чувствительность вкусового анализатора довольно груба, в среднем она составляет 20 %. Восстановление вкусовой чувствительности после воздействия различных раздражителей заканчивается через 10...15 мин.

Характеристика кожного анализатора. Обеспечивает восприятие прикосновения (слабого давления), боли, тепла, холода и вибрации. Для каждого из этих ощущений (кроме вибрации) в коже имеются специфические рецепторы, либо их роль выполняют свободные нервные окончания. Каждый микроучасток кожи обладает наибольшей чувствительностью к тем раздражителям (сигналам), для которых на этом участке имеется наибольшая концентрация соответствующих рецепторов - болевых, температурных и тактильных. Так, плотность размещения составляет: на тыльной части кисти - 188 болевых, 14 осязательных, 7 Холодовых и 0,5 тепловых на квадратный сантиметр поверхности; на грудной клетке соответственно - 196, 29,9 и 0,3. Воздействие в этих точках даже не специфическим, но достаточно сильным раздражителем независимо от его характера вызывает специфическое ощущение, обусловленное типом рецептора. Например, интенсивный тепловой луч, попадая в точку боли, вызывает ощущение боли.

Чувствительность к прикосновению. Это - ощущение, возникающее при действии на кожную поверхность различных механических стимулов (прикосновение, давление), вызывающих деформацию кожи. Ощущение возникает только в момент деформации. Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, которое производит едва заметное ощущение прикосновения. Наиболее высоко развита чувствительность на дистальных частях тела. Примерные пороги ощущений: для кончиков пальцев руки - 3 г/мм ; на тыльной стороне пальца - 5 г/мм2, на тыльной стороне кисти - 12 г/мм2; на животе - 26 г/мм2; на пятке - 250 г/мм2. Порог различения в среднем равен примерно 0,07 исходной величины давления.

Тактильный анализатор обладает высокой способностью к пространственной локализации. При последовательном воздействии одиночных раздражителей ошибка в локализации колеблется в пределах 2...8 мм. Характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации, т.е. исчезновение чувства прикосновения.

Вибрационная чувствительность. Вибрационная чувствительность обусловлена теми же рецепторами, что и тактильная, поэтому топография распределения вибрационной чувствительности по поверхности тела аналогична тактильной.

Диапазон ощущения вибрации высок: 5...12 000 Гц. Наиболее высока чувствительность к частотам 200...250 Гц. При их увеличении и уменьшении вибрационная чувствительность снижается. В этом случае пороговая амплитуда вибрации минимальна и равна 1 мкм. Пороги вибрационной чувствительности различны для разных участков тела. Наибольшей чувствительностью обладают дистальные участки тела человека, т.е. которые наиболее удалены от его медиальной плоскости (например, кисти рук).

Кожная чувствительность к боли. Этот вид чувствительности обусловлен воздействием на поверхность кожи механических, тепловых, химических, электрических и других раздражителей. В эпителиальном слое кожи имеются свободные нервные окончания, которые являются специализированными нервными рецепторами. Между тактильными и болевыми рецепторами существуют противоречивые отношения. Проявляются они в том, что наименьшая плотность болевых рецепторов приходится на те участки кожи, которые наиболее богаты тактильными рецепторами, и наоборот. Противоречие обусловлено различием функций рецепторов в жизни организма. Болевые ощущения вызывают оборонительные рефлексы, в частности, рефлекс удаления от раздражителя. Тактильная чувствительность связана с ориентировочными рефлексами, в частности, это вызывает рефлекс сближения с раздражителем.

Температурная чувствительность. Свойственна организмам, обладающим постоянной температурой тела, обеспечиваемой терморегуляцией. Температура кожи несколько ниже температуры тела и различна для отдельных участков: на лбу - 34...35 °С, на лице - 20...25 °С, на животе - 34 °С, стопах ног - 25...27 °С. Средняя температура свободных от одежды участков кожи 30...32 °С. Коже присущи два вида рецепторов. Одни реагируют только на холод, другие только на тепло.

Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов: при контактном воздействии, например, ощущение возникает уже на площади в 1 мм2, при лучевом - начиная с 700 мм2. Латентный период температурного ощущения равен примерно 0,20 с. Абсолютный порог температурной чувствительности определяется по минимально ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т.е. собственной температуры данной области кожи, адаптировавшейся к внешней температуре. Физиологический нуль для различных областей кожи достигается при температурах среды между 12...18 °С и 41...42 °С. Для тепловых рецепторов абсолютный порог составляет примерно 0,2 °С, для холодных - 0,4 °С. Порог различительной чувствительности составляет примерно 1 °С.