第一节 闭环与开环控制系统在线视频

同学你好

我是北京体育大学的李翰君

今天我们继续学习运动技能学习与控制

今天我们的内容是动作控制理论的

闭环控制系统与开环控制系统

我们先讲一下闭环控制系统

闭环控制呢

又称为反馈控制

先给大家举个例子

空调其实就是典型的反馈控制系统

我们会预设一个温度

比如说是26度

当我们的外界环境温度呢

低于26度的时候

我们的空调就会开启

然后加暖风

然后呢不断的比对

当达到26度的时候呢

我们的空调会停止

这呢其实就是一个反馈的控制

他的基本模型呢

就分为以下几个步骤

首先呢我们是通过环境的反馈

来与参考值相比较来确定误差

然后呢

这个误差是否存在

来决定我们的执行系统是否开始工作

然后呢

最终我们的效应器呢

来进行一个实施这个决策

刚才我们提到了反馈控制

那我们的反馈控制

其实就一定需要有信息的输入

那我们的信息输入来自于哪里呢

就来自于我们的视觉

听觉和本体感觉

举个例子来说

当我们在骑自行车的时候

我们的视觉起到了什么作用

我们会不停的会观看我们的路面的情况

使我们一直是处在赛道内

而我们的听觉呢

是会听到周围的声音

然后会听到后面有没有其他车辆过来

然后我们及时避让

而在骑自行车的过程中呢

维持平衡又是很重要的啊

我们的本体感觉呢

也是不断地会提供这些信息

让我们维持这个修正

所以呢

我们的闭环控制是来自于我们的各种感觉

但是呢

我们的感觉反馈呢

是需要时间的

所以呢

闭环控制的特点呢

就是只适用于慢速的动作

或者说是初学的动作

比如说广场舞和广播体操

大家想想

为什么广场舞那么流行呢

其实就是因为他简单而且慢速

就算你没有学过你

只要当天看着前面的领操员在做

你就能跟着去做

那这个呢其实就是以反馈控制为主的

它主要是适合慢速动作和初学动作

所以呢

我们的闭环控制或者说反馈控制系统呢

是无法解决人类的快速动作的

比如说我们的投掷运动

那它在完成的过程中呢

不到一秒钟的时间

在这零点几秒钟呢

我们的感觉反馈

来不及被我们的动作修正做出调整

所以呢

在这种情况下是开环控制

我们后面会讲

那么下面要问大家一个问题

篮球的投篮算反馈控制吗

大家想一想

篮球投篮本身来说是一个相对快速的动作

所以呢应该是来不及反馈的

所以对于篮球来说呢

他应该是开环控制

而不是闭环控制

那我再问一个问题

如果我现在连续投篮

我发现了每次都偏左

那我现在做了动作调整投进了

那这个算反馈控制嘛

这个呢是一个特别容易错的一个地方

因为大家会觉得

哎我前面一直投篮偏左

那我后面一定

是根据这个信息作了调整才投进的

这听起来应该像反馈啊

那这个是吗

这个呢

其实应该叫做前馈

前馈是什么呢

前馈其实就是在动作产生前进行预测

并采取措施使可能出现的偏差

可以事先解决的方法叫做前馈控制

所以刚才我说的那个情况呢

应该叫前馈控制

它是根据前面失败这个信息

然后呢做出了一个调整

也就是说在动作之前进行了预测和调整

所以呢

大家一定要了解前馈和反馈的一个区别

反馈是在动作中进行调整

而前馈呢

是在动作前进行调整

下面呢

我们再来讲开环控制系统

开环控制系统呢

和闭环控制系统相对应

它其实就是没有反馈

我们可以举一个例子

就是电风扇

我们点开开关

它就开始运行

让我们点击关闭

它就不运行

它并不会去比对环境中的一些信息

所以呢

开环控制并没有反馈

所以呢

无法实时比对误差信息

也就无法进行一个精确的调控

所以呢

这就是开环系统的一个特点

因为没有反馈

所以在动作中呢

无法进行修正

而且呢

在动作之前呢

就必须事先确定动作方式及时机

因为在动作过程中

他是来不及进行调整的

它适应什么情况呢

它是适应环境高度可预测的时候

开环控制是极有效的

但是呢

因为没有反馈的缺点

他是无法处理一些突发情况的

下面呢

我们再梳理一下

开环控制以及闭环控制的一个关系

首先呢

虽然有的时候是开环控制

但并不一定代表

感觉反馈是没有意义的

还有可能是因为这个时间过短

动作过快

来不及进行动作的调整

比如说我们在进行投篮的时候

其实呢

这个感觉是存在的

很多人呢

可能球一出手就知道这一球感觉上不太好

但是呢

在动作过程中

他是来不及进行调整的

开环控制呢与闭环控制呢

其实是可以转换的

比如说在初学动作时

那可以用慢速动作

也就是闭环控制去完成动作的学习

而随着水平的提高呢

速度会逐渐地加快

然后呢变为了一个

开环控制

举例来说

我们可以看到很多学习网球发球的同学

一开始会做一个分解练习

比如说可能会做一个挠背的一个动作

那这个时候呢

它其实就是一个慢速的

模仿的一个练习

随着水平的提高呢

然后呢

速度会逐渐加快

变成一个开环控制的情况

这张图表呢

可以完整地去说明一下

开环控制系统与闭环控制系统的优点与缺点

开环控制系统呢

它是适用于快速的动作技能

而且呢

它的注意力需求是非常小的

但它的缺点是什么呢

它是对于没有练习过的技能呢

是无效的

而且对于不可预测的

不断变化的环境也是无效的

而闭环控制系统呢

它的优点是适用于没有练习过的技能

可以在做动作的同时进行动作的修正

而且呢

是可以完成高精度的动作

但它的缺点呢

是需要的注意力需求比较高

而且呢

需要更多的计划和执行时间

这次课的内容就到这里

谢谢大家