АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЕНСАЦИИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ОШИБКИ В АДАПТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ ДВИЖЕНИЕМ БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

PDF

DOI: https://doi.org/10.14529/hsm190210

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

1. Андреев, А.С. О стабилизации программных движений голономной механической системы / А.С. Андреев, О.А. Перегудова // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014. – М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. – С. 1840–1843.
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.