WSPOMAGANIE TRENINGU SPORTOWCÓW

WSPOMAGANIE TRENINGU SPORTOWCÓW
MODELOWANIE ODPOWIEDZI UKŁADU KRĄŻENIA NA WYSIŁEK FIZYCZNY
AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA I NOWOCZESNE CZUJNIKI
▪ Monitorowanie podstawowych wielkości fizjologicznych
▪ Urządzenia wyposażone w bezprzewodowe czujniki są dostępne dla przeciętnego
użytkownika
▪ Dostęp do danych „zawsze i wszędzie”
▪ Planowanie treningu i podejmowanie decyzji
▪ Zadanie – bieg na czas
▪ Jak rozłożyć wysiłek na trasie, aby dobiec do mety w najkrótszym
czasie?
▪ Pomiary:
▪ prędkość
▪ puls
PROBLEM
Planowanie treningu biegacza
MODEL MATEMATYCZNY ODPOWIEDZI UKŁADU
KRWIONOŚNEGO NA WYSIŁEK FIZYCZNY
▪ Cheng, T. M., Savkin, A. V., Celler, B. G., Su, S. W., &
Wang, L. (2008). Nonlinear modeling and control of
human heart rate response during exercise with
various work load intensities. IEEE Transactions on
Biomedical Engineering, 55(11), 2499–2508.
Vprędkość
P  a1  P  a2  Z  a2  V 2
a4  P

Z  a3  Z 
1  e a5  P
P - puls
Z - zmęczenie
V
prędkość
Sportowiec
P
puls
MODEL KOMPUTEROWY W SIMULINK-U
SYMULACJA KOMPUTEROWA
1
znormalizowana 0,5
prędkość
0
V
0
10
20
30
40
20
40
70
80
90
100
60
80
100
czas
P
Z
60
czas
20
puls
10
–
0
puls
0
spoczynkowy
zmęczenie
50
0,8
0,3
0
10
20
30
40
50
czas
60
70
80
90
100
DOPASOWANIE MODELU DO DANYCH
POMIAROWYCH – IDENTYFIKACJA SYSTEMU
Algorytm
identyfikacji
V
Obiekt
(biegacz)
P mierzone
Ocena modelu
Q(a)
Model
a1, a2, a3, a4,a5
P obliczone
Parametr
Typowa wartość
a1
a2
a3
1.84
a4
a5
24.32
0.0636
0.00321
8.32
DOPASOWANIE MODELU DO DANYCH
POMIAROWYCH – IDENTYFIKACJA SYSTEMU
czas
PLANOWANIE TRENINGU
▪ Podstawowe elementy planu treningu zawierają czasy trwania:
▪ odpoczynków (prędkość zerowa)
▪ aktywności (wysoka prędkość),
▪ regeneracji (niska prędkość, np. chód)
ZADANIE OPTYMALIZACJI PLANU BIEGU
▪ Dane
▪ dystans D
▪ model
▪ limity zmęczenia i prędkości Zmax i Vmax
▪ Funkcja celu
▪ czas T przebycia dystansu D
▪ Decyzja
▪ plan treningu u(t) minimalizujący T
▪ Ograniczenia
▪ max Z(t) ≤ Zmax
0≤t≤T
▪ max u(t) ≤ Vmax
0≤t≤T
ZADANIE OPTYMALIZACJI PLANU BIEGU
▪ Optymalny plan treningu
• optymalizacja przeprowadzana jest z wykorzystaniem algorytmu symulowanego wyżarzania
▪ Najczęściej generowany scenariusz
• prędkości w kolejnych fazach są coraz większe (w ostatniej fazie użytkownik osiąga tzw. pułap
beztlenowy)
ZADANIE OPTYMALIZACJI PLANU BIEGU
▪ Zadanie sterowania: użytkownik powinien biec zgodnie z optymalnym scenariuszem u*(t)
▪ System wspomaga użytkownika:
▪ w przełączaniu się pomiędzy kolejnymi fazami biegu (odpoczynek, aktywność,
regeneracja),
▪ w utrzymywaniu prawidłowej prędkości.
▪ Typowe sygnały sterujące μ(t) :
▪ komendy głosowe ze smartfona (e.g. „biegnij szybciej”, „zwolnij”),
▪ głośność i rodzaj muzyki w słuchawkach.
 t 
Urządzenie
wykonawcze
y t 
u t 
Sportowiec
INNE UWAGI
▪ Z czasem, sprawność użytkownika w wykonywaniu ćwiczenia zmienia się i konieczne
są aktualizacje wartości parametrów modelu
▪ Forma użytkownika w danym może być nieprzeciętnie niska (np. po przyjęciu) lub
wysoka (np. po )
▪ Możliwe jest wystąpienie nieprzewidzianych zdarzeń, np. upadek, który tymczasowo
wpłynie na sprawność użytkownika
▪ Zachodzi potrzeba adaptacji przez identyfikację
WAŻNE POJĘCIA
▪ Model matematyczny
▪ Identyfikacja
▪ System/proces dynamiczny
▪ Optymalizacja
▪ Układ równań różniczkowych
▪ Stan procesu
▪ zmienne decyzyjne
▪ funkcja celu (kryterium jakości
rozwiązania)
▪ ograniczenia
▪ Sterowanie