經(jīng)典條件反射認(rèn)知模型及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、自然生命或生物系統(tǒng)的諸多技能是生物個(gè)體在發(fā)育成長(zhǎng)過程中漸進(jìn)地形成和發(fā)展起來的。技能的形成和發(fā)展過程是生物系統(tǒng)的認(rèn)知過程，是自然生命認(rèn)知能力的體現(xiàn)。理解和模擬自然生命的認(rèn)知行為，并將這種行為賦予人工生命或人工系統(tǒng)是認(rèn)知科學(xué)、人工智能和機(jī)器人學(xué)的重要課題。 本文對(duì)經(jīng)典條件反射認(rèn)知模型及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，取得的主要成果有： 第一：基于尖峰神經(jīng)元的條件反射模型。 本文建立了一種以尖峰神經(jīng)元為基本元素的經(jīng)

2、典條件反射模型(ClassicalConditioningModelwithSpikingNeurons，CCMsn)。在CCMsn模型中，各神經(jīng)元互聯(lián)形成具有反射弧結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。尖峰神經(jīng)元用時(shí)間來計(jì)算和交流信息，這使CCMsn模型能充分表現(xiàn)經(jīng)典條件反射對(duì)時(shí)間的依賴性。論文基于有衰減項(xiàng)的Hebb突觸修飾規(guī)則和蜜蜂腦部認(rèn)知結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了反映“刺激-響應(yīng)-強(qiáng)化”特征的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，使CCMsn模型具有經(jīng)典條件反射行為和認(rèn)知行為。論文應(yīng)用CCM

3、sn模型成功地模擬了習(xí)得、刺激間隔效應(yīng)、遺忘、阻止和二階條件反射等典型現(xiàn)象。 第二：基于CCMsn模型的運(yùn)動(dòng)控制技能認(rèn)知算法。 本文研究了基于CCMsn模型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(MotorControlSystem，MCS)和運(yùn)動(dòng)控制技能認(rèn)知算法(MotorSkillCognitiveAlgorithm，MSCA)。在運(yùn)動(dòng)控制技能的認(rèn)知過程中，首先建立控制對(duì)象模型，用于CCMsn模型的訓(xùn)練和系統(tǒng)仿真試驗(yàn)；然后根據(jù)控制對(duì)象和控制

4、目標(biāo)的具體情況確定認(rèn)知對(duì)象各狀態(tài)的無條件刺激范圍和條件刺激范圍；最后進(jìn)行經(jīng)典條件反射訓(xùn)練。運(yùn)動(dòng)控制技能的形成和發(fā)展是生命個(gè)體學(xué)習(xí)和認(rèn)知的過程，條件反射的形成是一個(gè)認(rèn)知的過程，CCMsn模型的結(jié)構(gòu)和算法具有神經(jīng)生理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)依據(jù)，因此MSCA算法能使技能的獲取表現(xiàn)出生物系統(tǒng)的發(fā)育和進(jìn)化的自組織特征，使機(jī)器主體(RoboticAgent)自發(fā)地學(xué)會(huì)控制技能。 第三：基于CCMsn模型和MSCA算法的倒立擺控制 本文以倒立擺

5、為具體控制對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于CCMsn模型和MSCA算法的控制系統(tǒng)。根據(jù)倒立擺的具體情況，將CCMsn模型的反射機(jī)構(gòu)分為正負(fù)兩部分。根據(jù)控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)了認(rèn)知評(píng)價(jià)函數(shù)，用于評(píng)價(jià)CCMsn模型的認(rèn)知效果。在實(shí)驗(yàn)初期，CCMsn模型只對(duì)無條件刺激產(chǎn)生響應(yīng)，即只在擺桿超過設(shè)定值時(shí)才對(duì)倒立擺施加控制力。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)典條件反射訓(xùn)練，CCMsn模型可以自發(fā)地學(xué)會(huì)運(yùn)動(dòng)平衡控制技能，實(shí)現(xiàn)對(duì)擺桿角度的控制。仿真實(shí)驗(yàn)表明，CCMsn模型可以應(yīng)用于機(jī)器主體的