АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЕНСАЦИИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ОШИБКИ В АДАПТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ ДВИЖЕНИЕМ БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация
Цель. Разработать компьютерную программу моделирования движения объекта с заданными параметрами начального и конечного фазового состояния. Материалы и методы. Двигательная ошибка при выполнении спортивного упражнения является результатом отклонения в кинематическом состоянии спортсмена от параметров заданной программы движения. Математический аппарат адаптивного управления, основанный на использовании в математической структуре управляющей функции информации о текущих параметрах фазового состояния объекта движения, способен уменьшить рассогласование в параметрах программной и текущей траектории. В статье выдвигается и экспериментально подтверждается гипотеза о возможности компьютерного синтеза движений биомеханических систем с нейтрализацией двигательной ошибки на основе математического аппарата адаптивного управления. В проведенных вычислительных экспериментах математическое описание движения объекта основано на известном законе разомкнутого по времени сближения (А.П. Батенко, 1977), в котором требуется, чтобы и скорость, и координаты одновременно приняли бы заданные значения. Время движения в этом законе – неуправляемый параметр. Математическая модель объекта движения построена в форме системы дифференциальных уравнений первого порядка. Результаты. Математическая модель движения материальной точки с заданными значениями фазовых координат в начальный и конечный моменты времени реализована в компьютерной программе. Программа функционирует на базе интегрированной среды разработки Visual Studio Express 2013 в языковой среде Visual Basic 2010. Поддержка результатов моделирования обеспечивается числовой и графической информацией. Заключение. Разработанная компьютерная модель метода адаптивного управления реализует целевой результат движения и к конечному моменту времени нейтрализует рассогласование между текущим и программным кинематическим состоянием объекта. В модели спортивных упражнений результат нейтрализации проявляется в погашении двигательной ошибки.
Литература
2. Батенко, А.П. Управление конечным состоянием движущихся объектов / А.П. Батенко. – М.: Сов. радио, 1977. – 256 с.
3. Борисов, О.И. Методы управления робототехническими приложениями: учеб. пособие / О.И. Борисов, В.С. Громов, А.А. Пыркин. – СПб.: Ун-т ИТМО, 2016. – 108 с.
4. Гавердовский, Ю.К. Обучение спортивным упражнениям. Биомеханика. Методология. Дидактика / Ю.К. Гавердовский. – М.: Физкультура и Спорт, 2007. – 912 с.
5. Горячева, Н.Л. Двигательные ошибки в спорте: учеб.-метод. пособие / Н.Л. Горячева. – Волгоград: ВГАФК, 2017. – 64 с.
6. Грибков, В.А. Устойчивость тройного физического маятника из статьи академика В.Н. Челомея 1983 г. / В.А. Грибков, А.О. Хохлов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». – 2015. – № 6. – С. 33–49.
7. Грибков, В.А. Экспериментальное исследование устойчивости обращенных стабилизируемых маятников / В.А. Грибков, А.О. Хохлов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Естественные науки». – 2017. – № 2. – С. 22–39.
8. Дыда, А.А. Решение обратной задачи кинематики для манипуляционного робота методом штрафных функций / А.А. Дыда, Д.А. Оськин // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-4. – С. 673–677.
9. Евсеев, С.П. Формирование двигательных действий в гимнастике с помощью тренажеров: учеб. пособие / С.П. Евсеев. – Л.: Изд-во ГДОИФК им. П.Ф. Лесгафта, 1987. – 91 с.
10. Забихифар, С.Х. Управление двух-звенным манипулятором с использованием нечеткого управления скользящего типа / С.Х. Забихифар, А.Х.Д. Маркази, А.С. Ющенко // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». – 2015. – № 6. – C. 30–45.
11. Загревская, А.И. Психомоторные особенности детей старшего дошкольного возраста / А.И. Загревская, В.С. Сосуновский, Т.Н. Зальмеж // Психологическая наука и образование. – 2018. – Т. 23. – № 5. – С. 13–21.
12. Кулаков, П.А. Задача построения модели адаптивного регулятора на примере нефтехимической установки / П.А. Кулаков // Наука и современность. – 2015. – № 2 (4). – C. 81–88.
13. Поляхов, Н.Д. Управление перевернутым двухзвенным маятником / Н.Д. Поляхов, Р.И. Галиулин // Известия СПБГЭТУ «ЛЭТИ». – 2015. – № 6. – С. 65–69.
14. Фу, К. Робототехника: пер с англ. / К. Фу, Р. Гонсалес, К. Ли. – М.: Мир, 1989. – 624 с.
15. Хомченко, В.Г. Мехатронные и робототехнические системы / В.Г. Хомченко, В.Ю. Соломин. – Омск: ОмГТУ, 2008. – 160 с.
16. Dynanic analysis of two link robot manipulator for control design using computed torque control / J. Shan, S.S. Rattan, B.C. Nakra // International Journal of Research in Computer Applications and Robotics. – 2015. – Vol. 3. – P. 52–59.
17. Neural network feedback control with guaranteed stability / F.L. Lewis, T. Partisini // Int. J. Control. – 1998. – Vol. 70 (3). – P. 337–345.
18. Optimal trajectories of curvature constrained motion in the Hamilton–Jacobi formulation / R. Takei, R. Tsai // J. Sci. Comp. – 2013. – Vol. 54, no. 2-3. – P. 622–644. DOI: 10.1007/s10915-012-9671-y
19. Reconstruction of 3D Models from 2D Orthographic Views Solid Extrusion and Revolution / A. Cicec, M. Gulesin // Journal of Materials Processing Technology. – 2004. – Vol. 152. – P. 291–298.
20. Robot modeling and control / M.W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar. – Wiley New York, 2006. – 496 p.
References
1. Andreyev A.S., Peregudova O.A. [On Stabilization of Software Motions of the Holonomic Mechanical System]. XII Vserossiyskoye soveshchaniye po problemam upravleniya VSPU [XII All-Russian Meeting on the Problems of Management of the All-Union Main Alert Service of Ukraine], 2014, pp. 1840–1843. (in Russ.)2. Batenko A.P. Upravleniye konechnym sostoyaniyem dvizhushchikhsya ob”yektov [Management of the Final State of Moving Objects]. Moscow, Soviet Radio Publ., 1977. 256 p.
3. Borisov O.I., Gromov V.S., Pyrkin A.A. Metody upravleniya robototekhnicheskimi prilozheniyami. Uchebnoye posobiye [Methods for Managing Robotic Applications]. St. Petersburg, ITMO University Publ., 2016. 108 p.
4. Gaverdovskiy Yu.K. Obucheniye sportivnym uprazhneniyam. Biomekhanika. Metodologiya. Didaktika [Training in Sports Exercises. Biomechanics. Methodology. Didactics]. Moscow, Physical Culture and Sport Publ., 2007. 912 p.
5. Goryacheva N.L. Dvigatel’nyye oshibki v sporte: uchebno-metodicheskoye posobiye [Motoristic Mistakes in Sport]. Volgograd, VGAFK Publ., 2017. 64 p.
6. Gribkov V.A., Khokhlov A.O. [Stability of a Triple Physical Pendulum from an Article by Academician V.N. Chelomey 1983]. Vestnik MGTU imeni N.E. Baumana. Ser. Mashinostroyeniye [Vestnik of Moscow State Technical University Named after N.E. Bauman. Ser. Engineering], 2015, no. 6, pp. 33–49. (in Russ.)
7. Gribkov V.A., Khokhlov A.O. [Experimental Study of the Stability of Inverted Stabilized Pendulums]. Vestnik MGTU imeni N.E. Baumana. Seriya Estestvennyye nauki [Vestnik of Moscow State Technical University Named after N.E. Bauman. Ser. Natural Sciences], 2017, no. 2, pp. 22–39. (in Russ.)
8. Dyda A.A., Os’kin D.A. [Solution of the Inverse Kinematics Problem for a Manipulation Robot Using the Penalty Function Method]. Fundamental’nyye issledovaniya [Fundamental Research], 2015, no. 11–4, pp. 673–677. (in Russ.)
9. Evseyev S.P. Formirovaniye dvigatel’nykh deystviy v gimnastike s pomoshch’yu trenazherov. Uchebnoye posobiye [The Formation of Motor Actions in Gymnastics with the Help of Simulators]. Leningrad, GDOIFK them. P.F. Lesgaft Publ., 1987. 91 p.
10. Zabikhifar S.Kh., Markazi A.Kh.D., Yushchenko A.S. [Control of a Two-Stage Manipulator Using Fuzzy Sliding-Type Control]. Vestnik MGTU imeni N.E. Baumana. Seriya Priborostroyeniye [Bulletin of Moscow State Technical University Named after N.E. Bauman. Instrument Making Series], 2015, no. 6, pp. 30–45. (in Russ.)
11. Zagrevskaya A.I., Sosunovskiy V.S., Zal’mezh T.N. [Psychomotor Features of Children of Preschool Age]. Psikhologicheskaya nauka i obrazovaniye [Psychological Science and Education], 2018, vol. 23, no. 5, pp. 13–21. (in Russ.) DOI: 10.17759/pse.2018230502
12. Kulakov P.A. [The Task of Building a Model of an Adaptive Controller on the Example of a Petrochemical Plant]. Nauka i sovremennost’ [Science and Modernity], 2015, no. 2 (4), pp. 81–88. (in Russ.) DOI: 10.17117/ns.2015.02.081
13. Polyakhov N.D., Galiulin R.I. [Control of an Inverted Two-Link Pendulum]. Izvestiya SPBGETU “LETI” [Proceedings of St. Petersburg Electrotechnical University LETI], 2015, no. 6, pp. 65–69. (in Russ.)
14. Fu K., Gonsales R., Li K. Robototekhnika [Robotics], russian translation. Moscow, World Publ., 1989. 624 p.
15. Khomchenko V.G., Solomin V.Yu. Mekhatronnyye i robototekhnicheskiye systemy [Mechatronic and Robotic Systems]. Omsk, OmGTU Publ., 2008. 160 p.
16. Shan J., Rattan S.S., Nakra B.C. Dynanic Analysis of Two Link Robot Manipulator for Control Design Using Computed Torque Control. International Journal of Research in Computer Applications and Robotics, 2015, vol. 3, pp. 52–59.
17. Lewis F.L., Partisini T. Neural Network Feedback Control with Guaranteed Stability. Int. J. Control., 1998, vol. 70 (3), pp. 337–345. DOI: 10.1080/002071798222262
18. Takei R., Tsai R. Optimal Trajectories of Curvature Constrained Motion in the Hamilton–Jacobi Formulation. J. Sci. Comp., 2013, vol. 54, no. 2–3, pp. 622–644. DOI: 10.1007/s10915-012-9671-y
19. Cicec A., Gulesin M. Reconstruction of 3D Models from 2D Orthographic Views Solid Extrusion and Revolution. Journal of Materials Processing Technology, 2004, vol. 152, pp. 291–298. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2004.04.368
20. Spong M.W., Hutchinson S., Vidyasagar M. Robot Modeling and Control. Wiley New York, 2006. 496 p.
Copyright (c) 2019 Человек. Спорт. Медицина
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
