运动控制相关理论
评述动作控制的两种理论——以羽毛球运动为例
191当代体育评述动作控制的两种理论——以羽毛球运动为例曲珈毅 曾鑫洲 王鹏昊1 动作控制理论动作控制的理论描述了动作是怎么被控制的，目前学术界普遍认同的有两种理论，其中一种依据动作控制系统中的中心和环境两种要素对提供给运动指令的相对重要性来进行的对神经系统控制协调运动理论的分类，简单的说，对于运动控制过程中，中枢神经系统指令常以，某种形式的记忆表征、本体感知觉作为有效地评判因素，以此来判断神经中枢系统控制动作的表现。
而另一种则强调环境因素对运动指令的信息处理以及信息和躯干、肢体、神经系统间动态的相互影响。
对于大众体育和传统体育来说，人们普遍存在“知其然不知其所以然”的现象，在学习和传授的过程当中只局限于传统的“教”与“学”往往忽视了人本体所存在的对原始动作学习的本能。
另一个重要的环境要素通常也被人们忽略，查阅了多篇文献发现，环境因素在某些方面对运动技能学习有良好的促进作用，而在大众体育和传统体育中这往往是最容易被忽略的。
通过本课程的学习研究发现，在进行这些工作的时候如果运用“动作控制的认知”的理论对其进行改进和加工可以设计出更简便易行的教学内容，从动作学习的根源中学习也可以使学习者对教学内容理解的更有深度透彻。
2 对运动技能教学和学习的启示美国学者费茨和波斯纳最先提出运动技能学习认知阶段是运动技能学习的第一个阶段，而后随着众多学者对运动技能学习的大量研究，最终对运动技能学习的形成划分为三个阶段，分别是泛化阶段、分化阶段和巩固自动化阶段。
大脑中枢系统对于不同学习阶段的表现也不同，泛化阶段时，动作僵硬不协调，多余动作比较多，原因是因为在学习的初期其处于扩散状态，分化抑制未建立，条件反射建立不稳定，到了分化阶段，不协调不连贯的动作逐渐消失，错误动作逐渐减少，但是动力定型不巩固，遇到新的刺激会重新出现多余错误动作。
此时，大脑皮质内兴奋和抑制的过程逐渐集中，分化抑制发展，条件反射逐渐稳定，初步建立动力定型，进入日趋分化状态。
运动控制系统概述
性能测试与评价：研究控制系统或控制元件在不同负载工况下的静动态 特性试验测试方法，以及性能评价与故障诊断等。
1.2、运动控制系统基本组成原理
系统静动态性能测试、 故障诊断和性能评价
控制器与控 制方法
驱动器
电力驱动元件、 驱动技术
扰动 执行机构
电动、液压、气动
负载
反馈元件
二、运动控制系统分类及特点
2.2 运动控制系统特点
运动控制系统运动规律复杂、速度响应快（大约在几～ 几十毫秒内）、负载变化大等。 对于电机驱动的运动控制系统特点：传输方便、速度高。 低速性能差、滞回和非线性较大。 对于液动伺服系统的特点：功率密度大、负载能力强、响 应快、低速平稳。泄漏、传输不方便。 对于气动伺服系统的特点：便于实现直线运动、比液压系 统传输方便。负载能力差、精度低、响应慢。
三、运动控制系统的应用与发展
3.1 应用 运动控制系统应用非常广泛：武器装备、机器人、工业
加工机床、冶金轧钢、交通工具、民用等各个领域。 3.2 发展 特种执行器（压电、人工肌肉、热敏、超音速电机、DDR 直驱电机、直线电机） 高功率密度执行机构（新材料，新结构、体积小、重量轻、 功率大） 非线性、滞回、死区控制方法 强耦合、过驱动复杂运动控制 超大功率驱动控制
传感器采集与 信号处理
二、运动控制系统分类及特点
2.1 运动控制系统分类 （1）按照执行机构的类型分：
电动、液动和气动
（2）按照被控物理量分： 位置（角位置）、速度（角速度）、力（力矩、压力）
（3）按照运动规律分：
点位控制系统、轨迹控制控制系统、随动控制系统
（4）按照控制器类型分：
模拟控制系统、数字控制系统
浅谈两种动作控制理论对运动技能学习和教学的启示
35当代体育浅谈两种动作控制理论对运动技能学习和教学的启示曾鑫洲 王鹏昊 曲珈毅1 动作控制理论在现如今的运动技能的学习和教学中，很多运动员甚至是教练员都更加重视运动员的本体感觉对运动技术的影响，认为技术动作的熟练程度和完成程度都受到自身肌体的反馈，而很少认识到环境信息因素对运动员完成技术动作的影响，在关于运动技能学习原理的两个动作控制理论中，以动作程序为基础的理论是影响运动技能完成的重要因素，但是动力系统理论对运动技术的完成也同等重要，有时甚至是决定技术动作完成的关键。
技术动作的完成受到多种因素的影响，在对运动员进行训练时要根据不同的训练时间、训练环境、训练水平、身体机能以及不同的训练周期、计划来进行调整。
动作程序理论强调，特定的稳定的技术动作的产生是由于某种环境特点而出现的，而不是由某种控制机制产生的，掌握简洁有效的训练方法，不仅能够节约运动时间，最大化的合理利用训练强度，还能够提高运动员的训练水平以及应对不同环境信息是的肌体应激能力。
了解基本的运动学习和教学方法，在传授技能以及学习技能中，能够帮助训练者建立有效的练习顺序，产生深刻的动作记忆。
2 两种理论对运动技能学习和教学的启示运动技能的学习和形成过程分为三个阶段，分别为泛化阶段，分化阶段，巩固和自动化阶段。
三个阶段在学习运动技能的过程中分别有不同的表现。
泛化阶段表现为不应该收缩的肌肉收缩、节奏紊乱且动作不连贯等。
分化阶段动作的表现方式为不该收缩的肌肉会得到放松，多余动作逐渐消退，错误动作会得到修正，能够较为连贯、顺利地完成动作技术。
巩固和自动化阶段表现为完成一个动作时大脑皮质可以不用意识的控制和参与。
技术动作也不容易随环境的变化而遭到破坏。
动作技能的巩固和自动化阶段符合动作程序为基础的理论下的技术动作表现，在该理论的指导下，虽然运动员的技术已经达到了自动化阶段，不需要经过大脑神经系统的反馈，但仍然需要继续坚持练习，精益求精。
经常检查动作质量，防止动作变形，否则已经存储的固定动作记忆会再次遗忘，因为动作记忆是有时间限制以及记忆容量的，如果长时间未进行动作的练习，动作虽不会被遗忘，但是动作的动力定型被打破，会出现动作变形，从而影响运动效果和成绩。
谈析动作控制的两种理论
谈析动作控制的两种理论作者：闫娜王好琪来源：《青年生活》2019年第08期与任何理论一样，运动控制理论不仅为肉眼观察到的运动现象或行为提供了解释，而且为运动技能和教学环境的形成提供了基础。
良好的理论必须能够以详细和精确的方式解释观察到的运动技能，并清楚地预测未来的可观察结果，以及可以解释为什么人类会具备某种运动能力。
在开环系统中，运动不是由反馈线性控制的。
该命令已包含所有必要信息，因此效应器接受该命令并完成指定的运动技能。
在闭环控制系统中，运动命令有明显的差异，而控制中心发出的指令仅用于开始练习，该动作的实际执行和完成还必须依赖于给予控制中心的反馈。
动作控制理论基于控制系统的中心和环境提供运动命令的相对重要性来进行划分的。
以运动系统的控制中心为特定的运动指令具有以某种形式储存的记忆表征，例如某个动作程序，由其效应器提供指令;而以环境为特定的指令时，强调的是这种信息和身体、肢体及神经系统之间的动态的相互作用。
一、以动作程序为基础的理论中心控制理论是一种以记忆为基础的结构，控制着协调运动，它的核心是动作程序，协调属于行为水平上的动作控制理论，是以头、躯干、肢体运动为模式。
例如，在羽毛球的发球技能分析中，发球技术动作可分为准备动作、挥拍动作、击球动作、跟随动作四个重要环节。
羽毛球的击球动作和挥拍技巧高，提前准备引拍是击球的基础，击球是完成发球的关键因素，发球的质量直接受击球角度和击球点的影响。
发球时，通过转髋，带动身体和脚尖的转动以使身体协调发力，进而使发球具有有效性;随挥动作是击球结束后随着身体的惯性而做出的连续动作，为了能够有效而积极的完成下一次击球。
因此，发球技术动作的四个部分可进行分解练习。
二、动力模式（动力系统）理论在动作控制的两个系统中，开环控制系统是由中枢神经系统控制所完成的快速动作，基本不需要集中注意力去纠正动作。
羽毛球发球动作属于开环控制系统中的分立运动技能，是在短时间内快速完成的动作，具有明显的时间特征，因此在学习以及教学过程中，应提前准备并组织动作。
中枢系统对运动的控制
（五）多系统控制模式： 多系统控制模式：
该模型体现出运动控制是一个动态、多系统分 配控制的模式，而不是一个单项等级控制模式 的观点，强调个体与其所在环境（背景）之间 相互作用的密切关系。 多系统控制模型的理论表明运动行为是个体多 个系统与特定任务和环境条件相互作用的结果。1、系统理Biblioteka ： 系统理论：2、动态系统理论
1）多个无序的部分如何形成为有组织的模式： “自我组织” 自我组织” 2）系统如何随时间发生变化
二、中枢神经系统损伤引起的运 动控制障碍
异常肌张力 异常肢体运动模式 不对称性姿势 躯干控制障碍 平衡功能下降 运动的协调下降 功能性活动能力丧失如独立的翻身、坐起等
联带运动： 联带运动：
Brunnstrom的观点 的观点： （一）Brunnstrom的观点：
在脑卒中后恢复的初级阶段可利用各种原始 反射和运动模式诱发出联带运动，进而促进随 意运动恢复。
Bobath的观点 的观点： （二）Bobath的观点：
1、导致异常姿势和运动模式的四种因素： 1）肌张力异常 2）姿势控制能力丧失 3）运动协调性异常 4）功能活动异常 2、观点：偏瘫的治疗技术并非以发育顺序为基 础，而是在分析各种运动和功能活动的重要成 分或因素的基础上进行选则设计。
为异常的协同运动模式（abnormal 为异常的协同运动模式（abnormal synergitic patterns)是不同的肌群以错误的时空关系被组织 patterns)是不同的肌群以错误的时空关系被组织 在一起的结果并因此导致分离运动消失即不能随 意、独立地进行单关节运动，代之以肢体刻板的 整体运动。
俄罗斯科学家Bernstein提出：环境与个人特性在 俄罗斯科学家Bernstein提出：环境与个人特性在 运动行为中的重要性；一特定肌肉在运动中的作 用取决于运用该肌肉动作发生时的状态或环境。 1）运动学角度分析：肌肉的作用与当时肢体的 位置和肢体运动的速度密切相关。 2）力学角度分析：有许多肌肉以外的力量如重 力或惯性决定肌肉收缩的程度。 3）生理学角度分析：当较高级中枢下传某一肌 肉收缩的命令时，低、中级中枢通过接受外周感 觉反馈来修正该命令。
动作控制的两种理论对于运动技能学习和教学的启示
43当代体育动作控制的两种理论对于运动技能学习和教学的启示王鹏昊 曲珈毅 曾鑫洲1 动作程序为基础的理论 1.1 动作程序理论评述动作程序是记忆表示或用于在移动之前准备动作的计划。
强调中央控制理论，其核心是行动计划，这是一个控制协调运动的基于记忆的结构。
施密特的图式理论指出，控制中心的存储具有抽象或概括性质。
一般运动程序和反应模式一起工作以提供在给定环境中启动动作所需的特定运动特性。
动作的启动是开环控制过程。
但是，一旦启动操作，如果有足够的时间处理反馈并更正操作，则反馈也会影响操作过程。
1.2 动作程序理论在运动技能学习和教学中的启示在进行运动训练时，我们的动作技能学习要注意刻意的固定动作与重复来让身体形成记忆表征，或者在每次做动作技能前，要先在自己的脑海意识当中思考和勾画出每一个动作步骤。
通过无数次的训练，使得所有的动作形成一种肌肉记忆，当中枢神经发出指令时，各肌肉神经能够按照预先的肌肉记忆，自然地完成整个动作。
在行动开始后，几乎没有机会进行纠正和调整。
1.3 动作程序理论在运动技能学习和教学中的应用（1）网球发球在网球的发球技术的学习中，必须使身体各部分肌肉协调配合，有规则的发力。
动作控制理论就是神经系统发出指令以后，使身体的各个部位协调配合。
动作控制理论在网球发球教学中应从肌肉力量的训练、身体各部分协调性训练、各部位功能性训练等方面入手，对学生进行动作控制相关方面做具体研究。
网球的发球技术由不同形式的各个简单的基本动作联合起来组成的复杂的完整动作，网球发球技术由几个连续的阶段组成：①拿球、调整握拍②抛球并引拍3③跳跃甩拍击球④落地收拍。
网球发球是一种短时间的快速爆发性动作。
在网球发球的整个过程中，脑海提前组织好整个发球的过程，调动发球过程中各肌群协调发力。
（2）背越式跳高背越式跳高是一种短时间快速动作，这是一种开环控制方法。
控制操作的所有操作都在控制中心发出，移动过程中我们无法纠正自己的操作。
动力学方程与控制理论
动力学方程与控制理论动力学方程和控制理论是现代科学领域中至关重要的两个分支，它们分别研究物体的运动方式和如何对其进行控制。
本文将介绍它们的基本概念、应用和未来发展方向。
一. 动力学方程动力学方程是研究物体运动的基础。
它的核心是牛顿运动定律，即物体的加速度与作用于物体上的力成正比。
通过对牛顿运动定律的研究，人们得出了质点动力学方程和刚体动力学方程等不同类型的动力学方程。
质点动力学方程描述的是质点在空间中的运动，可以用一组关于时间的二阶微分方程表达。
即：m d^2r/dt^2=F其中，m 是质量，r 是位置矢量，F 是作用在质点上的外力。
刚体动力学方程则用于描述刚体的运动，它的基本方程为角动量守恒定律和动量守恒定律。
角动量守恒定律指物体的角动量在没有外力作用时保持不变，而动量守恒定律指物体的动量在没有外力作用时保持不变。
通过这两个定律可以推导出刚体动力学方程，从而对刚体的运动方式进行分析。
动力学方程在工程和物理学等领域有广泛应用。
例如在机器人控制中，动力学方程可以用来描述机器人的运动方式和状态，进而进行运动规划和控制。
在飞行器制造中，动力学方程可以用来分析飞机的飞行状态和特性，为飞机设计提供理论支持。
二. 控制理论控制理论则研究如何将物体的运动状态控制在期望范围内。
控制技术的核心是反馈控制原理，即根据物体的运动状态进行反馈，对其进行控制并调整。
控制理论主要包括线性控制和非线性控制两种形式。
线性控制是一种处理线性系统的控制方法，它的基本思路是将系统分解成可分析的小部分，并对每个部分进行控制。
线性控制包括PID控制和状态反馈控制等形式。
PID控制是一种最为基本的线性控制方法，它通过控制输出和目标点之间的误差，对系统进行调整和控制。
状态反馈控制则是一种更为高级的线性控制方法，它通过对系统状态进行反馈来调整控制器的参数，从而对系统进行更为精确的控制。
非线性控制是一种处理非线性系统的控制方法，它的基本思路是对系统进行非线性建模，并以此设计控制器。
运动控制简介介绍
服务机器人
随着人工智能技术的发展，服务机器人也开 始广泛应用。运动控制技术使得服务机器人 能够实现精确的定位、导航、抓取和操作， 为医疗、餐饮、家庭等服务行业提供便利。
详细描述
智能化运动控制通过引入人工智能和机器学习算法，能够实现自适应、自主学习和决策，提高运动控制的精度和 效率。智能化运动控制能够根据不同的环境和条件自动调整参数，优化运动轨迹和控制策略，以满足复杂和多变 的任务需求。
网络化
总结词
随着物联网和通信技术的发展，运动控 制正朝着网络化方向发展。
VS
详细描述
控制器的性能决定了整个运动控制系 统的性能，常见的控制器有PID控制器 、模糊控制器、神经网络控制器等。
驱动器
驱动器是将控制器的控制信号转换为能够驱动执行器的能量，常见的驱动器有电 机驱动器、液压驱动器等。
驱动器的性能对执行器的运动性能有很大影响，因此需要根据执行器的特性和控 制要求选择合适的驱动器。
06
运动控制案例分析
运动控制案例分析
• 运动控制是自动化领域中的核心技术之一，它涉及到如何精 确地控制机器或系统的位置、速度和加速度等运动参数。随 着工业自动化水平的不断提高，运动控制在各个领域中的应 用越来越广泛。
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汽车制造
焊接控制
汽车制造过程中，焊接是关键的工艺环节。通过运动控 制技术，可以实现高效率、高精度的焊接加工，提高汽 车产品质量。
涂装控制
涂装是汽车外观质量的重要保障。通过运动控制技术， 可以实现涂装的精确喷涂和烘干，提高汽车外观质量。
运动控制系统
常用的可控直流电源：
• 旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，获得可调的直流电压。。 • 静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器获得可调的直流电压。 • 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生 可变的平均电压。
Shanghai university
绪论
一。什么是运动控制系统？
运动控制系统（Motion Control System）也可称作电力 拖动控制系统（Control Systems of Electric Drive） 运动控制系统－－通过对电动机电压、电流、频率等 输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位 移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行， 以满足生产工艺及其他应用的需要。工业生产和科学 技术的发展对运动控制系统提出了日益复杂的要求， 同时也为研制和生产各类新型的控制装置提供了可能。
Shanghai university
要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机 的电磁转矩 。 使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转 矩控制是运动控制的根本问题。 在高性能的运动控制系统中，采用转速闭环控制， 用转速偏差来调节系统的动态转矩。
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五。运动控制系统的分类
Shanghai university
调节电动机转速的三种方法
1.调节电枢供电电压 1.调节电枢供电电压 U 2.改变电枢回路电阻 R 2.改变电枢回路电阻 3.减弱励磁磁通 3.减弱励磁磁通 Φ
Shanghai university
1。调压调速
• 工作条件： 保持励磁 Φ = ΦN ； 保持电阻 R = Ra • 调节过程： 改变电压 UN → U↓ U↓ →n ↓， n0 ↓ • 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线平行下移。
脑卒中康复理理论基础-运动控制理论
反射理论
1906年 ，神经生理学家指出反射建立了复杂的行为，认为复杂行 为能通过一系列单个反射的复合行为去解释。
• 局限性： • 反射必须由外界因素引起，自发的和自主的动作则不然 • 无法充分解释和预测缺少感觉刺激的动作 • 没有解释快速运动，接连发生的动作速度非常快，不允许前一动作的感觉反馈来激发下 一动作 • 一系列反射能创造出符合行为的概念，无法解释不同环境下的做出的作出的多样反应 • 反射没有解释产生新动作的能力
现的 • 新动作的出现是由多系统中由一个关键性改变，叫”控制参
数”如图“速度”导致动物行为发生改变 • 描述动作的一个重要内容是吸引状态，如用自己喜欢的方式
去进行ADL • 改变动作模式的灵活性也是吸引因素特征之一 • 如图河床，越深越难改变，其稳定性越强
局限性 • 认为神经系统所扮演的角色不重要，强调决定动物行为是身体系统和环境
• 教什么任务，以什么样的顺序，何时教授 • 理解任务性质可提供任务结构框架 • 将任务依据功能类分组，如床上运动任务、转移任务、日常生活活动 • 依据调节神经控制机制的主要特征分类 ，如间断性和连续性，如接球、走路 • 根据支持面固定或是移动进行分类：如坐下与站起、如步行 • 任务根据运动的多样性分类：开放性运动任务，如打网球；闭合性运动任务：环境相 对固定或可预知
• 临床意义：其理论是如何解释患者的行为，作为指导治疗行动的？ • 若反射链或复合反射是功能性动作的基础，那用来测试反射的临床策略应允许治疗 师能预测功能。 • 患者的行为可能会以控制反射的存在或缺失去解释 • 功能性技巧运动控制的重新训练会着种加强或建设执行任务时的各种反射的效应
等级理论
• 神经系统作为一个等级系统组织观点 • 等级控制：从上而下组织控制，影响
浅谈两种运动控制理论的区别
浅谈两种运动控制理论的区别作者：孙兆亚张亚茹来源：《拳击与格斗·下半月》2019年第05期中图分类号：G80 ; ; ; ;文献标识码：A ; ; ;文章编号：1002-7475（2019）05-102-01在对神经系统控制协调运动的研究中，根据控制系统的中心和环境提供给運动指令的相对重要性将理论分为了两类。
通过此阶段对这两种理论的学习、理解，谈谈自己的想法。
本文共包含两种理论分类、运动技能的学习、个人观点、启示、参考文献五个部分。
1两种理论分类根据控制系统的中心和环境提供给运动指令的相对重要性将研究神经系统控制协调运动的理论进行分类，分为两类：动作程序为基础的理论、动力模式（动力系统）理论。
前者的核心为动作程序，理论认为完成运动的一系列活动的基础是某种形式的运动表征，通过储存的运动表征使运动者能够确定成功地完成一个动作需要做什么;后者更多地强调由环境确定的运动指令以及运动指令与机体之间的相互影响，强调环境对于我们动作完成的控制调节作用。
2运动技能的学习运动技能是习得的能相当精通执行且对其组成的动作很少或不需要有意识地注意的一种操作。
运动技能是协调运动的能力，包含两层含义：一是描述如何进行的规则，二是因联系与反馈逐步变得精通和连贯的实际肌肉活动。
运动技能不是运动技术和能力，而是练习者对运动技术的掌握程度，即程序化知识的操作状态。
运动技能学习的过程依据它的外在表现形式，从运动生理学角度一般可以划分为相互联系的三个阶段：泛化阶段、分化阶段、巩固提高与自动化阶段。
从心理学角度一般划分为认知阶段、联结阶段、改进精炼阶段和自动化阶段。
这是根据人体在表现技术时是否准确、流畅，是否出现冗余的动作，以及在技术表现上是否经济、实效来确定的。
随着练习者的认知水平和能力的提高，逐步从运动技能的认知阶段、泛化阶段上升到自动化阶段。
3个人观点通过对神经系统控制协调运动的两种理论学习之后，我发现两种理论各有利弊，但在学习之后，我有以下观点：3.1根据运动控制系统的分类，开环控制系统很好地对应了动作程序的基础理论，闭环控制系统则很好地对应了动力模式（动力系统）理论。
运动控制和学习ppt课件
运动控制卡广泛应用于各种自 动化设备和生产线，如包装机 械、印刷机械等。
运动控制器
运动控制器是一种集成了运动控 制算法和硬件接口的控制器，用
于实现多轴协调运动控制。
运动控制器通常采用高速计算机 或DSP等技术实现，具有强大的
计算和控制能力。
运动控制器广泛应用于数控机床、 机器人、自动化生产线等领域， 是实现高效、高精度加工的关键
伺服控制系统通常由伺服电机、伺服驱动器和控制器三部分组成，具有快速响应、 高精度和高稳定性的特点。
伺服控制技术的应用范围广泛，包括数控机床、机器人、自动化生产线等领域。
步进控制技术
步进控制技术是一种通过控制步进电 机的步进角度来实现精确位置控制的 技术。
步进控制技术的应用范围也较广，如 打印机、扫描仪、自动化设备等。
位置、稳定性等。
学习控制的方法
监督学习
通过输入输出数据，学习 一个从输入到输出的映射 关系，实现对被控对象的 控制。
无监督学习
通过学习数据的内在规律 和结构，对被控对象进行 控制。
强化学习
通过与环境交互，学习如 何最优地选择行为以最大 化累积奖励，实现对被控 对象的控制。
学习控制的实现
数据采集
采集被控对象的输入输出数据 ，为学习提供数据支持。
设备之一。
03 学习控制理论
学习控制的概念
学习控制
指通过一定的控制策略， 使被控对象达到所期望 的性能指标，实现最优
控制。
控制策略
指在控制过程中所采用 的方法和手段，包括开 环控制、闭环控制、最
优控制等。
被控对象
指被控制的系统或设备， 可以是机械系统、电气
系统、化工系统等。
性能指标
机器人运动控制中的非线性控制理论
机器人运动控制中的非线性控制理论随着机器人技术的高速发展，机器人作为一种新型智能装置受到越来越多的关注。
机器人的运动控制对于机器人的稳定、精度、速度等方面都有着至关重要的作用，而非线性控制理论则是机器人运动控制中的重要理论之一。
什么是非线性控制？线性控制理论是控制系统理论中的基础，但在实际控制中，系统的非线性特性却是无法避免的。
并且，对于一些非线性系统，线性控制理论并不能得到很好的应用效果，这时就需要引入非线性控制理论。
非线性控制理论是研究非线性动态系统控制的一种理论方法。
它将非线性系统看作一个整体，通过设计某些适当的控制器或者控制策略，实现求解非线性系统的控制目标。
非线性控制在机器人运动控制中的应用在机器人运动控制中，非线性控制理论已被广泛应用。
由于机器人的运动控制涉及到较复杂的动力学模型，而且还要考虑机器人的各种约束条件，这些因素均对机器人的运动产生着复杂的非线性效应。
非线性控制理论可以通过建立机器人运动学和动力学模型，对机器人的运动进行控制。
通过非线性控制技术，可以在机器人的系统中实现更好的控制效果，提高机器人的平稳性和精度。
非线性控制在机器人运动控制中的优点非线性控制理论在机器人运动控制中有着许多优点，包括以下几个方面：1. 对于一些非线性系统，非线性控制可以实现更好的控制效果，比线性控制更为有效。
2. 非线性控制能够有效地处理机器人运动中的各种非线性效应，包括摩擦、惯性、重力等，提高了机器人的运动精度和控制稳定性。
3. 非线性控制不仅可以控制单个机器人，还可以控制多个机器人的运动，实现协同运动控制。
总结机器人运动控制中的非线性控制理论是一种非常重要、实用的控制理论。
非线性控制理论通过建立机器人的运动学和动力学模型，解决机器人运动中的非线性效应，提高机器人的运动精度和控制稳定性。
随着机器人技术的不断发展，非线性控制理论的应用也将更加广泛，成为推动机器人技术发展的重要理论之一。
人类运动学中的运动控制原理
人类运动学中的运动控制原理运动是人类生活中必不可少的一部分。
从日常的步行、跑步，到体育运动中的各种动作，都需要人类运动控制技能的支持。
人类运动学是一个研究人类运动控制的交叉学科，涉及到物理、生物和神经科学等多个领域的知识。
在人类运动学中，运动控制原理是非常关键的一部分，它研究的是人体如何通过神经系统控制肌肉产生合适的力量和速度，在各种情境下完成不同的运动任务。
本文将从人类运动学的角度来探讨运动控制原理相关的问题。
生物力学模型生物力学模型是人类运动学中的一个基本理论模型。
它基于牛顿运动定律，分析了人体在运动过程中所受到的各种力和力矩，进而得出肌肉合力和节段运动方程。
通过建立生物力学模型，我们可以精确地描述人体在各个运动状态下的力学特性，进而研究肌肉活动的神经控制策略。
肌肉及力矢量控制肌肉是人体中最重要的动力器官，控制肌肉活动的正是我们神经系统中的运动神经元。
在不同的运动任务中，我们需要控制不同的肌肉群产生不同的力量和速度，从而完成不同的运动形态。
肌肉的运动其实就是在一定的力矢量和关节角度控制下的运动，而力矢量又是由神经系统控制的。
因此，肌肉及力矢量控制是运动控制中的一个重要环节。
运动感受和反馈控制人体在运动过程中接受到各种来自周围环境和肌肉本身的感觉刺激。
这些感觉刺激通过神经系统进行处理和反馈，可以调整肌肉力量和角度达到更合适的运动状态。
例如，当我们进行一个动作时，如果发现出现了错误的运动轨迹，我们的大脑就会下达指令让身体进行调整，使运动达到更准确的状态。
这种运动感受和反馈控制不仅是运动控制的核心环节，也是神经功能研究中重要的研究方向。
神经网络模型神经网络模型是人类运动学中的另一个关键理论模型。
它基于神经元的特性，模拟了神经元之间的相互影响和信号传递，用来解释肌肉运动的神经控制机制。
通过神经网络模型，我们可以研究神经元之间的相互作用以及神经元兴奋和抑制之间的平衡关系，了解人体运动控制的物理和生物机制。
运动控制器原理
运动控制器原理运动控制器是一种用于控制运动设备的装置，它可以通过传感器和电子元件来监测和控制运动设备的运动状态。
运动控制器的原理主要包括传感器检测、数据处理和控制输出三个方面。
首先，传感器检测是运动控制器的基础。
传感器可以感知运动设备的位置、速度、加速度等运动状态参数，并将这些参数转化为电信号输出。
常见的传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器、磁力传感器等。
加速度传感器可以检测运动设备的加速度变化，陀螺仪传感器可以检测运动设备的角速度变化，磁力传感器可以检测运动设备的方向变化。
通过这些传感器的检测，运动控制器可以获取到运动设备的实时运动状态信息。
其次，数据处理是运动控制器的核心。
运动控制器会通过内部的处理器对传感器输出的电信号进行处理，包括滤波、数据解算、姿态解算等算法处理。
滤波可以去除传感器输出的噪声信号，数据解算可以将传感器输出的原始数据转化为实际的运动状态参数，姿态解算可以计算出运动设备的姿态角度。
通过这些数据处理，运动控制器可以准确地获取到运动设备的运动状态信息。
最后，控制输出是运动控制器的功能之一。
在获取到运动设备的运动状态信息后，运动控制器会根据预设的控制算法来控制运动设备的运动状态。
比如，运动控制器可以控制无人机的飞行姿态，可以控制机器人的运动轨迹，可以控制游戏手柄的操作等。
通过控制输出，运动控制器可以实现对运动设备的精准控制。
总的来说，运动控制器的原理是通过传感器检测运动状态，通过数据处理获取运动状态信息，通过控制输出实现对运动设备的控制。
它在无人机、机器人、游戏设备等领域都有着广泛的应用，为运动设备的控制提供了便利和精准。
希望通过本文的介绍，读者能够对运动控制器的原理有一个清晰的认识。
运动控制经典控制理论PID控制
05
PID控制器的优缺点 分析
优点
简单易懂
PID控制算法原理简单，易于理解和 实现，不需要复杂的数学模型。
适用性强
PID控制器可以应用于多种不同类型 的系统和过程，具有很强的通用性。
实时性好
PID控制器能够实时地对系统误差进 行调节，使系统输出快速响应设定值 的变化。
鲁棒性强
对于系统参数的变化和外部干扰， PID控制器具有一定的鲁棒性，能够 保持系统的稳定性。
超调量
反映系统动态性能的重要指标，超调量越小，系 统稳定性越好。
调节时间
系统从初始状态到达稳定状态所需的时间，调节 时间越短，系统响应速度越快。
稳态误差
系统稳定后输出与期望输出之间的误差，稳态误 差越小，控制精度越高。
控制器优化设计方法
根轨迹法
通过绘制根轨迹图分析系统稳 定性，从而优化控制器参数。
能。
02
模糊PID控制器的设计
设计模糊控制器，确定输入输出变量、模糊化方法、模糊规则等，实现
PID参数的在线调整。
03
模糊PID控制的优势
能够处理不确定性和非线性问题，具有较强的鲁棒性和适应性。
神经网络PID控制
01
神经网络的应用
利用神经网络的自学习、自组织 能力，对PID控制器进行优化， 提高控制性能。
分析PID控制器的设 计方法和性能评估
控制理论的发展历程
经典控制理论
以传递函数为基础，采用频率域 分析方法，主要研究单输入单输 出线性定常系统的分析和设计问 题。
现代控制理论
以状态空间为基础，采用时域分 析方法，主要研究多输入多输出 、非线性、时变等复杂系统的分 析和设计问题。
智能控制理论
数控机床的数学模型与运动控制理论
数控机床的数学模型与运动控制理论数控机床是一种通过计算机控制的自动化机械设备，它能够根据预先编程的指令，精确地完成各种复杂的加工任务。
数控机床的核心是其数学模型和运动控制理论，它们的优化和应用对于提高机床的加工精度和效率具有重要意义。
一、数学模型数控机床的数学模型是描述机床运动规律和加工过程的数学方程组。
它包括几何模型、运动模型和力学模型。
几何模型是描述机床工作空间和工件形状的数学模型。
通过建立几何模型，可以确定机床坐标系和工件坐标系之间的转换关系，实现机床的坐标控制。
运动模型是描述机床轴向运动规律的数学模型。
它包括直线运动和旋转运动两种形式。
直线运动模型可以通过直线插补算法实现，而旋转运动模型则可以通过圆弧插补算法实现。
力学模型是描述机床切削力和刚度特性的数学模型。
它可以通过力学分析和有限元分析等方法建立。
力学模型可以用于优化机床结构和刀具轨迹，提高机床的加工质量和切削效率。
二、运动控制理论运动控制理论是指控制机床运动的理论和方法。
它包括运动规划、运动插补和运动控制三个方面。
运动规划是指根据加工要求，确定机床的轨迹和速度规划。
通过运动规划，可以实现机床的高速、高精度加工。
运动插补是指根据机床的数学模型和运动规划，计算机实时生成机床的轨迹和速度指令。
运动插补算法可以根据加工要求进行优化，提高机床的加工效率和质量。
运动控制是指根据机床的数学模型和运动指令，控制机床的运动和加工过程。
运动控制可以通过闭环控制和开环控制两种方式实现。
闭环控制可以根据机床的反馈信息进行实时调整，提高机床的运动精度和稳定性。
三、数控机床的应用数控机床的数学模型和运动控制理论在实际应用中具有广泛的应用价值。
首先，数学模型和运动控制理论可以用于优化机床结构和刀具轨迹，提高机床的加工精度和效率。
通过优化机床结构和刀具轨迹，可以减小机床的动态误差和静态误差，提高机床的加工质量和稳定性。
其次，数学模型和运动控制理论可以用于开发新的数控机床和加工工艺。
运动控制障碍的基本理论
运动控制障碍的基本理论励建安南京医科大学第一附属医院一、概念1、运动控制指肢体精确完成特定活动的能力。
在狭义指上运动神经元体系对肢体运动的协调控制，涉及大脑皮质、小脑、脑干网状结构、前庭等。
广义还包括下运动神经元病变、骨关节病变和神经-肌肉病变的参与。
运动控制的基本要素包括力量、速度、精确和稳定。
2、运动控制障碍特指具有一定的肌力和运动条件，但是无法控制动作的精确性和靶向性的临床现象。
上运动神经元病变往往导致下运动神经元失控（过度兴奋或易化），由于肌肉痉挛或过度活跃、肌肉/关节挛缩、肌肉无力或麻痹、骨关节畸形，致使运动功能失衡，或运动控制障碍，影响患者活动。
3、神经支配的躯体运动形式：（1）反射性运动：运动形式固定，反应迅速，不受意识控制。
主要在脊髓水平控制完成，包括感受器，感觉传入纤维，脊髓前角运动神经元及其传出纤维。
中间神经元在反射性运动中可以有一定的调控作用。
临床常见的反射有保护反射和牵张反射。
例如疼痛的撤退反射等。
此类运动的能量应用效率最高。
（2）模式化运动：运动形式固定、有节奏和连续性运动、主观意识控制运动开始与结束，运动由中枢模式调控器（central pattern generator ，CPG）调控。
除了CPG^制外，模式化运动已知与锥体外系和小脑系统的机能相关，出现下意识的横纹肌自动节律性收缩来“控制”。
例如步行就是典型的模式化运动。
（3）随意性运动：整个运动过程均受主观意识控制，可以通过运动学习过程不断提高，并获得运动技巧。
随意运动主要是锥体束的机能，由横纹肌的收缩来完成。
皮层的随意运动冲动受两个神经元体系控制： a.上运动神经元-皮层脊髓束和皮层脑干束；b.下运动神经元。
三种运动形式之间没有绝对界限。
儿童的运动发育过程是沿着反射性运动-模式化运动-随意运动的顺序发展。
而上运动神经元综合征的患者也是沿着类似的路径恢复。
高级运动功能则是从随意运动开始，通过专项的训练向模式化运动发展，最高境界是进入某种“反射性”运动的状态。
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• 理解任务的性质可以提供任务结构的框架。 任务可根据其间的关系归纳为共同的特点 采取由易到难的顺序编排。
环境对动作的限制
• 任务的执行是在很宽泛的环境中进行的。除了任 务的特性之外，运动也受环境特征的约束。为了 实现功能，在计划任务特定性动作时，中枢神经 系统必须考虑环境的特性。 • 影响运动的环境特点被分为规则性和非规则性。 • 规则性特点明确了形成动作本身的环境方面。例 如：茶杯的大小，形状。 • 非规则性环境特征的例子包括背景噪声以及存在 的注意力分散的情况。
反射理论
• Sherrington的研究形成经典运动控制反射 理论的实验基础。他认为复杂行为能通过 一系列单个反射的复合行为来解释
局限性
等级理论
• 英国的物理学家HUGHLINGS认为大脑有高 级、中级和低级水平的控制，同样，有高 级联络区，运动皮质和脊髓水平的运动功 能。
运动程序理论
运动控制
• 运动控制定义为调节或者管理动作所必需 机制的能力。 • 运动控制的领域是直接研究动作的性质， 以及动作是怎样被控制的。
动作
• 动作的产生是由三个因素相互作用而来： 个体，任务以及环境。 • 动作是围绕任务和环境的要求来组织的。 在一个特定的环境中，个体产生的动作是 为了达到任务要求。从这一方面来看，我 们认为动作的组织受到个体、任务和环境 几个因素的制约。
个体内限制动作的因素
• 在个体中动作是通过许多大脑结构和程序 的合作而出现的。 • 动作是由相互作用、相互影响的多个程序 产生的，包括那些与其相关的知觉，认知 和行为。
任务对动作的限制
• 任务对动作的神经组织加上了限制。 • 在日常生活中，我们执行大量各种需要运动的功 能活动。所执行任务的本质在部分程度上决定了 所需要的动作类型。 • 中枢神经系统功能的康复要求患者针对感觉/知觉， 运动和认识损伤形成适合功能任务需要的运动模 式。因此，帮助患者学习/重新学习执行功能任务， 并要考虑到潜在的功能缺损的治疗策略，是最大 限度使患者恢复功能独立的基础。
改善步态适应性
• 在改善步态适应性的干预阶段再训练的目 标主要集中于帮助患者适应在不同的环境 下行走。如果患者已经可以在水平面上步 行，治疗可以延伸到更复杂更有挑战性的 地面活动。本研究在此方面主要的设计包 括改变支撑面的大小、形状、以及环境等 内容，帮助患者能尽早地回归社会。
损伤水平
腘绳肌牵伸 足背屈 踩夹子 滑轮 踝牵伸 起踵提膝
策略水平
下肢前伸 后踢腿 屈膝半蹲 星形伸展平衡 仰卧抬腿
踏步练习 走斜坡 上下台阶 后上下台阶 行走的整体模式练习
Hale Waihona Puke 改变步态适应性第1趾骨、第2-5趾骨、第1跖骨、第2跖骨、 第3跖骨、第4跖骨、第5跖骨、足弓、足跟 内侧、和足跟外侧 足刚开始着地时相、跖骨刚开始着地时相、 趾骨刚开始着地时相、足跟离开地面时相、 趾离地时相。四个阶段：着地阶段、前掌 接触阶段、整足接触阶段、离地阶段
• 1、功能水平 • 2、对完善技能的策略的描述 • 3、限制功能性活动的潜在的感觉、运动和 认知障碍的量化。
• 功能水平的检查重点在于衡量个体必须完 成的任务和活动时的能力。
功能性检查的定性方法
• 任务导向的步行干预包括与移动相关的功 能性任务练习。
损伤水平
• 损伤水平的治疗目标是帮助患者有效地恢 复其感觉运动功能，在步行训练中，要特 别注意那些限制前进力量、姿势控制和功 能适应的骨骼肌肉损伤。本研究首先根据 观察患者的行走特征以及干预前测试的患 者的足底压力数据，评价患者的损伤水平， 根据患者的损伤水平设置训练内容，这包 括患者的感知觉能力、姿势控制和受损骨 骼肌肉的训练等。
策略水平
• 在策略水平再训练的目标是帮助患者提高有效性 和效率，以达到行进、姿势支撑和稳定性，以及 功能的适应性的主要要求。策略水平的治疗方法 必须基于理解正常与异常步态的基础上，并从实 施的运动控制和运动中学习以下介绍的为达到某 一特定的步态进行物理治疗很重要，阶段性治疗 对步态的恢复非常有效，阶段性治疗是以正常步 态与病理步态的理解为基础并和其他方法相结合。 本研究主要是在训练过程中观察患者行走时与正 常人行走的区别，通过练习，提高患者的行进、 姿势支撑和稳定性，改善患者的行走策略。
运动控制的理论
• 运动控制的理论描述了运动是怎样被控制 的。 • 运动控制的理论是关于控制运动的一组抽 象的概率。 • 理论是一系列内部之间相互联系的陈述， 用来描述不可被观察到的结构或者过程， 并将它们互相联系起来，以及同可观察到 的事件联系起来。
理论提供了：
• 解释行为的理论框架：理论允许治疗师看到超过 某个患者的行为之外的东西，将应用拓宽到更多 的病例中 • 指导临床操作：理论为治疗师提供了一个可能的 操作指导。 • 新的观点：理论是动作的，不断改变的，以反映 与理论相关的更多的认识。 • 检查和治疗有效地假设：理论因其抽象性，并不 是可直接进行测试的，确切地说。理论产生可进 行验证的假说。通过验证假说所得到的信息用来 证实该理论有效与否。
• 系统理论、动态动作理论、生态学理论
运动控制理论
• 最完整的运动控制理论？？ • 最好的运动控制理论是整合了目前所有理 论的综合体。 • 进一步将很多由其他运动控制理论提出的 内容整编。这种方法认识到动作是在个体、 任务和执行任务时的环境之间的相互作用 而产生的，
任务导向方法
以任务为导向的检查方法