非线性系统辨识在人体动态平衡建模中的应用

发布时间：2024-03-30 23:30

　　平衡能力是人体的重要功能,在人类生活中起着重要的作用,例如,人体维持各种静态姿势,完成各项简单或复杂动作,进行各类体育活动等。而对于老年人、脑卒中患者和伤残病人平衡能力就显得更加重要。因此,对人体平衡能力的研究具有重大意义。人体动态平衡过程的建模,可用来分析人体在受到外界扰动时,恢复平衡的能力。已有研究,通常以PD/PID控制器作为中枢神经系统,控制小角度晃动下的人体线性化模型,如一级或二级倒立摆模型等,仿真得到人体的动态平衡调节过程曲线。但是,人体是一个复杂的非线性系统,简单的线性化模型,不能真实的反映人体平衡调节过程。而非线性系统辨识方法,可以解决非线性建模问题。近年来,基于神经网络、模糊逻辑、遗传算法等知识形成了许多新型的辨识方法,已成为非线性系统辨识的研究趋势。因此,本文的具体研究内容包括以下几个方面:第一,基于六自由度运动平台,在被动运动模式下,研究人体动态平衡过程中的频率特性。另外,针对人体重心数据的采集,本文采用加速度传感器,解决了人体压力中心随频率变化时,不能准确反映人体质心轨迹的问题。最终,通过实验及分析得到了人体动态平衡调节过程中的带宽,为非线性系统辨识提供了基本信...

【文章页数】：52 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1人体频率特性实验系统构成

图2-1人体频率特性实验系统构成动平台用来提供足底被动激励；传感器1固定在人体髋的加速度值；传感器2固定在运动平台上，同步测量运为数据采集系统。下面对各个组成部分分别进行介绍。

图2-2六自由度运动平台运用到本研究中，六自由度运动平台可以产生X轴、Y轴的平动和转动激励信号，

图2-2六自由度运动平台，六自由度运动平台可以产生X轴、Y轴的平动，激励信号可施加于其足底，导致受试者重心偏节机制，调节自身平衡，使重心恢复到平衡位置

图2-4非线性系统辨识系统构成

统辨识系统构成用力平台，倾角传感器及PC104，如图2-4所示

图2-5力平台

图2-5力平台包括：围：-5V~+5V；电源电压为：±12V；围：-100kg~+100kg；

本文编号：3943105