首页> 正文

一种结构可生长的认知模型及其在运动平衡控制中的应用

2020-11-21阅读(715)

一种结构可生长的认知模型及其在运动平衡控制中的应用

论文摘要

生物的诸多技能是在个体发育过程中逐渐发展形成的,是生物的一种认知行为。本文从模拟人或动物的技能学习角度出发,构造了一种面向低级认知行为的结构可生长的认知模型,并将其应用于运动平衡技能获取的过程之中,实现了对倒立摆的平衡控制,取得的主要研究成果如下: （1） 本文依据神经生理学部分研究成果,构造了一种结构可生长的技能认知模型(Cognitive Model with Growing Structure,简称CMgs)。CMgs具有模拟生物系统反射弧的简单结构RC,包括传入神经、中枢神经和传出神经,尤其是其中枢神经工作域的网络结构与神经元数量可以增长。CMgs的认知算法CA包括工作算法WA和组织算法OA:WA通过自组织特征映射的竞争机制,对输入刺激进行模式识别并输出对该刺激的反应;自组织算法OA,要对输入刺激进行自动的模式分类学习,使中枢神经网络自发地找到适合的结构和规模,还要通过对刺激进行锐化或钝化,使每一个神经元所代表区域自组织地逼近其正确响应。（2） CMgs的认知算法CA中,组织算法OA是实现自组织技能获取的关键步骤。本文结合细胞生长结构算法（Growing Cell Structure,简称GCS）构成生长算法GRA,在神经中枢工作域实现对刺激信号的模式分类,通过新神经元的不断生长,自组织地进行演化。同时CMgs采用强化Hebb突触修饰的无监督学习机制RHA,实现不同的神经元以最佳方式响应不同性质的信号刺激。而评价机构EA为GRA和RHA提供指导信息,是二者的基础。（3） 本文将CMgs的结构与算法整合,提出了认知模型在技能学习中的实现方案。CMgs在与对象或环境的交互过程中,通过“行动—评价—改进”的方式,实现自组织的技能学习。文中进行了仿真实验研究表明,采用CMgs能够有效地习得针对开环不稳定的二阶系统的控制技能。文中还将CMgs和模糊控制方案相比较,模糊控制需要事先对经验进行必要的总结,而CMgs可以在无任何先验知识的情况下对控制技能进行自发的学习,并找到适合的网络结构。（4） 本文将CMgs应用于运动平衡控制技能学习之中,构成了面向运动平衡技能的认知模型（Cognitive Model to Motor Balance Skill,简称CMMBS）,模型在学习过程中通过任务完成情况的评估,来指导神经中枢网络的生长与神经元联结权值的修正。本文以运动平衡控制的抽象物理模型——倒立摆为对象,应用CMMBS实现倒立摆的自学习控制,仿真实验表明:CMMBS在自治地与环境的交互作用中,可以通过神经系统自身的发育,自组织的发展运动平衡控制技能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源及研究背景
  • 1.2 神经网络的发展与自组织机器人主体研究
  • 1.3 基于神经生理学和认知科学的认知模型研究与发展
  • 1.4 自组织神经网络的发展
  • 1.4.1 生物学启示
  • 1.4.2 自组织竞争神经网络的发展
  • 1.4.3 结构自适应自组织神经网络的研究
  • 1.5 本文主要工作
  • 1.6 论文组织
  • 第2章 结构可生长的运动技能认知模型
  • 2.1 认知模型的神经生理学基础
  • 2.1.1 反射弧——最基本的神经系统
  • 2.1.2 反射弧中的神经网络
  • 2.1.3 基于刺激和反应的学习
  • 2.2 认知模型的总体设计思路
  • 2.2.1 反射弧式的结构
  • 2.2.2 反射式的工作进程
  • 2.2.3 实现突触修饰与网络结构生长
  • 2.3 结构可生长的技能认知模型组成及工作原理
  • 2.3.1 CMgs的组成
  • 2.3.2 CMgs的工作原理
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 认知模型的自组织算法基础
  • 3.1 细胞生长结构算法
  • 3.1.1 GCS 网络构成
  • 3.1.2 GCS 竞争与生长算法
  • 3.1.3 仿真实验研究
  • 3.2 强化Hebb 突触修饰算法
  • 3.2.1 经典的Hebb 学习律与反Hebb 学习律
  • 3.2.2 基于强化Hebb 学习的非联合型学习模型
  • 3.2.3 仿真实验研究
  • 3.3 本章小结
  • 第4章 结构可生长的认知模型结构、算法与实现
  • 4.1 CMgs反射弧结构RC与工作算法WA
  • 4.2 自组织学习算法OA
  • 4.2.1 生长算法GRA
  • 4.2.2 强化Hebb 算法
  • 4.3 评价机构
  • 4.4 认知模型在技能学习任务中的实现方案
  • 4.5 认知模型控制二阶系统仿真实验
  • 4.5.1 问题描述及评价机制EA 的建立
  • 4.5.2 认知模型的控制技能学习及实验结果分析
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 认知模型在运动平衡技能学习中的应用
  • 5.1 倒立摆系统及其学习控制研究
  • 5.1.1 倒立摆系统及其神经网络控制研究
  • 5.1.2 倒立摆的数学模型
  • 5.2 面向平衡任务的技能认知方案
  • 5.3 倒立摆系统平衡技能认知学习仿真实验
  • 5.3.1 直线一级倒立摆的平衡控制
  • 5.3.2 旋转一级倒立摆的平衡控制
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].啤酒二氧化碳平衡控制研究[J]. 中外酒业·啤酒科技 2017(23)
    • [2].一种载人球形载具的运动分析与自平衡控制[J]. 科技资讯 2015(12)
    • [3].两轮机器人在坡面上的运动平衡控制[J]. 传感器与微系统 2014(03)
    • [4].飞机载重平衡控制之我见[J]. 硅谷 2012(16)
    • [5].巨型液压机同步平衡控制系统的控制优化[J]. 机电一体化 2008(06)
    • [6].基于机器学习实现双轮机器人平衡控制的应用研究[J]. 计算机测量与控制 2011(12)
    • [7].两轮直立车平衡控制系统的设计[J]. 电子制作 2015(08)
    • [8].两轮自平衡车姿态检测与平衡控制[J]. 控制工程 2017(08)
    • [9].运用AMESim/Simulink的液压机同步平衡控制系统的仿真研究[J]. 现代制造工程 2009(02)
    • [10].模糊自适应在机器人行走平衡控制中的应用[J]. 计算机工程与应用 2012(13)
    • [11].基于SPWM的Z源三电平逆变器升压与中点平衡控制[J]. 电源学报 2019(06)
    • [12].DAB DC-DC变流器的磁平衡控制方法[J]. 电工技术 2018(11)
    • [13].基于脱硫系统超低改造后水平衡控制研究[J]. 山东工业技术 2018(04)
    • [14].一种变载波偏置的三电平中点电压平衡控制[J]. 电源学报 2014(04)
    • [15].两轮小车姿态检测与平衡控制研究[J]. 工业仪表与自动化装置 2014(03)
    • [16].电动独轮平衡车的设计与分析[J]. 科技广场 2017(01)
    • [17].行为受限下Acrobot起摆平衡控制研究[J]. 控制工程 2012(02)
    • [18].操作条件反射学习自动机及其在机器人平衡控制中的应用[J]. 控制与决策 2013(06)
    • [19].300kA双平衡控制生产实践[J]. 中国金属通报 2010(06)
    • [20].基于遗传算法的加热炉支管平衡控制[J]. 微计算机信息 2008(10)
    • [21].卷烟工艺风力平衡控制系统的设计与实现[J]. 沈阳航空航天大学学报 2015(04)
    • [22].基于最大反馈线性化的两轮机器人平衡控制[J]. 控制工程 2011(02)
    • [23].基于LabVIEW的平台平衡控制系统的研究[J]. 电气传动 2011(01)
    • [24].基于单片机的杆球平衡控制系统的研究[J]. 实验技术与管理 2009(01)
    • [25].基于FBFN的鲁棒仿生学习系统设计及在运动平衡控制中的应用[J]. 机器人 2010(06)
    • [26].采用改进的LQR进行Pendubot系统的平衡控制[J]. 机械与电子 2018(02)
    • [27].基于切换PID的无人自行车的平衡控制[J]. 电子器件 2019(03)
    • [28].开路及短路组合故障下容错型永磁磁通切换电机转矩冲量平衡控制策略的研究[J]. 电工技术学报 2020(09)
    • [29].自由式滑雪空中技巧运动员平衡控制能力研究[J]. 中国体育科技 2016(04)
    • [30].基于三连杆动力学模型的仿人机器人站立平衡控制[J]. 机器人 2016(04)

    标签：;  ;  ;  ;  

    一种结构可生长的认知模型及其在运动平衡控制中的应用
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2025 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5