基于模型辨識(shí)的鉛球比賽投擲軌跡曲線控制算法研究＊

茍小平 ,張萬軍 ,張 峰 ,張景軒 ,張景怡 ,張景妍

（1.隴東學(xué)院體育學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.甘肅澤德電子技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741003；3.蘭州工業(yè)化設(shè)備有限公司，甘肅 蘭州 730050）

1 問題的提出

近年來，標(biāo)槍投擲及比賽出現(xiàn)后退的現(xiàn)象，其中原因諸多，鉛球投擲技術(shù)及動(dòng)作控制停滯不前[1-4]。本文提出了一種鉛球比賽投擲軌跡曲線模型辨識(shí)的控制算法。建立了鉛球比賽投擲軌跡曲線模型辨識(shí)的控制模型，使用Matlab 仿真。

近年來，有關(guān)學(xué)者對(duì)茍小平、張萬軍等研究成果進(jìn)行了研究，重點(diǎn)主要集中在體育產(chǎn)品研制和插補(bǔ)曲線的應(yīng)用上。仿真結(jié)果表明：該算法符合鉛球比賽投擲軌跡曲線模型的辨識(shí)方法。該方法具有快速、準(zhǔn)確、平滑地判斷曲線軌跡的能力，為教練員提供了知識(shí)理論。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該辨識(shí)建模方法的可行性和有效性。

2 國際鉛球比賽投擲的動(dòng)作分解

國際鉛球比賽投擲的分解圖（如圖1 所示）：

圖1 國際鉛球比賽投擲的分解圖

投擲劃分：

（1）跨步階段：從投擲步第二步到跨步右腳落地瞬間；

（2）左腳單支撐階段：從跨步右腳落地力矩到左腳落地力矩；

（3）雙足支撐階段：從左腳接觸地面到標(biāo)槍射擊；

（4）迎角：投擲初速方向與水平面之間的夾角。

3 鉛球比賽投擲軌跡曲線的模型辨識(shí)

通過關(guān)節(jié)模型得到投擲步數(shù)和最大投擲步數(shù)。包含幾個(gè)因素：

負(fù)對(duì)數(shù)似然函數(shù)可以表示為：

利用公式（4）迭代，可以得到模型參數(shù)的估計(jì)。

3 鉛球比賽投擲的實(shí)驗(yàn)

鉛球比賽投擲軌跡曲線的模型辨識(shí)算法測試的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為隴東學(xué)院體育學(xué)院，在隴東學(xué)院體育教師及學(xué)生進(jìn)行鉛球比賽投擲訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)行實(shí)物教學(xué)訓(xùn)練中，拍攝了減肥運(yùn)動(dòng)和跑步機(jī)器人控制算法測試的照片（如圖2 所示）。

圖2 投擲軌跡曲線的模型辨識(shí)算法測試

4 仿真與分析

建立了鉛球比賽投擲軌跡曲線模型辨識(shí)的控制模型，使用Matlab 仿真。使用MATLAB 軟件對(duì)減肥運(yùn)動(dòng)和跑步的非線性參數(shù)估計(jì)與辨識(shí)算法進(jìn)行仿真，分別做出實(shí)際曲線、鉛球比賽投擲軌跡曲線模型辨識(shí)曲線1、比較試驗(yàn)?zāi)M圖（如圖3、圖4 和圖5 所示）。

圖3 實(shí)際曲線仿真曲線圖

圖4 鉛球比賽投擲軌跡曲線模型辨識(shí)曲線1 圖

圖5 比較試驗(yàn)?zāi)M圖

由仿真圖3～5 可知：仿真結(jié)果表明：該算法符合鉛球比賽投擲軌跡曲線模型的辨識(shí)方法。該方法具有快速、準(zhǔn)確、平滑地判斷曲線軌跡的能力，為教練員提供了知識(shí)理論。