28、时间延迟与平衡控制中的间歇性控制及数值积分方法

时间延迟与平衡控制中的间歇性控制及数值积分方法

在平衡控制和相关的动力学研究中，时间延迟以及间歇性控制等概念起着关键作用，同时数值积分方法也是研究中的重要工具。下面将详细介绍这些内容。

振动对人体平衡控制的影响及感觉死区

振动对人体平衡控制的影响凸显了感觉死区的重要性。感觉死区在姿势摇摆和指尖平衡杆时都存在。
- 姿势摇摆时的感觉死区 ：姿势摇摆时踝关节角度的波动小于十分之一度，远小于前庭和视觉系统的阈值，因此目前认为姿势摇摆的主要感觉输入是本体感觉。这种感觉死区约为 0.05 - 0.08°。曾经认为在安静站立时，跟腱的刚度足以维持平衡，但近期测量表明，虽然跟腱刚度有助于平衡控制，但神经系统的主动反馈控制也是必需的。
- 指尖平衡杆时的感觉死区 ：指尖平衡杆时 θ 的波动比姿势摇摆时关节角度的变化大一个数量级。闭眼后原本平衡的杆子很快倒下，这表明视觉是更重要的感觉输入。感觉死区的产生是因为神经系统很难估计杆子在前后方向的垂直位移角度。例如，一位能在指尖平衡 0.3 米长杆子超过 4 分钟的专家，当遮住一只眼睛时，平衡同一根杆子的时间不到几秒。徒步旅行者也熟悉这个问题，远处看起来垂直的山，走近后会发现有坡度。指尖平衡杆时的感觉死区约为 1 - 3°。

在控制方面，感觉死区代表一种强烈的小尺度非线性。这种非线性在线性系统的大规模稳定中没有影响，但在小尺度上可能导致复杂的动力学，包括极限环振荡甚至微混沌。虽然感觉死区可能被认为是麻烦，但在存在噪声扰动的情况下有优势。在这种情况下，存在一个基本问题，即区分哪些波动需要控制器采取行动，哪些不需要。控制器对偏差反应过快会导致“过度控制”，导致不稳