СИНТЕЗ ПРОГРАММНОГО И ФИНИТНОГО ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЙ В АНАЛИТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ УПРАВЛЕНИЯ КОНЕЧНЫМ СОСТОЯНИЕМ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

PDF

DOI: https://doi.org/10.14529/hsm190113

Аннотация

Цель. Разработать компьютерную программу моделирования движения объекта с заданной начальной и конечной скоростью и фиксированным временем перемещения. Материалы и методы. Анализ как метод биомеханики позволяет дать оценку биомеханического состояния спортсмена в реально выполняемых спортивных упражнениях. Функция синтеза движений – возможность предсказать траекторию и поведение биомеханической системы в заданных опорных точках фазовой структуры моделируемого движения. Рассматривается один из методов биомеханического синтеза движений: синтез управления конечным состоянием биомеханических систем, основанный на приведении финитного управления к заданному программному управлению после затухания переходной составляющей ускорения. Математическое описание движения объекта основано на известном законе финитного управления с обратной связью. Интегрирование математической модели, построенной в форме дифференциального уравнения второго порядка, осуществлялось одним из численных методов интегрирования: методом Рунге–Кутты четвертого порядка точности. Рассмотрение метода построено на математическом аппарате моделирования, описывающем движение материальной точки, в качестве которой может быть выбран общий центр масс биомеханической системы, сустав, центр масс сегмента и т. п. Результаты. Математическая модель движения материальной точки с заданными кинематическими параметрами движения в начальный и конечный моменты времени реализована в компьютерной программе в языковой среде Visual Basic 2010 на базе интегрированной среды разработки Visual Studio Express 2013. На выходе обеспечивается числовая и визуальная поддержка результатов моделирования. Заключение. Показано, что разработанная компьютерная модель метода всегда реализует цель движения: перевести объект из заданного начального состояния по скорости в заданное конечное состояние за фиксированное время перемещения.

Литература

1. Анохин, Н.В. Приведение многозвенного маятника в положение равновесия с помощью одного управляющего момента / Н.В. Анохин // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2013. – № 5. – С. 44–53.
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.: Университет 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. ГОСТ Р ИСО 8373–2014. Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2015. – 20 с. http://standartgost.ru/g/ГОСТ_Р_ ИСО_8373-2014#page-1 (дата обращения: 15.04.2016).
6. Грибков, В.А. Экспериментальное исследование устойчивости обращенных стабилизируемых маятников / А.Н. Грибков, А.О. Хохлов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2017. – № 2. – С. 22–39.
7. Дыда, А.А. Решение обратной задачи кинематики для манипуляционного робота методом штрафных функций / А.А. Дыда, Д.А. Оськин // Фундамент. исследования. – 2015. – № 11-4. – С. 673–677.
8. Дьяконов, В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ: справ. / В.П. Дьяконов. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 240 с.
9. Загревский, В.И. Формализм Лагранжа и Гамильтона в моделировании движений биомеханических систем: моногр. / В.И. Загревский, О.И. Загревский, Д.А. Лавшук. – Могилев: МГУ им. А.А. Кулешова, 2018. – 296 с.
10. Загревский, О.И. Техника большого оборота назад из стойки на руках в стойку на руках на параллельных брусьях на этапе двигательного умения и навыка / О.И. Загревский, В.И. Загревский // Теория и практика физ. культуры. – 2015, № 7. – С. 23–25.
11. Зиборов, В.В. Visual Basic на примерах / В.В. Зиборов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2013. – 448 с.
12. Мудров, А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль / А.Е. Мудров. – Томск: МП «Раско», 1991. – 272 с.
13. Подчукаев, В.А. Теория автоматического управления (аналитические методы) / В.А. Подчукаев. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 392 с.
14. Поляхов, Н.Д. Управление перевернутым двухзвенным маятником / Н.Д. Поляхов, Р.И. Галиулин // Известия СПБГЭТУ «ЛЭТИ». 2015. – № 6. – С. 65–69.
15. Применение мехатронных комплексов в обучении автоматизации и робототехники / А.А. Бобцов, А.С. Боргул, К.А. Зименко, А.А. Маргун // Дистанционное и виртуальное обучение. – 2013. – № 5. – С. 22–30.
16. Савоськин, А.Н. Динамика тягового подвижного состава. Часть II. Конспект лекций по дисциплинам «Динамика систем», «Основы механики подвижного состава», «Механическая часть э.п.с.» / А.Н. Савоськин, Г.П. Бурчак, А.П. Васильев; под ред. Савоськина А.Н. – М.: РУТ (МИИТ), 2017 – 157 с.
17. Старков, В.Н. Исследование динамики маятниковых систем с переменными параметрами / В.Н. Старков, Н.А. Степаненко // Естественные и математические науки в современном мире: сб. статей по материалам XV междунар. науч.-практ. конф. – Ново-сибирск: Изд. «СибАК». – 2014. – № 2 (14). – С. 20–36.
18. Теория управления. Терминология. Вып. 107. – М: Наука, 1988. – С. 56.
19. Haghighi H.S., Davaie-Markazi A.H.D. Chaos prediction and control in MEMS resonators // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. – 2010. – Vol. 15. – No. 10. – Р. 3091-3099.
20. Qiao F., Zhu Q., Winfield A., Melhuish C. Adaptive Sliding Mode Control for MIMO Nonlinear Systems Based on Fuzzy Logic Scheme // International Journal of Automation and Computing. - 2004. – July. – Vol. 1. – Р. 51–62.
21. Shan, J. 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.
22. Zimenko, K. EMG real-time classification for robotics and HMI / K. Zimenko, A. Margun, A. Kremlev // 18th IEEE International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics, MMAR 2013. – Miedzyzdroje, Poland. – 2013. – Art. no. 6669930. – P. 340–343.