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人类棍子平衡:间歇性控制的解释。 (英语) 兹比尔1294.93042

小结:在指尖上(或在移动的推车上)平衡旋转的斗杆有两个问题:保持斗杆角度接近垂直,以及保持水平位置在可及范围或推车轨道内。角度的(线性化)动力学是二阶的(尽管是由枢轴加速度驱动的),因此,与人体站立一样,角度的控制本身并不困难。然而,一旦角度得到控制,位置动力学通常为四阶。这使得人类很难进行控制(甚至工程控制系统也需要仔细设计)。最近,其中三位作者通过实验证明,人类以一种特殊的方式控制杆角度:闭环倒立摆的行为就像一个非倒立摆,在杆中心和尖端之间有一个虚拟枢轴,重力增加。此外,他们认为虚拟枢轴位于质心上方的回转半径(关于质心)。本文给出了一种连续时间控制——虚拟终端方法的理论解释。特别是,通过使用一种新型的级联控制结构,表明虚拟枢轴的水平控制变成了一个二阶问题,比一般的四阶问题更容易解决。因此,使用虚拟枢轴方法可以使受试者将控制问题视为两个单独的二阶问题,而不是一个四阶问题,从而简化了控制问题。使用三位作者之前提供的数据验证理论预测,并使用标准参数估计方法进行分析。实验数据表明,尽管所有受试者都采用虚拟枢轴方法,但不太专业的受试者表现出较大的振幅角运动和较差的平动控制。众所周知,人的控制系统是延迟和间歇的,因此,连续时间策略是不正确的。然而,本文使用的间歇控制模型基于虚拟枢轴连续时间控制方案,处理时滞,并且伪装成底层连续时间控制器。此外,间歇控制的事件驱动特性可以解释实验观察到的变异性。

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