close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование двигательных возможностей человека посредством автоматизированных систем управления

код для вставки
диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук
Адыгейский государственный университет
На правах рукописи
Свечкарев Виталий Геннадьевич
Совершенствование двигательных возможностей человека
посредством автоматизированных систем управления
01.02.08 – Биомеханика
13.00.04 – Теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической
культуры
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени доктора педагогических наук
Научные консультанты:
Я.К. Коблев – доктор педагогических
наук, профессор, член - корреспондент
РАО.
Г.И. Попов – доктор педагогических
наук, профессор, заслуженный
работник физической культуры РФ.
Майкоп, 2008
2
СОДЕРЖАНИЕ
СОКРАЩЕНИЯ .......................................................................... 8
ГЛОССАРИЙ ............................................................................. 9
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................. 12
ГЛАВА I ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ .......................................................... 33
1.1.
Управление в процессе физического воспитания .............................. 33
1.2.
Адаптация к физическим и психоэмоциональным нагрузкам в
спорте ................................................................................................................ 37
1.2.1. «Цена» адаптации к физическим нагрузкам ....................................... 37
1.2.2. Стресс-синдром Г. Селье в механизмах адаптации к спортивным
нагрузкам........................................................................................................... 39
1.2.3. Генетические детерминанты адаптации .............................................. 47
1.2.4. Функциональные резервы адаптации организма ............................... 59
1.2.5. Оптимальная физическая нагрузка и ее влияние на
организм человека .......................................................................................... 66
1.3.
Теория автоматического управления ................................................... 74
1.3.1. Принципы управления (регулирования) в теории
автоматического управления .......................................................................... 76
1.3.2. Типы систем автоматического управления по задачам
управления ........................................................................................................ 79
1.4.
Системы адаптивного управления в робототехнике .......................... 83
1.4.1. Уровни адаптации в робототехнике .................................................... 85
1.4.2. Структура адаптивных систем управления......................................... 87
1.4.3. Программное обеспечение систем управления адаптивными
роботами и их функции ................................................................................... 91
3
1.5.
Метод автономного адаптивного управления, его свойства и
приложения ....................................................................................................... 95
1.5.1. Концепция подхода к «автономному адаптивному управлению» ... 97
1.5.2. Нейросетевая автономная адаптивная управляющая система ........ 103
1.5.3. Метод автономного адаптивного управления и экспертные
системы ........................................................................................................... 106
1.5.4. Автономное адаптивное управление в системе нечеткой логики .. 109
1.5.5. Практические приложения на основе систем автономного
адаптивного управления ................................................................................ 110
1.6.
Построения автоматизированных систем управления .................... 112
1.6.1. Автоматическое управление в технике ............................................. 112
1.6.2 Общие принципы построения адаптивных систем управления ..... 119
1.6.3. Совершенствование систем автоматического управления ............. 123
1.6.4. Некоторые трудности построения адаптивных АСУ сложными
системами ........................................................................................................ 129
1.7.
Тренажеры и устройства в физической культуре с адаптивной
системой управления и с заданным качеством ........................................... 131
1.7.1. Компьютеризированные тренажеры и устройства в физической
культуре и спорте ........................................................................................... 131
1.7.2. Велокомпьютеры для занятий физической культурой и спортом .. 133
1.7.3. Кардиолидеры для занятий физической культурой и спортом ...... 134
1.7.4. Современные велосимуляторы........................................................... 137
1.7.5. Гребной эргометрический комплекс с возможностями
адаптивных роботов А.П. Ткачука ............................................................... 138
1.7.6 Адаптивные тренировочные устройства В.Е. Чурсинова ............... 141
1.7.7. Гимнастический тренажер адаптивного типа Э.В. Гостева ............ 144
4
1.7.8. Велотренажер адаптивного типа Б.С. Шмонина .............................. 150
Заключение по главе ...................................................................................... 153
ГЛАВА II МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ... 155
2.1.
Методы исследования ......................................................................... 155
2.2.
Организация исследования ................................................................. 170
ГЛАВА III ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ВЕЛИЧИНОЙ НАГРУЗКИ ПО ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ
ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ЗАНЯТИЯХ С
ДЕТЬМИ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА ....................................... 176
3.1.
Применение и характер влияния компьютерных технических
комплексов на решение задач повышения уровня физической
подготовленности детей школьного возраста ............................................. 176
3.2.
Создание искусственной управляющей игровой среды
адаптивного управления для повышения двигательной активности
детей в структуре педагогического процесса.............................................. 178
3.3.
Результаты влияния компьютерного игрового тренажерного
комплекса адаптивного воздействия на физическую подготовленность
детей школьного возраста ............................................................................. 199
3.4.
Изменение биомеханических характеристик движения при
использовании компьютерного игрового тренажерного комплекса
адаптивного воздействия во время педагогического исследования ......... 204
Выводы по главе............................................................................................. 210
ГЛАВА IV ОПТИМИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ
ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ПО ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ
СИСТЕМЫ У СТУДЕНТОВ, НЕ ЗАНИМАЮЩИХСЯ
СПОРТОМ .............................................................................. 213
4.1.
Результаты исследования методических возможностей машины
5
автоматизированного управления для циклических упражнений ............ 213
4.2.
Биомеханические показатели частоты вращения педалей на
велоэргометре в условиях автоматизированного управления и
традиционных ................................................................................................. 222
4.3.
Результаты медико-биологического исследования и
педагогического тестирования студентов до и после педагогического
эксперимента .................................................................................................. 225
Выводы по главе............................................................................................. 235
ГЛАВА V АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
ТРЕНИРОВКОЙ ВЕЛОСИПЕДИСТОВ РАЗЛИЧНОЙ
КВАЛИФИКАЦИИ ПО ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНОСОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ..................................................... 237
5.1.
Конструктивные особенности и принцип работы машины
автоматизированного управления для тренировки велосипедистов ........ 237
5.2.
Особенности изменения физиологических и биомеханических
параметров у велосипедистов различной квалификации при тренировке
в условиях МАУТВ и в традиционных условиях ....................................... 244
5.2.1. Динамика насыщения артериальной крови кислородом у
велосипедистов различной квалификации в условиях непрерывного
регулирования внешней нагрузки по ЧСС и в традиционных условиях
тренировки ...................................................................................................... 244
5.2.2. Динамика скорости движения велосипедистов различной
квалификации при тренировке в условиях непрерывного
регулирования внешней нагрузки по ЧСС и в традиционных условиях . 247
5.2.2.1.
Динамика ЧСС, скорости движения и расстояния,
пройденного спортсменами высокого уровня мастерства, при
тренировке в условиях непрерывного регулирования внешней
нагрузки по ЧСС и в традиционных условиях ............................................ 247
6
5.2.2.2.
Динамика скорости движения, ЧСС и пройденного
расстояния у спортсменов среднего уровня мастерства в условиях
непрерывного регулирования внешней нагрузки по ЧСС и в
традиционных условиях тренировки ........................................................... 249
5.2.2.3.
Динамика скорости движения, ЧСС и пройденного
расстояния у спортсменов низкого уровня мастерства при
непрерывном регулировании внешней нагрузки по ЧСС и в
традиционных условиях тренировки ........................................................... 250
5.2.2.4.
Средние значения ЧСС, скорости движения и пройденного
расстояния у велосипедистов различного уровня мастерства при
тренировке в условиях МАУТВ и в традиционных условиях .................. 252
5.3.
Эффективность применения авторской методики тренировки
велосипедистов-шоссейников на МАУТВ в условиях непрерывного
регулирования внешней нагрузки по ответной реакции организма ......... 255
Выводы по главе............................................................................................. 266
ГЛАВА VI ТЕХНОЛОГИЯ ТРЕНИРОВКИ СПОРТСМЕНОВАРМРЕСТЛЕРОВ ВЫСШЕЙ КВАЛИФИКАЦИИ В
УСЛОВИЯХ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНОЙ
СОПРОТИВЛЕНИЯ................................................................. 268
6.1.
Предпосылки создания безынерционного тренажера
адаптивного управления для армспорта ...................................................... 268
6.2.
Конструкция безынерционного тренажера адаптивного
управления для армспорта ............................................................................ 270
6.3.
Режимы сопротивления, создаваемые на безынерционном
тренажере адаптивного управления для армспорта ................................... 273
6.4.
Принцип работы безынерционного тренажера адаптивного
управления для армспорта ............................................................................ 279
6.4.1. Общие принципы работы безынерционного тренажера
7
адаптивного управления для армспорта ...................................................... 279
6.4.2. Механическая часть системы управления безынерционного
тренажера адаптивного управления для армспорта ................................... 282
6.4.3. Аппаратное обеспечение автоматизированной системы
адаптивного управления ................................................................................ 283
6.4.4. Методическое обеспечение автоматической системы
адаптивного управления ................................................................................ 286
6.4.5. Программное обеспечение автоматизированной системы
управления ...................................................................................................... 288
6.5.
Математическое обоснование расчета моментов сил на
безынерционном тренажере адаптивного управления для армспорта
при различных режимах сопротивления ..................................................... 296
6.6.
Методика тренировки армрестлеров высокого класса с
применением адаптивной системы управления.......................................... 302
6.7.
Результаты сравнительного педагогического эксперимента .......... 304
Выводы по главе............................................................................................. 307
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................... 308
ВЫВОДЫ ................................................................................ 312
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ..................................... 318
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................ 321
ПРИЛОЖЕНИЕ ....................................................................... 385
СОКРАЩЕНИЯ
АСУ – автоматизированная система управления
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
БД – база данных
БТАУ – безынерционный тренажер адаптивного управления
КИТКАВ – компьютерный игровой тренажерный комплекс адаптивного воздействия
МАУТВ – машина автоматизированного управления для тренировки
велосипедистов
МАУЦУ – машина автоматизированного управления для циклических упражнений
МОК – минутный объем крови
МУВ – машина управляющего воздействия
ОАС – общий адаптационный синдром
ОЗУ – оперативно запоминающие устройство
ОС – операционная система
ОУ – объект управления
ОФП – общая физическая подготовка
ПК – персональный компьютер
ПУ – программа управления
САР – система автоматического регулирования
САУ – системы автоматического управления
ТАУ – теория автоматического управления
ЦНС – центральная нервная система
ЧСС – частота сердечных сокращений
ЭВМ – электронно-вычислительная машина
ЭМП – электромеханический привод
ЭС – экспертные системы
9
ГЛОССАРИЙ
В связи с тем что работа написана на стыке наук, приводим определения
основных понятий теории автоматического управления.

Автоматическое регулирование – поддержание постоянной (стабилизация) или меняющейся во времени по некоторому закону (слежение) величины, характеризующей объект управления.

Автоматическое управление – это подача на объект управления совокупности воздействий с целью обеспечения оптимального, в определенном смысле, функционирования объекта. Совокупность воздействий выбирается из множества возможных.

Адекватность модели – соответствие модели реальной системе. Достигается только с некоторой точностью.

Анализ системы управления – изучение ее структуры, свойств и
характеристик. Осуществляется на основе построения моделей системы управления.

Возмущение – это воздействие (помеха), поступающее на объект
управления и препятствующее его требуемому поведению.

Двигательные возможности – это совокупность задатков, способностей, физических качеств, двигательных умений и навыков, а также состояние функциональных систем организма, обеспечивающих
двигательную активность человека и характеризующих уровень его
дееспособности.

Задающая величина – величина, подаваемая на вход системы регулирования. В соответствии с задающей величиной должна изменяться выходная, управляемая величина объекта управления.

Контролируемая величина – величина, характеризующая объект
управления и измеряемая в процессе управления им. Неконтролируемая величина не измеряется.
10

Линейная система – это такая система, в которой сумме воздействий
соответствует реакция, равная сумме реакций на каждое из них, а некоторому изменению воздействия соответствует пропорциональное изменение реакции, т.е. любая линейная система подчинятся принципу суперпозиции. Большинство систем и объектов при достаточно малых
воздействиях можно считать линейными.

ОС – обратная связь – связывает выход элемента или некоторой совокупности элементов с их входом.

ООС – отрицательная обратная связь. Входной сигнал охватываемого ею звена получается вычитанием из входного воздействия выходного сигнала звена или его части. ООС может повысить стабильность системы регулирования.

Объект управления – машина, механизм, устройство и т.п., способные воспринимать внешние воздействия и реагировать на них изменением некоторой величины, характеризующей объект, например
температуры, напряжения, пространственной координаты и др.

Параметр – численная величина, характеризующая систему или ее
элемент, например коэффициент усиления, постоянная времени.

Программное управление – осуществление воздействия на объект
таким образом, чтобы характеризующая его величина изменялась во
времени в соответствии с заранее известным законом (программой).

ПОС – положительная обратная связь. Входной сигнал охватываемого ею звена получается сложением с воздействием выходного
сигнала этого звена или части выходного сигнала. В ТАУ, ПОС зачастую нежелательна, поскольку может привести к потере системой
устойчивости.

Регулирование – поддержание постоянной (стабилизация) или изменяющейся по некоторому закону (программное управление или
слежение) величины, характеризующей объект управления.

Система (в ТАУ) – совокупность элементов (звеньев), взаимодей-
11
ствующих между собой. Предназначена для выполнения функций
управления техническим объектом, в частности регулирования: слежения и стабилизации. Главный элемент – объект управления. Важный элемент – регулятор.

Слежение – поддержание с требуемой точностью управляемой выходной величины объекта управления пропорциональной задающей
величине, подаваемой на САР. Пример: слежение оптической оси телескопа за спутником.

Стабилизация:
1.
Одна из задач регулирования. Поддержание некоторой постоян-
ной величины, характеризующей объект управления, т.е. его управляемой
величины,
например
температуры
в
печи.
2. Приведение неустойчивой САР в устойчивое состояние.

Устойчивость системы – Способность системы возвращаться в исходное состояние по окончании воздействия. Устойчивая САР может
выполнять задачи слежения и стабилизации лучше или хуже, в то
время как неустойчивая САР просто вредна.

Управляемая величина – величина, характеризующая объект
управления и изменяющаяся под воздействием на объект управляющей величины.

Управляющая величина – величина, поступающая на вход объекта
управления. Под воздействием на объект управляющей величины
изменяется его управляемая величина.

Функциональная схема – блок-схема, состоящая из блоков, соответствующих функциональным, физическим элементам системы
управления. Стрелки на схеме указывают направление передачи
энергии.
12
Работа посвящена памяти моего первого учителя Ю.Т. Черкесова.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Процесс физического развития человека выражается в совершенствовании форм и функций организма, реализации его физических возможностей [58, 363].
Физическая культура и спорт призваны выполнять роль важнейшего фактора, обеспечивающего полноценную жизнь, раскрытие самых разнообразных задатков и способностей человека, достижение мастерства в
любом виде профессиональной деятельности, так как оптимальная заданная физическая нагрузка развивает и поддерживает функциональные резервы организма, соответствующие хорошему состоянию здоровья [58,
113, 366].
Однако, как отмечают многие ученые [24, 46, 104, 158, 255, 256,
262, 264, 310, 311, 341, 427, 454, 483, 523, 566, 569, 571, 596, 599, 600, 606,
607 и др.], определение оптимальной нагрузки по-прежнему остается одной из сложных проблем в теории и практике физической культуры и
спорта. Необходимость такого подхода вызвана значительными индивидуальными и временными вариациями состояния спортсмена, в результате
чего использование одинаковой тренировочной нагрузки может привести к
различной ответной реакции организма, к разному тренировочному эффекту [185, 353, 449 и др.].
В видах спорта с преимущественным проявлением выносливости,
где результат больше всего зависит от деятельности вегетативной системы,
управление нагрузкой должно осуществляться по объективно установленным данным непрерывного проявления физиологических параметров по
ходу движения. А средства, создающие управляющее воздействие (регулируемые сопротивления), должны работать на основе принципа прямой и
обратной связи [483, 608].
Крупным шагом в развитии методов дозирования тренировочных
13
нагрузок стал метод программированного регулирования частоты сердечных сокращений. Привлечение методов автоматизации к решению проблемы индивидуального дозирования нагрузок оправдано тем, что именно
на основе теории автоматического регулирования эта проблема может
быть решена наиболее успешно. Практическая же реализация принципов
теории регулирования тренировочных нагрузок требует применения специальных технических средств, оснащенных современными и универсальными электронными вычислителями для экспресс-анализа текущего состояния спортсмена [266, 598, 614 и др.].
О применении теории регулирования в спортивной тренировке говорилось еще в работе В.Б. Морозова и П.Н. Хломенка [403, 404], предсказавших создание «самоуправляемого» тренажера. Согласно зарегистрированной несколько позже формуле изобретения В. М. Зациорского [1], цель
которого состояла в предотвращении случаев перенапряжения сердца при
спортивной тренировке, открылась возможность управления так называемым «срочным тренировочным эффектом».
Для повышения спортивного мастерства и получения оздоровительного воздействия при занятиях физическими упражнениями и спортом наиважнейшее значение имеют проблемы адаптации и оптимальности задаваемой физической нагрузки. Только оптимальная физическая нагрузка
развивает и поддерживает функциональные резервы организма, способствующие дальнейшему стабильному росту спортивного мастерства.
Одним из физиологических показателей величины нагрузки является
ответная реакция сердечно-сосудистой системы на нее, определяемая по
частоте сердечных сокращений (ЧСС). Это обусловлено тем, что показатель ЧСС тесно связан с нейрогуморальными системами организма и является индикатором адаптивных реакций всего организма [46, 49, 435 и
др.]. У каждого занимающегося есть индивидуальная зона оптимальных
значений ЧСС. Тренировки при ЧСС ниже этой зоны неэффективны, а при
ЧСС, превышающей ее верхние значения, – опасны для здоровья. Сам за-
14
нимающийся не всегда может контролировать себя по ЧСС. Поэтому целесообразно в арсенале тренировочного оборудования иметь средство или
комплекс средств, автоматически отслеживающих тренировочный процесс
и поддерживающих оптимальное согласование внешней нагрузки и физического состояния спортсмена.
Основная сложность проблемы заключается в том, что оптимум
необходимой физической нагрузки у каждого занимающегося сугубо
индивидуален и подвержен постоянному изменению (иногда в очень
широком диапазоне) – в зависимости от степени восстановления после
предыдущего
тренировочного
воздействия,
особенностей
психоэмоционального состояния и т. д. Оптимальную величину нагрузки
определяет все, что имеет место во взаимодействии организма с
окружающей средой во всем ее многообразии. Поскольку степень
воздействия всех факторов постоянно меняется, у каждого занимающегося
индивидуально и адекватно должна меняться и нагрузка.
Другим важным показателем, по которому можно судить о
величине физиологической нагрузки на организм занимающегося, является
ответная реакция его опорно-двигательного аппарата (динамические и
кинематические характеристики движения(й)). Поэтому для контроля и
автоматизированного
двигательный
биомеханические
управления
аппарат
величиной
занимающегося
критерии,
нагрузки
необходима
определяющие
их
на
опорно-
опора
на
индивидуальную
оптимальность [75, 204, 239, 337, 460, 464, 510, 602, 603 и др.].
Особо важна адекватность величины нагрузки в занятиях с детьми
и подростками. Социально-политические процессы, произошедшие в
нашей стране, изменения условий жизни человека (наличие аудио- и видеотехники, компьютеров, сотовой связи и др.), интенсификация его деятельности, слабая физическая подготовленность детей и подростков, снижение двигательной активности, все возрастающее воздействие на их организм неблагоприятных внешних факторов прямо или косвенно приводят
15
к негативным функциональным изменениям в состоянии здоровья молодых россиян [64, 249].
В настоящее время происходит процесс критического осмысления
многих теоретических и практических положений в области физического
воспитания подрастающего поколения. Резкое ухудшение здоровья детей,
отмечаемое многими авторами [286, 406, 618 и др.], связано именно со
школой и является следствием существующей системы образования,
сегодняшних стандартов обучения и воспитания [122, 319, 414 и др.].
Универсальным средством сохранения и укрепления здоровья
является двигательная активность [347, 368, 549, 609 и др.]. Занятия
физическими упражнениями оказывают положительное воздействие
практически на все системы организма и являются весьма эффективным
средством профилактики заболеваний. Однако дети школьного возраста
самими условиями школьной жизни ограничены в удовлетворении
естественной
потребности
двигаться
столько,
сколько
нужно
для
нормального, гармоничного физического развития и здоровья [62, 618 и др.].
Анализ двигательной активности детей школьного возраста
показал [62], что она составляет лишь 35-40 % возрастной потребности в
движениях.
Детей и подростков в настоящее время увлекают компьютерные
игры, интерес к которым постоянно возрастает. Данное обстоятельство
явилось побудительным мотивом поиска таких условий участия в
компьютерных играх, при которых игровые взаимодействия с программой
могли бы осуществляться не через нажатие кнопок на клавиатуре и
джойстике, а посредством выполнения различных двигательных действий
на тренажерных устройствах, преобразующих движения в управляющие
сигналы взаимодействия с компьютером [78, 146, 304, 442, 485, 490, 541,
605 и др.].
Однако применение современных автоматизированных систем
управления (АСУ) тренировочным процессом не получило должного
16
уровня внедрения и недостаточно широко применяется в практике
тренировки спортсменов высокой квалификации. В значительной степени
это связано с неготовностью самих педагогов (тренеров) применять эти
системы на практике, что объясняется недостатком специальных знаний,
«недоверием» к современным компьютерным технологиям (а у некоторых
их «боязнью»), надеждами, связанными с применением других методик (в
том числе и на основе использования химических препаратов) и, конечно
же,
банальным
недофинансированием.
Отсутствие
необходимого
финансирования и низкий уровень заработной платы не позволяют
привлечь к учебно-тренировочному процессу специалистов в области
электроники и компьютерных технологий.
Широкое
распространение
современных
компьютерных
технологий и автоматизированных систем управления в последние годы
способствует созданию автоматизированных обучающих систем (в том
числе и с использованием адаптивного управления) не только в
высокотехнологических отраслях науки и современного производства, но
и в педагогике (например, на базах научно-исследовательской лаборатории
биомеханики института физической культуры и дзюдо Адыгейского
государственного университета и научно-исследовательской лаборатории
«Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта
КБГУ и некоторых других), что позволяет создавать эффективные
инновационные технологии обучения.
Таким образом, разработка технологии совершенствования двигательных возможностей занимающихся, основанная на применении искусственной управляющей среды, автоматически отслеживающей учебнотренировочный процесс и поддерживающей оптимальное согласование
внешней нагрузки и морфофункционального состояния занимающегося,
представляется весьма актуальной проблемой.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в
настоящее время состояние проблемы разработки и внедрения АСУ в
17
управление физкультурно-спортивной деятельностью характеризуется
наличием ряда противоречий, среди которых наиболее значимыми являются следующие.

Между весьма высоким уровнем развития АСУ, их широким
использованием в различных сферах жизнедеятельности современного
общества, и пока еще недостаточным вниманием к их разработке и применению в управлении физкультурно-спортивной деятельностью.

Между необходимостью использования широчайших возмож-
ностей, предоставляемых современными компьютерными технологиями в
деле организации учебно-тренировочного процесса, и недостаточной разработанностью вопросов о цели, содержании, средствах, методах и формах
воздействий, призванных обеспечить успешность овладения такими технологиями.

Между объективной необходимостью высокого уровня компе-
тентности специалистов физической культуры и спорта в области компьютерных технологий и АСУ и явной недостаточностью этого уровня, обусловленной субъективной недооценкой их роли и возможностей специалистами данного профиля в своей повседневной практической деятельности
(начиная с управления нагрузкой в каждом конкретном занятии и до
управления учебно-тренировочным процессом в целом).
Помимо изложенных аргументов необходимость модернизации системы управления учебно-тренировочным процессом на основе АСУ обусловлена:

значительным повышением роли АСУ в современном обще-
стве как фундаментальной основы, обеспечивающей его поступательное
развитие;

объективно существующим фактом увеличения роли компью-
терных технологий и управленческих умений и навыков в любой профессиональной деятельности, без достаточного овладения которыми все другие профессионально значимые ее элементы оказываются недостаточно
18
эффективными;

осознанием того, что использование АСУ, основанных на со-
временных коммуникационных технологиях, представляет собой наиболее
перспективное
направление
повышения
результативности
учебно-
тренировочной деятельности.
Осмысление представленных недостатков и противоречий может
способствовать более правильному определению путей их преодоления,
нахождению действенных способов совершенствования системы управления учебно-тренировочным процессом.
Научная проблема, решению которой посвящено настоящее исследование, вытекает из необходимости разрешения указанных противоречий
и заключается в исследовании закономерностей, методологических и
методических оснований и условий, являющихся необходимыми и достаточными для разработки современных автоматизированных (в
том числе и адаптивных) систем управления тренировочными нагрузками, функционирующими на основе непрерывного учета показателей
состояния основных морфофункциональных систем организма, получаемых по каналам обратной связи в условиях искусственной управляющей среды.
В процессе ее разработки основное внимание уделено таким вопросам, как:

уточнение сущностных характеристик системы базовых понятий;

разработка методологических оснований для решения пробле-
мы внедрения АСУ в систему управления нагрузкой в процессе учебнотренировочных занятий различной направленности;

исследование теоретических и методических основ наиболее
целесообразного применения АСУ в учебно-тренировочном процессе с
различной направленностью;

ществления
разработка теоретических и методических оснований для осуактивной
и
целенаправленной
конструкторско-
19
изобретательской деятельности;

обоснование важнейших теоретических и методических поло-
жений для осуществления практической конструкторско-изобретательской
деятельности, а также соответствующих концептуальных построений;

осуществление активной практической конструкторской дея-
тельности, основанной на научной редукции основополагающих теорий
(адаптации, деятельности, управления и др.), а также сформировавшихся в
процессе исследования собственных представлений о наиболее эффективных способах конструкторских решений в создании систем автоматизированного управления физической нагрузкой.
Развиваемые в исследовании представления о роли и сущности АСУ
в системе управления физическими нагрузками призваны содействовать
оформлению весьма многочисленных, но разрозненных, порой дискуссионных материалов по этой проблеме в одну непротиворечивую систему
взглядов.
Объект исследования – современные автоматизированные системы
управления учебно-тренировочным процессом в сфере физической культуры и спорта, их актуальные и потенциальные возможности в условиях создания искусственной управляющей среды.
Предмет исследования – теоретико-методологические аспекты разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой,
биомеханические и педагогические условия и закономерности, обусловливающие высокую эффективность изобретательской, конструкторской и
учебно-воспитательной деятельности по созданию и внедрению таких систем в учебно-тренировочный процесс с различной направленностью.
Цель исследования заключается в теоретико-методологическом
обосновании биомеханических и педагогических условий, правил, закономерностей содержательного и процессуального обеспечения экспериментальной, изобретательской и конструкторской деятельности по созданию
систем автоматизированного управления физической нагрузкой в условиях
20
искусственной управляющей среды, функционирующих на основе информации о динамике состояния организма, а также экспериментальной проверке эффективности таких систем в условиях реального учебнотренировочного процесса.
Для этого в возрастном диапазоне представлены: дети, подростки,
юноши, мужчины (до 30 лет). По уровню спортивного мастерства: неспортсмены, спортсмены массовых разрядов, спортсмены среднего уровня
мастерства, спортсмены высокого уровня мастерства, спортсмены высшего
уровня мастерства.
Гипотеза исследования заключается в предположении о том, что
перспективы повышения эффективности учебно-тренировочного процесса,
достижение социально значимых результатов в физическом воспитании
учащейся молодежи и наивысших показателей в спорте без риска для здоровья спортсменов возможны только при условии использования достижений в сфере современных компьютерных технологий, электроники и разработки на их основе тренажерных комплексов, обеспечивающих автоматизированное управление физической нагрузкой на основе непрерывного
контроля за динамикой состояния основных морфофункциональных систем организма в условиях искусственной управляющей среды.
Реализации такой возможности может способствовать теоретикометодологическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование
систем автоматизированного управления физической нагрузкой в процессе
физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки в различных видах спорта, основанных на получении и
учете информации о динамике основных морфофункциональных систем
организма занимающихся, поступающей по каналам обратной связи в
условиях создания искусственной управляющей среды.
Задачи исследования:
1. Изучить и обобщить отечественный и зарубежный опыт в осуществлении попыток изобретательской и конструкторской деятельности,
21
направленных на решение проблем разработки автоматизированных систем управления физической нагрузкой в процессе решения задач физического воспитания и спорта высших достижений, дать биомеханическую и
социально-педагогическую оценку состояния рассматриваемой проблемы.
2. Выявить причины и дать теоретико-логическое и биомеханическое обоснование недостаточной эффективности существующих традиционных систем управления физической нагрузкой в физическом воспитании
учащейся молодежи и специализированном учебно-тренировочном процессе.
3. Исследовать понятийно-терминологические аспекты проблемы
разработки и внедрения автоматизированных систем управления в теории
и практике физкультурно-спортивной деятельности.
4. Исследовать генезис происхождения и развития различных идей,
изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы автоматизации управления физической нагрузкой в сфере физического воспитания и спорта.
5. Разработать практические рекомендации по содержательному и
процессуальному обеспечению изобретательского и конструкторского видов деятельности, направленных на создание современных систем автоматизированного управления физической нагрузкой в учебно-тренировочном
процессе, на основе приоритетного внимания к реализации адаптивного
управления.
6. Экспериментально апробировать и обосновать с биомеханических и педагогических позиций эффективность разработанных тренажерных устройств и систем автоматизированного управления физической
нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки на основе результатов собственной изобретательской и конструкторской деятельности.
Методологическую базу исследования составили положения диалектической теории познания о всеобщей связи, взаимодействии и взаимо-
22
обусловленности явлений; концептуальном единстве, целостности научного знания; единстве теории и практики.
К основным методологическим положениям отнесены:
o
фундаментальные положения философии, педагогики, теории
физического воспитания о взаимодействии человека и окружающей среды
(Г.В. Гегель [150], В.Г. Афанасьев [42], В.В. Давыдов [180], Ю.К. Бабанский [44, 45 и др.], В.В. Краевский [328, 329, 330 и др.], А.Д. Новиков [422,
423 и др.], В.И. Столяров [531, 532, 533, 534, 535], Л.П. Матвеев [385 и
др.], В.К. Бальсевич [51, 53, 55], Н.Н. Визитей [111, 112, 113]);
o
современные представления о функциональной системе (П.К.
Анохин [31, 32]), о многоуровневом построении системы управления двигательными действиями (Н.А. Бернштейн [66, 67, 68]), о доминирующей
роли деятельности в становлении человека как личности (Б.Г. Ананьев [25,
26], Л.С. Выготский [139, 140]), о человеке как биосоциальном существе
(Н.П. Дубинин [201, 202], Б.А. Никитюк [418, 419, 420]), о системноструктурном подходе к познанию физических упражнений (Д.Д. Донской
[191, 194], В.М. Зациорский [73], В.Б. Коренберг [323], В.Н. Курысь [351]
и др.), связи физической и технической подготовки спортсменов
(В.В. Кузнецов [339], В.Н. Платонов [452, 453], В.М. Дьячков [207, 516],
Ю.В. Верхошанский [101, 105, 106, 107] и др.), о механизмах управления
движениями в спорте (B.C. Фарфель [564, 565, 567, 571], И.М. Козлов [310,
311, 314 и др.]).
Теоретической основой исследования послужили:
o
концептуальные положения теории информации и управления
сложными динамическими системами (Н. Винер [116], У.Р. Эшби [631],
А.Β. Зинковский [274, 275, 276, 277]), к которым относится двигательная
деятельность человека, а также теории оптимизации (Р. Розен [495], И.Ф.
Образцов, М.А. Ханин [425]), имеющей основополагающее значение в
трактовке закономерностей формирования биомеханической структуры
движений;
23
o
теории адаптации, раскрытые в трудах Н.А. Бернштейна [67,
68], В.Е. Борилкевича [85], Ф.З. Меерсона [392, 393, 395], С.Е. Павлова
[434], В.В. Петровского [448, 449], В.Н. Платонова [452], В.В. Парина,
Р.М. Баевского, А.П. Берсеневой [46, 48, 49, 326];
o
теория и методика физического воспитания и спорта, а также
ее частные направления, отраженные в работах В.К. Бальсевича [52, 57,
58], Н.А. Бернштейна [66, 67, 68], Ю.В. Верхошанского [107, 109], И.М.
Козлова [311], В.Б. Коренберга [321, 324 и др.], Л.П. Матвеева [385, 388],
Н.Г Озолина [429, 426];
o
положения об автоматизированном управлении тренировочным
процессом, раскрытые в трудах В.М. Зациорского [257, 258, 260, 268 и др.];
o
положения, представленные в работах И.П. Ратова об «искус-
ственной управляющей среде» [483 и др.], Ю.Т. Черкесова о «возможностях обеспечения непрерывного регулируемого взаимодействия спортсмена и предметной среды» [604, 606, 608], Г.И. Попова об «использовании
предметной среды» [460, 463 и др.].
Новизна исследования состоит:
В разработке содержательного и процессуального (биомеханического) обеспечения процесса внедрения в теорию и практику физического
воспитания и спорта АСУ величиной физической нагрузки на основе использования обратной связи, информирующей о динамике состояния основных функциональных систем организма;
Работа является, по существу, первой попыткой системного подхода
к проблеме разработки и внедрения в практику физической культуры и
спорта АСУ физической нагрузкой на основе информации о динамике состояния основных функциональных систем организма;
Осуществлен детальный содержательный анализ теоретических
взглядов, изобретательских и конструкторских подходов к решению проблемы разработки и внедрения АСУ величиной физической нагрузки в
процессе физкультурно-спортивной деятельности, позволивший система-
24
тизировать представления о современном состоянии данной проблемы в
России;
На основе теоретико-логического анализа, целенаправленной изобретательской и конструкторской деятельности определены перспективные
пути решения проблемы разработки и внедрения АСУ физической нагрузкой в процессе физического воспитания учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировки, имеющих значение ключевых факторов в определении стратегии совершенствования учебно-тренировочной
деятельности в области физической культуры и спорта на современном
этапе.
Теоретическая значимость. На теоретическом и экспериментальном уровнях определены контуры гуманистически ориентированной модели совершенствования системы физического воспитания и специализированной спортивной тренировки, основанной на точном и непрерывном
учете результатов индивидуального восприятия нагрузки и ответной реакции организма занимающихся на нее.

Обоснована объективная необходимость повышения внимания к
проблеме использования современных средств управления физической
нагрузкой в системе физкультурно-спортивной деятельности. Дано теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснование условий,
конструктивных особенностей, программного обеспечения, благодаря которым внедрение АСУ в практику физкультурно-спортивной деятельности
может реально представлять собой органическую, неотъемлемую часть
системы общего физкультурного образования и специализированной
спортивной тренировки.

Сформированы теоретические и представлены эксперименталь-
ные основания для разработки оригинального направления в развитии
изобретательской и конструкторской мысли, направленной не только на
повышение результативности учебно-тренировочного процесса, но и позволяющей с оптимизмом оценивать перспективы ответа на уже довольно
25
давно поставленный и пока остающийся без ответа вопрос: «Как обезвредить спорт?».
Исследованные в работе аспекты имеют прогностическое значение,
определяют ориентиры и создают условия для целенаправленной и эффективной работы по дальнейшему развитию изобретательской и конструкторской деятельности, способствующей более широкому и эффективному
применению АСУ в физкультурно-спортивной практике, коренному реформированию системы управления ею как в содержательном, так и в процессуальном планах.
Прогностический потенциал проведенного исследования обусловлен
принципиальной возможностью организации на его теоретической базе
дальнейшей научно-исследовательской работы по экспериментальному
изучению путей разработки и совершенствования систем автоматизированного управления физическими нагрузками в процессе учебнотренировочной деятельности на основе ее гуманизации, повышения оздоровительного эффекта, создания более благоприятных условий для исключения повреждающего влияния повышенных физических нагрузок, неадекватных текущему состоянию функциональных систем организма занимающихся.
Практическая значимость исследования определяется тем, что содержащиеся в нем теоретические положения и выводы создают предпосылки научного обеспечения процесса разработки и внедрения АСУ в
практику
управления
учебно-тренировочным
процессом
различной
направленности, что обеспечит коренное преобразование содержания
практической учебно-тренировочной деятельности и значительное повышение ее эффективности.
Содержащееся в работе теоретико-логическое решение проблемы,
результаты исследования и обоснования семантической сущности системы
основных
понятий
способствуют
совершенствованию
понятийно-
терминологического аппарата теории и практики физического воспитания
26
и спортивной тренировки, могут служить повышению целенаправленности
и качества исследовательской деятельности в этой сфере.
Выявленные в процессе экспериментальной работы биомеханические закономерности и сформулированные на их основе методические рекомендации, а также осуществленные исследовательские подходы к решению конструкторских задач и разработке программного обеспечения представляют собой базовую основу для дальнейшего успешного решения задач по разработке и внедрению в практику учебно-тренировочной деятельности АСУ.
В ходе исследования выявлена необходимость усовершенствования
процесса подготовки и повышения квалификации преподавательских и
тренерских кадров, включения в учебные планы переподготовки специалистов раздела по теории и практике разработки и внедрения средств АСУ
в их повседневную профессиональную деятельность.
В работе показано, что модели организации учебно-тренировочной
работы по физическому воспитанию учащейся молодежи и специализированной спортивной тренировке, основанные на использовании АСУ, в
наибольшей мере отвечают задачам и требованиям современной практики
физкультурно-спортивной деятельности.
Представленные в работе примеры практической изобретательской и
конструкторской деятельности по разработке и внедрению средств АСУ в
практику учебно-тренировочной деятельности способствует более точному
определению конкретных задач, более правильному выбору наиболее эффективных средств, методов и форм организации учебно-тренировочной
работы и на этой основе существенному повышению ее эффективности.
Представленные в работе результаты могут быть использованы в качестве основы в практической деятельности по совершенствованию системы физического воспитания и спортивной тренировки.
Теоретический и фактический материал диссертации может быть положен в основу учебных курсов, использован при создании учебников,
27
учебных пособий, научно-методических рекомендаций для учителей школ
и тренеров, преподавателей вузов физкультурного профиля и системы повышения квалификации работников физической культуры, а также при
разработке концепций развития физической культуры и спорта в России.
На защиту выносятся:

Теоретическое, биомеханическое и экспериментальное обоснова-
ние конструктивных особенностей разработанных в процессе исследования тренажерных устройств, позволяющих осуществить решение проблемы автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на
основе информации об индивидуальных особенностях ответной реакции
организма, поступающих по каналам обратной связи в условиях создания
искусственной среды управляющего воздействия.

Теоретическое и экспериментальное обоснование программного
обеспечения, позволяющего решить задачу автоматизированного управления параметрами физической нагрузки на основе информации об особенностях ответной реакции организма, поступающих по каналам обратной
связи в условиях создания искусственной среды управляющего воздействия.

Совокупность концептуальных положений, обеспечивающих
успешную разработку и внедрение в практику учебно-тренировочного
процесса АСУ параметрами физической нагрузки, обеспечивающей сбалансированное воздействие на двигательный аппарат и основные функциональные системы организма в зависимости от их текущего индивидуального состояния у каждого отдельного занимающегося.

Система взглядов на сущность проблемы разработки и внедрения
АСУ в практику учебно-тренировочного процесса в сфере физической
культуры и спорта, предполагающая необходимость преодоления узости
существующего понимания смысла и назначения таких систем в качестве
лишь одного из вспомогательных средств повышения эффективности этого
процесса и способствующая формированию представлений об этой про-
28
блеме как о наиболее перспективном и решающем факторе повышения результативности и безопасности воздействия повышенными физическими
нагрузками на организм человека, более полное раскрытие на этой основе
индивидуальных двигательных возможностей каждого занимающегося физическими упражнениями.

Теоретико-методологический подход к решению проблемы внед-
рения в теорию и практику физкультурно-спортивной деятельности АСУ
индивидуальными параметрами физической нагрузки, позволяющий представить существующие альтернативные точки зрения по данной проблеме
не с позиций абсолютизации и противопоставления, а из диалектически
организованного, взаимообусловленного и иерархически устроенного взаимоотношения, предполагающего необходимость решения как минимум
трех взаимосвязанных аспектов проблемы: теоретико-методологического,
конструкторского и материально-технического.

Система взглядов, отражающих авторскую позицию по отноше-
нию к ряду утвердившихся положений в теории и практике разработки и
внедрения АСУ индивидуальными параметрами физической нагрузки,
среди которых основными являются следующие:
-
главным условием, обеспечивающим рассмотрение таких систем
в качестве основного фактора в достижении социально значимых результатов, повышение эффективности учебно-тренировочного процесса, является их направленность на решение задач этого процесса без ущерба для
соблюдения стратегически важного в современном обществе принципа
оздоровительной направленности занятий физическими упражнениями;
-
широко распространенные в практике физической культуры и
спорта представления о конструкции адаптивных тренажеров являются
ошибочными;
-
успешное решение основных задач физического воспитания уча-
щейся молодежи и специализированного учебно-тренировочного процесса
без использования современных систем управления индивидуальными па-
29
раметрами физической нагрузки не представляется возможным.
Апробация и внедрение результатов работы. Исследование выполнялось в соответствии с координационным планом научных исследований Федерального агентства по образованию «Реабилитация здоровья студентов на основе ответной реакции организма», номер государственной
регистрации 01.200.118257, а также в соответствии с направленностью деятельности научно-исследовательской лаборатории биомеханики Института физической культуры и дзюдо Адыгейского государственного университета начиная с 1995 года и до настоящего времени (темы: «Разработка
машин управляющего воздействия и технологий их применения в области
спорта», «Методические основы и апробация возможностей использования
технологий управления бездискретного управляющего воздействия»,
«Изучение механизмов управления движениями») а также научноисследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ «Научные основы управления взаимодействием человека и внешней среды».
Основные теоретические положения диссертации использованы при
разработке и издании монографии и учебно-методических пособий, используемых в практике преподавания физической культуры в Адыгее,
Ставропольском и Краснодарском краях, Ингушетии, Северной Осетии,
Карачаево-Черкесской и Кабардино-Балкарской республиках.
Фактический материал исследования нашел отражение в монографии, учебно-методических пособиях, а также в серии проблемных и обзорно-аналитических статей, опубликованных в центральной печати, в таких журналах, как: «Теория и практика физической культуры», «Физическое воспитание студентов», «Кубанский научный медицинский вестник».
Результаты изобретательской деятельности были представлены на
выставках:
1.
Всероссийский инновационный форум «ИННОВ–2005» – Но-
вочеркасск, 2005 (где отмечен именным дипломом за инновационную
30
научно-техническую разработку «Машины адаптивного воздействия»).
2.
Международная выставка «Интеллектуальные и адаптивные
РОБОТЫ–2005» – Москва, Всероссийский выставочный центр – 2005 (где
отмечен медалью лауреата ВВЦ за разработку и внедрение «Машин адаптивного управления»).
Защищены
патентом
и
рационализаторскими
предложениями:
«Устройство для развития силы мышц» (патент RU 2097083 С 1) [439];
«Устройство для тренировки велосипедиста» (патент RU 2264246 С
1) [440];
«Устройство для тренировки мышц и для определения и развития
кондиционных и координационных способностей человека» (решение о
выдаче патента № 2006107063/12(007647) от 19.07.2007 г., приоритет от
06.03.2006 г.) [494].
Результаты исследований, сформулированные на их основе теоретические позиции и основные положения диссертации представлены на международных конференциях:
1.
На международной научной конференции «Биомеханика и но-
вые концепции физкультурного образования и системы спортивной подготовки» – Нальчик, 1999.
2.
На международной научной конференции «Современные про-
блемы развития физической культуры и биомеханики спорта» – Майкоп,
1999.
3.
На международной научно-практической конференции «Тео-
рия и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» –
Пенза, 2001.
4.
На международной научно-практической конференции «Акту-
альные проблемы валеологии, воспитания учащихся в условиях новой
концепции физкультурного образования». – Нальчик, 2002.
5.
На II международной научно-практической конференции «Ак-
туальные проблемы экологии в условиях современного мира» – Майкоп,
31
2002.
6.
На III международной научно-практической конференции
«Физическая культура в пространстве культуры Ставропольского края» –
Ставрополь, 2003.
7.
На международной научно-практической конференции «Куль-
тура здоровья, физическое воспитание и спорт в современной жизни» –
Воронеж, 2004.
8.
На V международной научной конференции студентов и моло-
дых ученых «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии», посвященной 100-летию
Российского государственного медицинского университета, – Москва,
2006.
9.
На I международной электронной научной конференции «Фи-
зическая культура, спорт, биомеханика» Института физической культуры
и дзюдо Адыгейского государственного университета – Майкоп, 2006.
А также на конференциях федерального и регионального уровней:
1.
На всероссийской научной конференции «Проблемы совер-
шенствования системы физического воспитания» – Нальчик, 1995.
2.
На I научной конференции аспирантов и соискателей АГУ –
Майкоп, 1996.
3.
На XXVII научной конференции студентов и молодых ученых
вузов юга России – Краснодар, 2000.
4.
На Всероссийской научно-практической конференции «Физи-
ческая культура и спорт на рубеже тысячелетия» – С.-Петербург, 2000.
5.
На II научно-практической конференции с участием предста-
вителей областей, краев и республик юга России «Физическая культура,
спорт и туризм юга России в 21-м столетии» – Ставрополь, 2001.
6.
На III региональной научно-практической конференции сту-
дентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых «Наука – XXI веку» –
Майкоп, 2002.
32
7.
На II региональной научной конференции молодых ученых
АГУ «Наука. Образование. Молодежь» – Майкоп, 2005.
8.
На межрегиональной научно-практической конференции «Здо-
ровье и образование в XXI веке» – Майкоп, 2005;
9.
На III Всероссийской научно-практической конференции «Де-
ти России образованы и здоровы» – Москва, 2005.
10. На IV Всероссийской научно конференции «Физическая культура, спорт и туризм в контексте мира и дружбы» – Карачаевск, 2006.
11. На Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг качества здоровья в практике формирования безопасной здоровьесберегающей образовательной среды» – Славянск-на-Кубани, 2006.
Теоретические и практические результаты научных исследований
апробированы в работе со сборными командами по армспорту КарачаевоЧеркесской республики, в велошколе олимпийского резерва КабардиноБалкарской республики, в Майкопском государственном технологическом
университете, в гимназии № 22 г. Майкопа. Имеется 7 актов внедрения результатов научных исследований в практику учебно-тренировочной работы.
Часть работы выполнена при поддержке фонда «Университеты России» (грант УР: 10.01.060), гранта Российского фонда фундаментальных
исследований (№: 03–01–96734) и международного фонда ISAR (грант
RU_3N_5).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка использованной литературы, насчитывающего 672 наименование, в том числе 38 иностранных. Работа изложена на 407
страницах компьютерного набора текста, включает 96 рисунков, 14 таблиц, 23 страницы приложений.
33
ГЛАВА I
ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ
УПРАВЛЕНИЯ
1.1.
Управление в процессе физического воспитания
В теории физического воспитания еще нет общепринятого определения понятия «управление». В большинстве случаев под управлением понимается перевод какого-то объекта или системы из одного состояния в
другое. Перевод объекта в желаемое состояние осуществляется с помощью
определенных воздействий [108, 159, 269, 606 и др.].
С позиций кибернетики объектами управления могут быть живые
организмы (люди, животные, растения), социальные группы, машины. В
зависимости от объекта и задач управления системы управления могут
быть различными – от самых простых систем автоматического регулирования до сложных, содержащих десятки вычислительных машин, решающих задачи оптимального управления множеством объектов [630].
Управление любым процессом представляет собой управляемый, то
есть закономерный процесс с заранее известными целями, постоянным
сбором информации о наиболее важных контролируемых характеристиках,
со сличением их значений с заданными и с внесением необходимых управляющих коррекций [92, 97, 109, 134, 262, 354, 387, 407, 453 и др.].
Кибернетика рассматривает систему как относительно замкнутую
часть какой-либо среды. Эта внешняя среда увязана с данной системой
входами, посредством которых она (среда) оказывает влияние на состояние
системы, и выходами, с помощью которых система влияет на внешнюю
среду. Таким образом, входы и выходы – это пути, по которым среда воздействует на систему, а система на среду, что обеспечивает их взаимодей-
34
ствие. С позиций кибернетики процесс тренировки можно рассматривать
как сложную динамическую систему, так как основным объектом управления являются двигательные действия человека [42, 620]. Сложность структур и функций живых систем (человека) крайне затрудняет процесс управления как самими действиями, так и развитием этих систем, поскольку их
элементы находятся под влиянием значительного числа воздействий.
Управление такого вида системами требует знаний основных вероятностных закономерностей их функционирования [117].
Для характеристики состояния системы нет необходимости привлекать значения всех переменных величин, то есть всех изменяющихся элементов системы. В зависимости от цели исследования рассматривают
только изменения существенных переменных, тогда как остальные представляют как несущественные переменные. Разделение переменных на
существенные и несущественные имеет большое практическое значение.
Чем тщательнее отобраны существенные переменные, тем реальнее можно
выделить характеристику состояний системы и в итоге оказать на нее более эффективное воздействие [630].
Если одной из частей системы является человек, то она переходит в
разряд очень сложных систем типа «человек-машина» [630]. Такими системами занимаются бионика, биотехника, биометрия. Биомеханические
системы определяются как особый класс больших систем, представляющих собой совокупность биологических и технических элементов, связанных между собой в едином контуре управления [30].
Управление – это целенаправленное воздействие на объект, выбранное из множества возможных воздействий на основании информации о состоянии внешней среды, объекта и программы управления. Управление
необходимо для обеспечения требуемого функционирования системы и его
направленного развития.
Поскольку частью системы типа «человек-машина» является человек, обычно его задача в составе системы состоит в совершенствовании
35
каких-либо двигательных действий. Следует отметить, что управление
двигательным аппаратом человеческого тела – задача многосложная, и даже в наиболее упрощенном подражании едва разрешимая для самой мощной техники [630]. Одна из трудностей состоит в том, что необходимо распределять внимание между десятками подвижных шарниров и сотнями видов подвижности и стройно согласовывать все их между собой. Еще более
сложная задача заключается в преодолении избыточных степеней свободы
наших органов движения, то есть превращение их в управляемую систему,
а это не что иное, как координация [67].
Добиться необходимого двигательного действия от человека и, следовательно, от всей системы можно, многократно воздействуя на систему
и корректируя ее реакцию на эти воздействия [117], то есть в данном случае можно сказать, что система обучается. Для человека обучением можно
назвать процесс передачи и усвоения знаний, умений, навыков [30], в том
числе и двигательных. Чтобы обучение было наиболее эффективным, необходим контроль за объектом обучения.
Признание кибернетических взглядов на управление движениями
привело к тому, что представления об управлении движениями включили в
себя понятие «обратная связь». На основании этого неоднократно обосновывались различные схемы организации управления движениями [30, 66,
569, 615 и др.].
У человека обратная связь при решении двигательных задач осуществляется через анализаторы. В позапрошлом веке английским ученым
Ч. Беллом было определено, что помимо двигательных нервов к мышцам
подходят также чувствующие нервы. Таким образом было установлено
значение афферентной иннервации как вида связи, несущей сообщения в
центры о событиях, происходящих на периферии и необходимых для коррекции центробежных импульсов.
В
дальнейшем
усилиями
российских
ученых
И.М. Сеченова,
И. П. Павлова, Н. А. Бернштейна, П. К. Анохина были расширены пред-
36
ставления о роли мышечно-суставного чувства при управлении движениями. Было определено, что двигательный аппарат – это управляемая система, а ЦНС – управляющая. Между этими системами существует двойная
связь: прямая, осуществляемая по эфферентным нервным путям, и обратная, осуществляемая по афферентным нервным путям. Нервная система
управляет движениями на основании сигналов, поступающих от рецепторов двигательного аппарата, а также от других органов чувств: зрения,
слуха, вестибулярного аппарата, рецепторов кожи и внутренних органов.
По мере поступления информации необходимо сличать реальный
ход движений с запланированным, то есть для каждого двигательного действия формировать программу должных ощущений и восприятий, или афферентную программу.
Управление обеспечивается системой связи, которая наряду с обратной связью включает воздействие по каналу прямой связи. Выделенные
категории информации обратной связи: ситуационная, эмоциональноэкспрессивная, личностная, коммуникативная – представляют собой те
направления информационных потоков, по которым наиболее целесообразно распределять сведения о спортсмене и его действиях [451].
В спорте, где объектом обучения является спортсмен, а само обучение называется тренировкой, различают три вида контроля: этапный, текущий и экспресс-контроль [67, 271, 453 и др.]. Каждый вид контроля решает свои задачи.
Проведение этапного контроля позволяет оценить состояние спортсмена, полученное им в относительно продолжительный промежуток времени. Текущий контроль дает возможность оценить более быстротечные
изменения состояния. С этой целью используются различные тесты, характеризующие физические качества и физиологическое состояние организма
на данном этапе [271, 339, 453 и др.]. Оперативный контроль, или экспресс-контроль, – это оценка состояния, в котором находится спортсмен
после выполнения упражнения. Одной из задач экспресс-контроля являет-
37
ся срочная оценка техники выполнения упражнений [589 и др.].
Сложность контроля, особенно при получении срочной оценки, заключается в том, что большинство тестов необходимо проводить вне традиционного процесса, с нарушением его естественного хода. Для решения
этой задачи необходимо иметь быстродействующие технические средства,
дающие возможность контролировать большое число параметров.
С учетом вышеизложенного поиск и внедрение новых подходов в
решении задач, связанных с определением состояния спортсмена и его
управлением, позволит более эффективно осуществлять процесс управления и обучения движениям.
При всей ценности дополнительной информации о движении, подаваемой тренером, в ней есть один существенный недостаток: ее субъективный характер [481]. Тренер, наблюдающий за движениями ученика, получает о них лишь ту информацию, которую ему может дать зрительное восприятие, а она касается качественной стороны движения, но не его количественных параметров. Какими бы знаниями ни обладал тренер, он может
ошибиться в своих зрительных наблюдениях при определении, например,
амплитуды движения, не может выразить эту амплитуду в точных единицах измерения пространства – сантиметрах, а тем более в миллиметрах или
угловых градусах и минутах.
1.2.
Адаптация к физическим и психоэмоциональным нагрузкам в
спорте
1.2.1. «Цена» адаптации к физическим нагрузкам
Достижение высоких спортивных результатов за счет чрезмерно высоких напряжений физических функций сопровождается серьезными расстройствами (высокой «ценой» адаптации).
Примером высокой «цены» адаптации к предельным физическим и
38
психоэмоциональным воздействиям, реализующейся на гормональном
уровне, служит известное явление – нарушение полового созревания и
менструального цикла у спортсменок высокой квалификации, специализирующихся в видах спорта, связанных с уменьшением содержания жира в
организме, в частности у гимнасток высокого класса [657, 662, 666].
Значительное место среди проявлений «цены» адаптации занимают
следствия односторонней адаптации у спортсменов или людей, занимающихся тяжелым физическим трудом. Так, у тяжелоатлетов, тренированных
преимущественно к силовым нагрузкам с максимальным и околомаксимальным напряжением, снижается выносливость к нагрузкам, требующим быстрых движений; утомление при таких нагрузках развивается
даже быстрее, чем у нетренированных здоровых людей [11, 430, 668, 669].
Данный вариант адаптации является «ценой» структурного «следа»,
характерного для приспособления к силовым нагрузкам. Показано, что при
такой адаптации (у штангистов, культуристов и др.) в противоположность
таковой у людей и животных, тренированных преимущественно на выносливость, в скелетных мышцах, а возможно, и в сердце происходит в основном «наработка» сократительных белков без соответствующего увеличения синтеза белков митохондрий и адекватного роста васкуляризации мышечной ткани. В результате возникают выраженная гипертрофия, увеличение массы мышечной ткани и снижение удельной плотности в ней митохондрий [653, 668, 671] и капилляров [669]. Все это приводит к уменьшению снабжения мышечной ткани кислородом, снижению функциональной
мощности системы митохондрий и в итоге – к увеличенной продукции
лактата и как следствие - быстрой утомляемости при длительных нагрузках на выносливость [668].
Установлено: если в видах спорта, связанных с развитием выносливости, основная задача – активировать процессы энергообразования, то в
тяжелой атлетике более важным является интенсификация синтеза белка,
приводящая к мышечной гипертрофии [135]. При интенсивной и продол-
39
жительной функции органа наблюдается закономерное торможение синтеза белка. В определенных условиях между функцией и процессом биосинтеза возникает конкуренция за энергию [617].
Пусковыми механизмами процесса адаптации являются интенсивность и продолжительность задаваемых нагрузок, а также величина энергетического и структурного обеспечения. При относительно умеренной, но
продолжительной нагрузке (например, бег на длинные дистанции) повышается энергопроизводительность системы митохондрий, что позволяет
мышечной ткани извлекать из притекающей крови повышенное количество кислорода. При мощных, интенсивных двигательных напряжениях
(подъеме тяжести) происходит активация синтеза белков протофибрилл,
т.е. сократительных элементов мышцы [135].
1.2.2. Стресс-синдром Г. Селье в механизмах адаптации к
спортивным нагрузкам
Существенный вклад в понимание взаимоотношений организма и
средовых факторов внесла впервые описанная в 1936 г. реакция, названная
«синдром, вызываемый различными вредоносными агентами» и в дальнейшем получившая известность как общий адаптационный синдром
(ОАС), или синдром биологического стресса [664]. В проявлении данного
синдрома выделяют три фазы (рис. 1.1):
1) реакция тревоги (А);
2) фаза резистентности (Б) и
3) фаза истощения (В).
Нормальный
уровень
А
Б
В
сопротивления
Рис. 1.1. Три фазы общего адаптационного синдрома Г. Селье
40
A.
Реакция тревоги. В данной фазе при воздействии стресса со-
противление организма недостаточное и, если стрессор сильный (тяжелые
ожоги, крайне высокие или низкие температуры), может наступить смерть.
Б.
Фаза резистентности (сопротивления). Если действие стрессора
совместимо с возможностями адаптации, организм сопротивляется ему.
Признаки реакции тревоги практически исчезают, уровень сопротивления
поднимается значительно выше обычного.
B.
Фаза истощения. После длительного действия стрессора, к ко-
торому организм приспособился, постепенно истощаются запасы адаптационной энергии. Вновь появляются признаки реакции тревоги, но теперь
они необратимы, и индивид погибает.
Следует обратить внимание на одно обстоятельство ввиду его большого практического значения: трехфазная природа ОАС дала первое указание на то, что способность организма к приспособлению, или адаптационная энергия, небеспредельна. Холод, мышечные усилия, кровотечения и
другие стрессоры могут быть переносимы в течение ограниченного срока.
После первоначальной реакции тревоги организм адаптируется и оказывает сопротивление, причем продолжительность сопротивления зависит от
врожденной (наследственной) приспособляемости организма и от силы
стрессора. В конце концов наступает истощение.
Пока до конца неясно, что же именно истощается, хотя совершенно
понятно, что не только запасы калорий: ведь в период сопротивления продолжается нормальный прием пищи. Поскольку наступила адаптация, а
энергетические ресурсы поступают в неограниченном количестве, казалось
бы, можно было ожидать, что сопротивление будет продолжаться как
угодно долго. Но подобно неодушевленной машине, которая постепенно
изнашивается даже без дефицита топлива, человеческая «машина» тоже
становится жертвой износа и амортизации. Эти три фазы напоминают стадии человеческой жизни: детство (с присущей этому возрасту низкой сопротивляемостью и чрезмерно выраженными реакциями на раздражители),
41
зрелость (когда происходит адаптация к наиболее частым воздействиям и
увеличивается сопротивляемость) и старость (с необратимой потерей приспособляемости и постепенным одряхлением), заканчивающаяся смертью
[508].
Экспериментальные исследования убедительно показывают, что
способность к адаптации небезгранична. Можно безрассудно расточать
способность к адаптации, «жечь свечу с обоих концов» (нерациональная
тренировка, особенно в детском и подростковом возрастах, приводящая к
переутомлениям, перенапряжениям, значительному снижению резервов
здоровья [9, 580, 581, 582, 583]), а можно научиться расходовать их мудро
и бережливо, с наибольшей пользой и наименьшим дистрессом (оптимальное построение тренировки на всех ее многолетних этапах, обеспечивающее максимальную реализацию индивидуальной способности к адаптации
при сохранении и повышении резервов здоровья [93, 124, 141, 183, 356,
391, 417, 436]).
Необходимо отличать текущую, срочную адаптацию от глубокой,
унаследованной от родителей, которая определяет жизненный, в том числе
и двигательный, потенциал и полное истощение которой приводит к старости и смерти, а в целом ее запасы, способы накопления и расходования
формируют тот или иной по продолжительности жизненный цикл каждого
человека [343].
Для понимания воздействия на организм средовых факторов принципиальным является понимание и доказательство того, что качественно
различные раздражители отличаются лишь своим специфическим действием. Их неспецифический стрессорный эффект в сущности одинаков, если
только на него не накладывается и не видоизменяет его какое-либо специфическое свойство раздражителя.
То обстоятельство, что один и тот же стрессор может вызывать неодинаковые поражения у разных людей, удалось связать с «факторами
обуславливания», которые избирательно усиливают или тормозят то или
42
иное проявление стресса. «Обуславливание» может быть внутренним (генетическая предрасположенность, возраст, пол) и внешним (прием гормонов, лекарственных препаратов, диета). Под влиянием таких факторов обуславливания (они определяют чувствительность организма) нормальная,
хорошо переносимая степень стресса может стать болезнетворной и привести к «болезням адаптации», избирательно поражающим ту или иную систему организма.
Таким образом, каждый агент обладает и стрессорным, и специфическим действием. Первое неспецифично: оно одинаково для разных раздражителей; второе типично для каждого агента. Однако ответ организма зависит не только от этих двух действий раздражителя. Играет роль и реактивность организма, изменяющаяся в зависимости от внутренних и внешних условий. Отсюда вытекает, что, поскольку все стрессоры обладают
также и специфическим действием, они не могут всегда вызывать абсолютно одинаковые реакции. Даже один и тот же раздражитель действует
неодинаково на разных людей, так как неповторимы внутренние и внешние условия, определяющие реактивность каждого человека [343].
Аналогичным образом обстоит дело и с воздействием тренировочных и соревновательных нагрузок на организм спортсменов. Одинаковые
по своим внешним количественным характеристикам (продолжительность,
скорость, количество повторений, длительность интервалов отдыха и т.д.)
задаваемые нагрузки, преломляясь через комплекс внутренних (выраженность индивидуальной предрасположенности к конкретной двигательной
деятельности, предшествующий двигательный опыт, текущее функциональное состояние) и внешних (климатогеографические условия проведения тренировок и соревнований, специализированное питание и наличие
средств восстановления и повышения работоспособности, инвентарь и
снаряжение, оборудование мест проведения тренировок и соревнований,
взаимоотношения с тренерами и партнерами и т.д.) условий, вызывают
различные адаптивные ответы. Поэтому в спортивной тренировке чрезвы-
43
чайно трудно смоделировать взаимодействие типа «доза–эффект», «тренирующий потенциал-тренировочный эффект». Это определяет целесообразность и необходимость исследования условий и факторов рационального
построения тренировочного процесса, предшествующего практическому
построению тренировки и проводимого параллельно с ней [342].
Концепция влияния внешних и внутренних условий, а также гипотеза, согласно которой некоторые болезни вызываются тем, что механизм
ОАС «сходит с рельсов», во многом проясняют взаимоотношения между
физиологией и патологией стресса. Любая активность приводит в действие
механизм стресса. Но пострадают ли при этом сердце, почки, печень, желудочно-кишечный тракт или мозг, в значительной мере зависит от случайных обуславливающих факторов. В организме, как в цепи, рвется слабейшее звено, хотя все звенья одинаково находятся под нагрузкой. Разумеется, всякое заболевание вызывает стресс, поскольку предъявляет к организму новые требования адаптации. В свою очередь, каждое заболевание
начинается со стресс-реакции.
Действие стресса наслаивается на специфическое проявление болезни и меняет картину в худшую или лучшую сторону. Вот почему стресс
может быть благотворным (при различных формах шоковой терапии, физиотерапии, трудотерапии) или губительным – в зависимости от того, борются с нарушением или усиливают его биохимические реакции, присущие стрессу.
Следует упомянуть, что стресс играет важную роль в повышении
кровяного давления, возникновении сердечных приступов, язв желудка и
двенадцатиперстной кишки («стрессовые язвы») и различных типов душевных расстройств [508].
Экстремальные и параэкстремальные условия, в том числе и в спортивной деятельности, могут являться причиной развития стресса как состояния особо высокого напряжения всех функций человека, его психики и
эмоциональной сферы. Можно полагать, что при этом организм помимо
44
обычного нейрорефлекторного управления переходит на иной (аварийный,
избыточный) уровень регуляции, используя скрытые функциональные резервы. Одновременно наблюдаются и некоторые морфологические изменения: увеличение коркового слоя надпочечников, уменьшение размеров
печени, селезенки, количества жировой ткани, нарушение белкового обмена и др. [343].
Изменения в секреции стеройдных гормонов и в реакции белой крови представляются более объективными для определения уровня стресса
по сравнению с динамикой выделения катехоламинов (гормонов, образующихся в мозговом слое надпочечников), которая, как часто упоминается
в литературе, сопровождает возникновение стрессового состояния. Однако
эти изменения могут проявляться и в обычных эмоциональных реакциях,
характерных для относительно умеренного, нестрессового уровня регуляции.
Среди других показателей стрессовых реакций выделяют: временное
нарушение синергизма (синхронного взаимодействия) симпатического и
парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (доминирование того или другого); резкое изменение (падение или увеличение) сахара
в крови; значительное уменьшение корреляции между частотой пульса и
дыхания; длительное искажение ритма и структуры дыхательных циклов;
реакция артериального давления (без физических нагрузок) по гипертоническому или гипотоническому типу (вплоть до появления феномена бесконечного тона) при условии, что в обычном состоянии в ответ на дозированную нагрузку наблюдается нормотоническая реакция; выраженное
нарушение пульса на психогенной основе. В последнем случае при подсчете ЧСС в течение 10 с отклонение от исходного уровня составляет 3 и
более ударов [377].
В иммунологии для оценки напряженности функционирования системы иммунитета в качестве интегрального критерия применяют уровень
общей связанности параметров, определяемый как сумма сочетаний пока-
45
зателей изучаемых комплексов, между которыми имеются достоверные
связи, независимо от их направлений [355].
У большинства спортсменов к концу тренировочного цикла снизились показатели оперативной памяти (на 15,0%) и других индифферентных
(безразличных, общих) тестов. В то же время улучшились значения двигательной памяти, точности движений, соразмерности усилий, т.е. показателей, характеризующих структуру выполняемой двигательной деятельности. Такое перераспределение, перегруппировка и психологических, и физиологических показателей наблюдалось у спортсменов неоднократно
[378].
Приведенные данные отражают один из вариантов повышения спортивного мастерства, обеспечиваемый за счет интенсивного роста специфического компонента при одновременном снижении общих характеристик
работоспособности. Последнее позволило предположить наличие в стадии
повышенной резистентности (сопротивления) при развитии стресса двух
относительно самостоятельных фаз (рис. 1.2).
В фазе перекрестной резистентности реализуется общая мобилизация функциональных резервов, а в фазе перекрестной сенсибилизации – их
перераспределение. Такое явление названо «минимизацией» [377].
Стадия
тревоги
Стадия повышенной резистентности
Стадия
истощения
Стрессор
Фаза
шока
Фаза
Фаза
перекрестно
противошока резистентности
Фаза
перекрестно
сенсебилизации
минимизация
Рис. 1.2. Вероятная динамика стрессовых реакций с перераспределением
функциональных резервов по механизмам «минимизации»
Авторы совершенно справедливо считают его вполне целесообраз-
46
ным, поскольку расходование ограниченных функциональных резервов
организма осуществляется с минимумом затрат. В то же время данное явление вполне можно рассматривать и в качестве одного из вариантов реализации «цены» адаптации, так как наряду с повышением характеристик
специфического компонента работоспособности наблюдается снижение
показателей ее общего компонента.
При этом стрессовый характер воздействий, реализуемый по механизму ОАС, преломляется через «факторы обуславливания». Последние
могут привести как к нормальной, хорошо переносимой степени стресса,
так и к болезненной степени стресса – «срыву» адаптации. В первом случае, при адекватном развитии стресса, «цена» адаптации сводится в конечном счете к перераспределению функциональных резервов в сторону повышения их специфического компонента при одновременном снижении
характеристик общего компонента. Во втором случае, при неадекватном
развитии стресса, конечный эффект выражается в «болезнях адаптации»,
избирательно поражающих предрасположенные к этому морфофункциональные структуры организма [343].
Понимание здоровья как состояния полного физического и социального благополучия (согласно Уставу Всемирной организации здравоохранения) базируется на представлениях о комплексе биосоциальных свойств
личности, обеспечивающих ее активное и эффективное функционирование
в среде. При рассмотрении сущности физического здоровья речь идет не
только о состоянии морфофункциональных структур и систем организма
человека, но и об адаптивных способностях и об их потенциале. В связи с
этим главной социально значимой целью процесса формирования, повышения и сохранения физического здоровья человека являются не только
достаточно высокие абсолютные показатели функционирования всех систем его организма, но и высокий уровень адаптивных способностей этих
систем [51].
Результаты многочисленных исследований, проведенных медиками,
47
физиологами, психологами, педагогами, убедительно свидетельствуют о
том, что чем шире диапазон адаптивных способностей человека, тем быстрее и лучше он действует как в монотонных, стандартных, так и в быстро
меняющихся условиях среды, тем эффективнее решает возникающие задачи, лучше справляется со многими заболеваниями, успешнее предотвращает их средствами профилактики [395, 645]. Вместе с тем преувеличенная,
выраженная специализация адаптации снижает общий уровень физического здоровья человека.
Примером может служить повышенная чувствительность организма
спортсменов высокой квалификации к неблагоприятным внешним воздействиям в состоянии «спортивной формы». Здесь проявляется диалектическое противоречие спорта высших достижений, когда требования максимальной реализации двигательного потенциала в направлении демонстрации рекордных результатов определяют доминирующую роль специфического компонента в использовании функциональных резервов в ущерб их
общему компоненту. Вновь просматривается проблема оптимального соотношения общего и специфического в любой деятельности человека через
рационализацию социально управляемых средовых воздействий на его организм.
1.2.3. Генетические детерминанты адаптации
Формирование потенциала адаптивных способностей с разной степенью интенсивности протекает в течение всего жизненного цикла. Одним
из ведущих стимулов этого процесса, филогенетически самой древней и
постоянно действующей его материальной основой является физическая
(двигательная) активность человека. Именно движение как проявление физической активности послужило причиной и первоосновой образования и
развития систем адаптивного поведения живого на земле, формирования
его структуры и функций [67]. В связи с этим физическую активность человека предлагается рассматривать в качестве филогенетически детерми-
48
нированного фундамента для совершенствования морфофункциональных
характеристик и свойств организма человека [53, 56].
Таким образом, еще раз следует подчеркнуть, что физическая активность человека по своей сути имеет двойственный и противоречивый характер. Это определяется прежде всего тем, что по своей природе данный
феномен одновременно является и социальным, и биологическим. Физическая (двигательная) активность детерминируется как физиологическими и
морфологическими субстратами локомоторных систем и генетическими
предпосылками их формирования и развития, так и тем огромным влиянием, которое оказывают факторы социального происхождения на становление и совершенствование двигательной функции, на ее мотивацию в процессе развития и деятельности личности.
К числу таких факторов следует отнести те обучающие и тренирующие воздействия, которые испытывает ребенок уже со стороны своих первых воспитателей. Стихийность или организованность этих воздействий
окружающей среды, общества, осуществляемых по каналам «культурной
преемственности», не меняет их социальной сути. Социальными по своей
сущности являются и целевые установки управляемого обществом процесса воспитания физической активности людей. Последнюю определяют
«...как целеустремленную двигательную деятельность человека, направленную на укрепление здоровья, развитие физического потенциала и достижение физического совершенства для эффективной реализации своих
задатков и способностей с учетом личностных мотиваций и социальных
потребностей» [56].
Вполне понятно, что глубокое изучение и осмысление этого феномена, выявление его сущности, раскрытие закономерностей его эволюции в
онтогенезе, его роли в формировании и совершенствовании человеческой
личности, гармонизации ее развития представляются весьма актуальной
задачей всего комплекса наук о человеке. Все это обуславливает правомерность постановки вопроса о необходимости поиска научно обоснован-
49
ных путей эффективного управления процессом воспитания, развития и
реализации физической активности людей.
Здесь перед комплексом различных научных дисциплин встают две
достаточно сложные задачи. С одной стороны, необходимо выяснить главные закономерности естественного и стимулированного развития двигательных проявлений, а с другой – обосновать эффективные формы, методы
и средства разрешения общественно значимой задачи обеспечения необходимого уровня физической активности людей [56].
Известную сложность в построение и методологию такого комплексного исследования вносит междисциплинарный характер проблемы
феномена физической активности. Для преодоления этих трудностей предлагается использовать уже достаточно эффективно проявившие себя в исследованиях многих научных направлений системный [42, 246, 624] подходы, объединенные в эволюционном подходе к исследованию феномена
физической активности человека.
Установка на познание законов эволюции системы через изучение
моделей ее естественного развития становится главной в реализации предполагаемого подхода. Сравнительное исследование естественного и интенсивно стимулируемого развития физической активности человека, в частности процесса спортивной подготовки, позволяет найти подходы к разработке оптимальных и экстремальных режимов физической активности,
изучить резервные возможности человека, выявить факторы, лимитирующие развитие систем обеспечения активности, и предел допустимых искусственных компенсаций, позволяющих поддерживать гомеостаз в норме
[56].
Руководящей идеей рассматриваемой методологии является стремление согласовать интенсивность и ритм воздействия на процесс формирования и реализации физической активности с законами естественного развития организма человека. В этом аспекте необходимо учитывать, что
углубление знаний о феномене физической активности будет выступать в
50
качестве объективной основы для постоянного расширения диапазона и
повышения точности возможных воздействий, прежде всего благодаря
развитию и совершенствованию представлений о законах эволюции двигательной функции [343].
Возрастная эволюция моторной сферы физической активности человека рассматривалась на примере исследования онтогенеза его локомоторной функции с позиций эволюционного подхода [51]. Показано, что самой
общей чертой возрастного развития локомоций, присущей изученным системно-структурным уровням этого вида движений, является наличие двух
этапов возрастной эволюции. Принципиальным критерием разделения
первого и второго этапов онтогенеза локомоций служит выраженное изменение характера развития локомоторных систем в начале третьего десятилетия жизни.
Активная специально организованная двигательная деятельность создает условия для интенсивного развития движений на первом этапе онтогенеза. Чем выше и напряженнее активность, тем более высокий уровень
развития локомоций достигается к концу первого этапа их эволюции. Данный тезис хорошо согласуется с представлениями, отрицающими в противовес некоторым биологическим концепциям онтогенеза фатальную неизбежность энтропийного характера индивидуального развития [31, 32, 33,
41, 60, 66, 623].
Эволюция локомоторной функции характеризуется ярко выраженной
цикличностью, которая формирует биологический ритм развития движений. Сущность биологического ритма возрастной эволюции данной функции заключается в последовательной смене периодов ускоренного развития отдельных элементов двигательной системы периодами их структурной консолидации. Компонентами биологического ритма являются циклы
развития, включающие фазу преимущественного развития элементов моторики и фазу их структурного объединения в целостной системе. Эти
циклы и фазы развития не являются замкнутыми и дискретными.
51
В каждом из циклов предел организационной упорядоченности системы движений обуславливается достигнутым уровнем развития отдельных ее элементов. И как только возможности структурной организации
приближаются к пределу, начинается новый цикл развития системы. Вновь
ускоренно эволюционируют отдельные элементы моторики на фоне структурной диссоциации (нарушения связности), и вновь рассогласование сменяется фазой консолидации, повышением уровня организации системы
[56].
Тот факт, что периоды ускоренного и замедленного развития систем
моторики, ее структурной и элементарной основ свойственны как спортсменам, так и неспортсменам, свидетельствует о генетической обусловленности ритма развития моторики человека в норме. В то же время выявленные временные сдвиги в развитии некоторых биомеханических и морфологических параметров у представителей разных спортивных дисциплин
допускают предположение о возможной частичной внешней коррекции генетической программы развития. Однако отставания или опережения ритмических подъемов в развитии отдельных параметров моторики, вызванные напряженной спортивной деятельностью, все же не определяют эти
всплески, а лишь несколько сдвигают их во времени.
Биологическое значение относительности генетической детерминации ритмов развития моторики, вероятно, обусловлено разноуровневым
характером ритма возрастных преобразований морфофункциональных систем, обеспечивающих локомоторные акты. Такая последовательность онтогенетических перестроек прежде всего связана с биологической подготовкой организма к полноценному функционированию в среде и осуществлению детородной функции. Происходящие в связи с этим морфологические и функциональные перестройки организма в онтогенезе несмотря
на всю свою многоплановость и стохастичность определяют гармонию
развития самого высокого уровня [343].
Внешние воздействия и внутренние стимулы развития в данном слу-
52
чае дополняют друг друга, обеспечивая в целом рациональный путь достижения цели развития: накопление потенциала, необходимого для эффективного функционирования в среде. Этот потенциал не является поэтому фатально обусловленным генотипом, так как абсолютные значения
двигательного потенциала определяются оптимальностью тренировки и
степенью утилизации естественных предпосылок развития двигательной
функции.
Сама относительность генетической детерминации различных параметров развития, а также его соматических и функциональных результатов
может оказаться генетически обусловленной [56].
Сравнительное изучение естественного и стимулируемого тренировкой онтогенеза локомоторной функции показывает, что разные параметры
развития движений неодинаково обусловлены внешними и внутренними
влияниями. В большей степени генетически детерминированы биологические ритмы и последовательность ускорений развития отдельных элементов и структур моторики, обеспечивающих ее морфофункциональных систем организма. В то же время достигнутый уровень развития как локомоторных актов в целом, так и отдельных системно-структурных элементов в
решающей степени зависит от внешних обучающих и тренирующих воздействий. Поэтому чрезвычайно важной представляется такая организация
в онтогенезе комплекса внешних воздействий, которая бы в максимальной
степени способствовала реализации предоставляемых природой возможностей оптимизации процесса физического совершенствования человека.
Важной закономерностью онтогенеза локомоторной функции является выраженная в той или иной мере индивидуальность «динамического»
почерка переместительных движений у отдельных людей. Индивидуальные биомеханические особенности движений выступают в качестве крайне
стойких, консервативных характеристик, лишь до известных пределов
поддающихся внешним воздействиям. Это обстоятельство служит естественным основанием для выявления «своих», «подходящих» видов спор-
53
та, спортивных дисциплин, различных амплуа, а также индивидуальных,
подчас очень оригинальных методик тренировки и вариантов соревновательной деятельности, в наибольшей степени соответствующих морфофункциональным особенностям каждого человека [343].
Результаты исследований онтогенеза локомоторной функции человека позволяют отметить следующие основные закономерности данного
процесса: этапность развития систем движений человека; нелинейный, колебательный характер развития различных систем морфологии и функций
организма, обеспечивающих реализацию двигательной активности человека; синфазность периодов ускоренного развития элементов систем движений и их несовпадение с периодами ускоренного развития структур; многоуровневую ритмичность развития систем моторики, их элементов и
структур; высокую степень индивидуальности двигательных проявлений;
детерминированность абсолютных результатов развития систем моторики
характером и интенсивностью (режимом) внешних воздействий [56].
Опираясь на выявленные закономерности возрастного развития моторики, представляется правомерным сформулировать ряд принципов в
исследовании и построении многолетней тренировки. Взаимодействие социального и биологического в развитии движений человека осуществляется через постоянное «наложение» (аппликацию) воздействий среды на генетически обусловленную и социально корректируемую программу развития двигательной сферы. Это дает основание сформулировать «принцип
аппликации» как один из принципов эволюционного подхода, означающего необходимость раскрытия, постоянного учета и использования в исследовании и практическом построении многолетней тренировки соотношения и взаимосвязи биологических и социальных факторов эволюции моторики [343].
Решение частных задач спортивной тренировки, таких как совершенствование отдельных технических элементов или развитие двигательных качеств и способностей, невозможно без их рассмотрения в рамках
54
целостной системы движений, включенной, в свою очередь, в систему
жизнедеятельности целостного организма и содержащей более дробные
элементы низшего порядка интеграции. Это определяет требование к рассмотрению процесса развития отдельных компонентов моторики в рамках
эволюции разных уровней объединенной морфофункциональной системы,
обеспечивающей двигательную деятельность человека. Последнее дает основание выдвинуть в качестве еще одного принципа эволюционного подхода в решении проблемы многолетней тренировки «принцип интеграции».
Центральной «рабочей» задачей данного принципа является выяснение, изучение и использование природы и механизма связей, обеспечивающих синтез высокоорганизованных систем движения, и динамики этих
связей в процессе индивидуальной эволюции моторики спортсмена.
Важнейшей закономерностью индивидуальной эволюции моторики
выступает неравномерный, колебательный характер развития как отдельных ее элементов, так и их системно-структурных объединений. Неравномерность развития моторики подтверждается исследованиями онтогенеза
локомоторной функции человека на различных уровнях переместительных
движений. В онтогенезе биомеханических элементов это проявляется в отчетливо выраженных периодах ускоренного и замедленного развития.
Возрастные изменения биомеханических систем в целом характеризуются ритмической сменой фаз внутрисистемной структурной консолидации элементов фазами их диссоциации, рассогласования. Отличительная
особенность возрастной динамики межсистемных отношений моторики –
определенная ритмичность развития, которая выражается в последовательной смене процессов повышения и снижения степени согласованности систем биодинамики, физического развития и физической подготовленности.
Отличительной чертой взаимодействия колебательных процессов
развития различных уровней локомоторной системы является синхронность изменений в эволюции отдельных элементов. В то же время указан-
55
ные изменения асинхронны по отношению к их структурным комплексамсистемам [53]. Можно говорить о переходе количественных изменений
(при достижении ими определенного уровня накопления своего рода «критической массы») характеристик низшего порядка в качественные изменения структур и систем более высокого уровня. Развитие, количественный
рост отдельных элементов и их внутрисистемных связей приводит к качественным перестройкам в виде изменения межсистемных отношений
внутри организма. Видимо, далее можно вести речь и о качественноколичественных перестройках в системе «организм–среда» и т.д.
Генетический подход при исследовании проблем спортивной тренировки, в частности спортивных способностей, находит все более широкое
применение. Вместе с тем роль генетической информации в морфофункциональном развитии человека, в формировании спортивных способностей
изучена недостаточно [126].
Вместе с тем известно, что основой наследственности является генетическая информация, которая передается от родителей к детям, т.е. здесь
речь идет о процессе передачи информации каждому человеку в отдельности. Наследование как процесс передачи генетической информации осуществляется по определенным законам, которые могут в наиболее полной
мере проявиться при адекватном взаимодействии с соответствующими
условиями внешней среды. Генетический фактор, реализуемый в какомлибо признаке (качестве, свойстве), может обнаружиться только при необходимых внешних условиях. При исследовании механизма наследственности становится понятно, что зародышевая плазма не существует в каком-то
водонепроницаемом отсеке, на который не оказывают влияния внешние
воздействия.
Наследственность – это способ передачи существующих признаков,
которые она сама не производит. Причины этих признаков лежат вне самой наследственности. Иначе говоря, при отсутствии генетической информации признак не может развиться даже в самых оптимальных внеш-
56
них условиях реализации механизма наследственности. Зародышевая
плазма не может изменяться независимо и автоматически. Хотя зародышевый материал, являющийся постоянным элементом нашего организма, хорошо защищен, тем не менее он оказывается отнюдь не в безупречном состоянии при воздействии ряда факторов, оказывающих повреждающее или
видоизменяющее влияние (алкоголь, ртуть, табак и другие формы хронического отравления, неполноценное питание, отсутствие света) [344].
Многочисленными исследованиями показано, что генетические факторы, реализованные через механизмы наследственности, в значительной
степени определяют физическое развитие, формирование двигательных
качеств, аэробную и анаэробную производительность организма, величину
прироста функциональных возможностей под влиянием тренировок [126,
200, 259, 509, 619].
Признавая роль генетических влияний, не следует умалять значения
внешних стимулов. Еще раз необходимо подчеркнуть, что генетическая
информация может быть полноценно реализована только в том случае, если она в каждом возрастном периоде будет оптимально взаимодействовать
с определенными условиями и воздействиями среды, соразмерными морфологическим и функциональным особенностям организма в соответствующем возрастном периоде.
Необходимо учитывать и то обстоятельство, что влияние конкретного средового фактора неодинаково на различных этапах развития организма. На каждом из них наблюдается «свой комплекс», специфический набор
наиболее действенных внешних воздействий, которые во взаимодействии с
генетической программой и изменениями на предшествующих этапах развития дают наибольший эффект. Неадекватные возможностям организма
внешние стимулы не позволяют использовать резервы организма, которыми он располагает на отдельных этапах развития [126]. Говоря о средовых
факторах, следует указать, что уровень развития как локомоторных актов в
целом, так и их отдельных структурно-системных элементов в решающей
57
мере зависит от специально организованных внешних воздействий [53, 56].
Данные факты позволяют сформулировать «принцип детерминации», реализуемый в процессе многолетней тренировки с позиции эволюционного подхода. Этот принцип обуславливает необходимость выявления
и учета консервативных и лабильных компонентов систем моторики как
основы для целесообразной организации комплекса тренировочных и соревновательных воздействий, целенаправленно управляющих развитием
данных систем.
Предполагается, что эффективность управления процессом многолетней спортивной тренировки во многом зависит от того, насколько точно
по времени, по характеру и по величине акценты управляющих воздействий соответствуют естественно обусловленной последовательности преобразований моторики, той последовательности, которая вытекает из общих закономерностей эволюции моторики, определяющих ее гармонию и
эффективность. В этом случае воспринимаемая обучающая, тренирующая
информация окажется адекватной «настройке» воспринимающего обучаемого, тренируемого объекта и будет активно усваиваться им. Если же акценты управляющих воздействий не совпадают с преимущественной
направленностью развития локомоторной системы, то воспринимаемая
информация окажется в роли «сбивающего фактора», источника «помех»,
в конечном счете нарушающего естественный алгоритм развития, гармонично согласованный с эволюцией всех остальных систем целостного организма.
В частности, возрастной интервал от 7 до 10 лет сенситивен для развития практически всего спектра двигательных качеств и способностей человека. Поэтому совершенно естественно считать его особо важным для
организованной и целенаправленной закладки основ потенциала двигательной активности человека [56].
Дальнейшее изучение развития растущего организма детей и подростков как целостной системы позволило уточнить механизмы адаптации
58
к задаваемым нагрузкам [129, 130]. Еще раз показано, что величина тренировочной нагрузки как по объему, так и по интенсивности должна совпадать с особенностями морфофункционального развития детей и подростков и находиться во взаимосвязи с ними [125].
В функциональном и морфологическом развитии организма детей и
подростков (7-17 лет) наблюдаются периоды снижения и повышения
устойчивости к тренировочным воздействиям. Снижение устойчивости организма к предлагаемым нагрузкам совпадает с периодами полового созревания, снижением темпов развития двигательных способностей и повышением активного развития отдельных компонентов морфологической системы. В периоды повышения устойчивости организма детей и подростков
активизируется темп развития двигательных способностей, а в морфологической системе наблюдается стабилизация роста и компонентов [129].
Обоснование системы физического воспитания, предусматривающее
учет специфических особенностей физиологии организма в различные
возрастные периоды, а в пределах каждого отдельного возраста – проявления его физиологической зрелости или незрелости (т.е. его биологического
возраста) опирается на сформулированное в свое время «энергетическое
правило скелетных мышц» (ЭПСМ) и открытые состояния реагирования
на задаваемые нагрузки, которые обозначены понятием «физиологический
стресс» [40]. Последний в отличие от «патологического стресса» по Г. Селье [507, 663] также характеризуется трехфазностью своего течения. Первая фаза – анаболическая. Вторая предусматривает достаточно высокий
объем двигательной активности, которая индуцирует в третью (восстановительную) фазу – избыточный анаболизм. Это выражается в обогащении
организма не только пластическими, но и существенно выраженными
энергетическими резервами, как расширяя диапазон адаптивных возможностей, так и повышая его неспецифическую и иммунобиологическую резистентность. Указанная система является физиологической основой мер
профилактики разнообразных заболеваний в ранние и в более поздние воз-
59
растные периоды и эффективной мерой компенсации состояний физиологической незрелости, обоснованием новых, более действенных вариантов
тренирующих воздействий [40].
1.2.4. Функциональные резервы адаптации организма
Учение о физиологических резервах организма составляет одну из
важнейших основ прикладной физиологии, особенно физиологии спортивной деятельности. Знание закономерностей и механизмов включения и использования физиологических резервов организма позволяет научно обосновать планирование и осуществление мероприятий по ускорению адаптации человека, сохранению его здоровья и работоспособности при воздействии различных неблагоприятных факторов среды [247, 400, 401, 520,
521, 524].
Физиологические резервы организма играют важную роль в сложной
структуре приспособительных реакций. Стабильность гомеостаза при физиологической адаптации или его биологически целесообразная инертность должны сочетаться со столь же целесообразной способностью организма к использованию физиологических резервов. Именно этим определяется скорость развития адаптации или дизадаптации в тех случаях, когда
резко меняются интенсивность и длительность воздействующих факторов
или напряженность профессиональной деятельности.
Иными словами, процессы адаптации человека и уровень его работоспособности в значительной мере зависят от величины физиологических
резервов организма. Адаптация к новым условиям представляет собой
сложный динамический процесс целесообразной перестройки функциональных систем с использованием физиологических резервов, направленный на поддержание адекватного состояния органов, систем и организма в
целом. Основное условие, обеспечивающее сохранение гомеостаза, состоит в том, чтобы возникшие при действии неблагоприятных факторов адаптивные сдвиги не выходили за пределы резервных возможностей организ-
60
ма [522, 523].
При адаптации к одним и тем же факторам среды функциональные
сдвиги у различных людей могут колебаться в широких границах. Это зависит прежде всего от величины физиологических резервов организма, которые и следует учитывать при определении понятия «динамическая физиологическая норма». С данных позиций последнюю можно охарактеризовать диапазоном компенсаторно-приспособительных возможностей организма и его физиологическими резервами, обеспечивающими заданный
уровень работоспособности и оптимальное время восстановления функций
после выполнения работы. Эта норма предполагает адекватное изменение
исследуемого показателя (с учетом его индивидуальных колебаний) как
функцию от интенсивности и длительности воздействия одного экстремального фактора или их комплекса.
Перестройка функций организма в период адаптации теснейшим образом связана с их динамической физиологической нормой. Регуляция
функций при различных воздействиях протекает тем совершеннее, чем
больший запас возможностей предоставляют организму границы его физиологической нормы. Если же регуляция осуществляется на границе или
за пределами нормы, то возникает перенапряжение адаптационных механизмов, происходит нарушение адекватности реагирования на воздействие
и развиваются дизадаптивные расстройства [523].
В самом общем виде под резервными возможностями адаптации человека понимаются его скрытые способности усиливать функционирование своих органов и систем в целях совершения необычно большой работы, приспособления к чрезвычайным сдвигам во внешней и внутренней
среде. В связи с тем что резервы включаются при нагрузках как целостная
система, говорят о функциональных возможностях человека, подразумевая
под ними все резервные возможности, которые могут быть реализованы
организмом при максимальном усилении функций его физиологических
систем. Все резервные возможности организма могут быть разделены на
61
большие классы как по своему происхождению – биологические и социальные, так и по своему характеру – функциональные и структурные.
Биологические резервы являются общими для человека и животных
(у человека они – результат эволюции, закрепленный фило- и онтогенетическим развитием), а социальные имеются только у человека и вырабатываются только на основе социальной мотивации в человеческом обществе.
Биологические резервы делятся на функциональные и структурные.
Функциональные резервы – это скрытые возможности организма человека,
которые мобилизуются в период его активной деятельности и связаны со
значительным изменением функционирования органов и систем. Под
структурными изменениями подразумеваются возможности изменения под
воздействием нагрузок прочности костей и связок, количества митохондрий в клетках, утолщение миофибрилл и мышечных волокон, изменения
в васкуляризации скелетных и сердечной мышц и т.д. Это, в свою очередь,
оказывает существенное влияние на функциональные возможности организма спортсмена.
В функциональных резервах выделяют резервы биологические и физиологические, которые у человека имеют видовой, наследственный характер, и жизненный опыт может лишь обеспечить их более быструю и эффективную мобилизацию, а адаптация к стрессовым воздействиям (в том
числе тренировочным и соревновательным) может, кроме того, увеличить
их количественно.
Под биохимическими резервами понимаются биохимические процессы, определяющие экономичность и интенсивность энергетического и
пластического обменов и их регуляцию. Физиологические резервы связаны
с интенсивностью и длительностью работы органов и систем организма, их
нейрогуморальной регуляцией, что находит выражение в таких качествах,
как сила, выносливость (работоспособность), быстрота [401].
Резервы организма иерархически могут быть представлены в виде
пирамиды (рис. 1.3).
62
Рис. 1.3. Иерархия функциональных резервов:
П – психологические, С-Т – спортивно-технические,
Ф – физиологические, Б – биохимические
В основании пирамиды лежат биологические резервы, а вершину составляют социальные – психические и профессиональные (спортивнотехнические). Вся эта иерархия функционирует как единое целое. В связи с
этим интегральный показатель применительно к напряженной двигательной деятельности оценивается лишь по результатам соревнований. Вместе
с тем следует иметь в виду, что один и тот же результат может обеспечиваться преимущественно за счет того или иного вида резервов. Биохимические резервы составляют основание пирамиды, как резервы фундаментальные, определяющие эффективность реализации остальных резервов.
В зависимости от ориентации на решение определенных задач спортивной тренировки биохимические критерии могут быть систематизированы следующим образом:
а) критерии, характеризующие состояние тренированности (уровень
спортивной работоспособности);
б) критерии, отражающие степень и направленность воздействия
различных средств и методов тренировки (срочный тренировочный эффект);
в) критерии, отражающие особенности протекания восстановительных процессов после задаваемых нагрузок (отставленный тренировочный
эффект);
г) критерии, оценивающие эффективность тренировки в достаточно
больших тренировочных циклах (кумулятивный тренировочный эффект)
63
[632].
Наиболее полная информация о состоянии тренированности спортсменов содержится в показателях, отражающих основные функции энергетического обмена. Аэробный и анаэробный (алактатный и гликолитический) компоненты работоспособности могут быть оценены с помощью
критериев мощности, емкости и эффективности [127, 133].
Критериями мощности аэробных и анаэробных процессов являются
показатели максимального потребления кислорода, максимальной скорости образования молочной кислоты, выделения излишков СО2 и т.п. Емкость различных энергетических источников оценивается величинами поступления кислорода за время выполнения нагрузок, максимального кислородного долга, максимума накопления молочной кислоты в крови,
наибольшего сдвига буферных оснований и т.д. [344].
Эффективность преобразования энергии аэробного и анаэробного
пути отражается в критериях кислородной стоимости нагрузок, порога
анаэробного обмена и т.п. Основная проблема биохимической диагностики
уровня тренированности связана с установлением относительной значимости отдельных критериев, выявлением их закономерных перестроек с ростом спортивного мастерства и разработкой на этой основе действенной
системы тестирования [79, 254].
При выборе критериев срочного тренировочного эффекта необходимо учитывать специфичность биохимических изменений в организме происходящих под влиянием задаваемых нагрузок. Количественной основой в
этом случае может служить анализ адаптационных сдвигов в организме с
использованием зависимости «доза–эффект» [79] или «тренирующий потенциал – тренировочный эффект» [109]. Данным путем возможно определить наименьшую величину нагрузки, при которой просматриваются первоначально выраженные биохимические перестройки в организме, а также
величину нагрузки, где адаптационные сдвиги достигают наибольших значений. Все это дает возможность выявить диапазон «запредельных» нагру-
64
зок.
В целом оценка воздействия различных (или по крайней мере основных) типов с использованием биохимических показателей позволяет на
строгой количественной основе осуществить систематизацию и нормирование задаваемых нагрузок [79]. Таким образом, от биохимических резервов в конечном счете зависят длительность и мощность выполняемых
нагрузок, хотя они непосредственно определяются физиологическими,
спортивно-техническими и психологическими резервами.
Все виды резервов крайне подвижны, могут возрастать в процессе
тренировки и уменьшаться при ее прекращении, попадании человека в неблагоприятную в биологическом и социальном отношениях среду обитания. Уровень развития и реализации разных видов резервов у спортсменов
очень индивидуален, определяется спортивной специализацией и изменяется в период занятий спортом. Физиологические резервы оказываются
анатомически сформированными примерно к 20-25 годам, а в целом растут
в основном до 25-30 лет и затем начинают снижаться. Психологические и
спортивно-технические резервы существенно увеличиваются до 30-35 лет,
а затем либо медленно растут, либо начинают снижаться из-за возрастного
уменьшения физиологических резервов.
Биологические адаптационные резервы проявляются на клеточном,
тканевом, органном, системном уровнях и на уровне целостного организма. Клеточные резервы определяются варьированием величины некоторых
активно функционирующих структур из общего их количества и увеличением числа структур соответственно уровню требуемого от органа функционального напряжения. На более высоких уровнях развития тренированности функциональные резервы проявляются в снижении энергозатрат
на единицу работы, повышении интенсивности и эффективности функционирования различных органов и систем организма [344].
На уровне целостного организма резервы адаптации проявляются в
возможностях осуществления целостных реакций, обеспечивающих рас-
65
ширение и решение задач различной сложности и приспособление к экстремальным условиям окружающей среды [399]. При этом показано, что
повышение спортивного мастерства в результате систематической тренировки обеспечивается за счет двух взаимосвязанных направлений перестроек в организме спортсменов. Первое предполагает увеличение функциональных возможностей различных органов и систем на базе структурных и биохимических изменений. Второе направление имеет в виду совершенствование координации их деятельности со стороны центральной
нервной системы и ее саморегуляции [109, 147, 148].
Адаптация к высоким тренировочным и соревновательным нагрузкам, носящим экстремальный характер, реализуется путем мобилизации
функциональных резервов организма, представляющих собой сложную
(неоднородную по составу) систему с комплексом прямых и обратных связей [178].
В процессе адаптации организма к задаваемым нагрузкам функциональные резервы отдельных органов и систем органов реализуются лишь в
рамках системной реакции организма в соответствии с особенностями
мышечной деятельности и спецификой адаптированности [526]. Высказывается мнение, что процесс развития тренированности сводится к совершенствованию механизмов избирательной мобилизации функциональных
резервов адаптации и формированию информированием более совершенной системы мобилизации функциональных резервов.
Тренированность условно можно представить в виде двух взаимосвязанных подсистем. Одна из них обеспечивает специализированную
двигательную деятельность за счет включения определенного ансамбля
двигательных единиц (ДЕ), а другая – поддержание гомеостаза в таких
пределах, при которых возможно эффективное функционирование первой
подсистемы. При таком подходе показателем адаптированности организма
выступает, с одной стороны, спортивный результат (он является системообразующим фактором, ради которого формируется и совершенствуется
66
система резервов адаптации), а с другой – характер системной адаптивной
реакции на нагрузку, в которой интегрируются в единое целое отдельные
проявления скрытых возможностей органов и систем [179].
1.2.5.
Оптимальная физическая нагрузка и ее влияние
на организм человека
Сложной клинической задачей является определение оптимальной
«дозы» физической активности и характера физических упражнений. Положительное влияние занятий как физической культурой, так и спортом
определяется соответствием степени физической нагрузки возможностям
человека, ее выполняющего. Если же физическая нагрузка превышает эти
возможности, то она становится чрезмерной и вызывает отрицательные
изменения в организме. При таком понимании чрезмерности очевидно, что
даже небольшая физическая нагрузка, падающая на не подготовленного к
ней человека, может оказаться для него чрезмерной со всеми вытекающими из этого последствиями. Поэтому дозировка физической нагрузки является такой же трудной клинической задачей, как и дозировка лекарств.
Очевидно, что малые дозы не будут эффективными, а большие могут дать
отрицательный результат; так и чрезмерная физическая нагрузка приводит
или к обострению имеющихся различных хронических заболеваний, или к
развитию перенапряжения различных органов и систем организма. В
настоящее время известны и клинически изучены перенапряжения нервной
системы, сердца, крови, почек, костей и др.
Учитывая факт наличия так называемого детренированного сердца
современного человека, с самыми различными проявлениями и падающий
удельный вес физической активности как в профессиональной, так и в бытовой деятельности, при дозировании физической активности лицам, не
занимающимся спортом, требуется особая осторожность. Необходимость
тщательной индивидуализации физической нагрузки, ее целенаправленного использования лицами с различным уровнем состояния здоровья требу-
67
ет от врача-специалиста полноценных знаний как о положительном, так и
о возможном отрицательном влиянии физической нагрузки на организм и
умения индивидуализировать эту нагрузку [185, 186].
Для практического использования оздоровительного воздействия
занятий спортом проблема адаптации организма к мышечной работе имеет
важное значение [10, 16, 24, 80, 118, 131, 149, 189, 297, 411, 435, 585 и др.],
ибо спортивные достижения должны расти именно вследствие улучшения
состояния здоровья, а не за счет здоровья [244, 452, 453, 600 и др.].
Как отмечает О. И. Козлова [315], изучение возможности прогностического подхода к индивидуализации физических нагрузок и управлению
учебно-тренировочным процессом по оценке адаптивных реакций, зависящих от функционального состояния организма, возраста, пола, уровня
физической подготовленности и тренированности, должно осуществляться
на стыке научных знаний многих дисциплин, в том числе теории и методики физического воспитания и спорта и биологической кибернетики. Это
продиктовано необходимостью не только программирования нагрузок,
восстановительных мероприятий, спортивной результативности, но и прогнозирования состояния здоровья. Проблема адаптации, предболезни и болезни наиболее актуальна, особенно в видах спорта на выносливость. Нерациональное планирование нагрузки и восстановительных мероприятий
зачастую вызывает явление дизадаптации, а затем и предболезнь, повышая
«цену» за адаптацию у занимающихся физической культурой и спортом.
Физиологические сдвиги, выявляемые в сопоставлении с мышечной
работой, не дают исчерпывающей характеристики адаптационных возможностей организма в том случае, если не определяется такой показатель
функционального состояния, как качество управления функциональными
резервами. Способность мобилизовать функциональные резервы, изменить
программу и взаимосвязь отдельных функциональных параметров в зависимости от выполняемой двигательной деятельности зависит от уровня
развития механизмов регуляции, для изучения которых используются ме-
68
тодические подходы, основанные на принципах биологической кибернетики [315].
Только оптимальная двигательная активность развивает и поддерживает функциональные резервы организма, соответствующие хорошему состоянию здоровья. Определение оптимальной нагрузки по-прежнему остается одной из сложных проблем в теории и методике физической культуры
и спорта, в то время как оптимум двигательной активности является необходимым условием достижения высокого уровня здоровья.
Основная сложность проблемы заключается в том, что оптимум необходимых движений у каждого человека – сугубо индивидуальный. Нет
строго установленных гигиенических норм двигательной активности, есть
только ориентировочные нормативы, построение которых основано на
хронологическом (паспортном) возрасте индивидуума, который очень часто не совпадает с физиологическим возрастом не только у взрослых, но и
у детей.
Величину нагрузки определяет все, что имеет место во взаимодействии организма с окружающей средой во всем ее многообразии. Поскольку острота действий всех факторов постоянно меняется и у каждого организма индивидуально, адекватно должна меняться и нагрузка. Границы
оптимальности нагрузки определяются максимумом и минимумом двигательной активности, которые являются «некими» для каждого организма.
Выход за его пределы приобретает отрицательное значение как при недостатке нагрузок (гипокинезии), так и при ее избытке (переутомлении, перенапряжении). Следует учитывать и тот факт, что увеличение направленной двигательной деятельности до индивидуального максимума переносится организмом без ущерба для здоровья.
Поэтому для усиления оздоровительной направленности тренировочного процесса при повышении объема и интенсивности нагрузок необходим критерий, определяющий их индивидуальную оптимальность. Для
решения проблемы индивидуализации физических нагрузок необходим
69
критерий, включающий показатели функционального состояния систем,
которые являются ведущими в жизнеобеспечении организма. С позиций
кибернетики оптимальный уровень функционирования физиологической
системы обеспечивают максимальные адаптационные возможности при
минимальной степени напряжения механизмов регуляции.
В условиях тренировочного процесса, предусматривающего целенаправленное и последовательное обучение, одним из важных факторов
является оптимизация психических и физических нагрузок в тесной связи с
текущим функциональным состоянием организма.
Эффективность обучения в ходе тренировочного процесса и результативность спортсменов зависят от многих факторов. Ряд авторов [99,
152, 298, 392 и др.] предполагают, что специфика адаптации к мышечной
работе в ходе тренировочного процесса и соревнования делает актуальным
проведение научных исследований по изучению «функционального портрета» спортсмена. По их мнению, необходимо наряду с комплексной оценкой психофизиологического статуса, личностных характеристик, нейродинамических особенностей исследовать определенный уровень напряжения
регуляторных механизмов, находящий отражение в различных вегетативных показателях. При этом, как считают [300], наиболее информативными
являются показатели функционирования сердечно-сосудистой системы,
которые отражают энергетический аспект выполнения любого психического акта и могут служить объективной характеристикой напряженности
труда, в том числе и спортивной деятельности.
По мнению Э. А. Лиозновой и М. В. Лиознова [361], клиническая
оценка реактивности сердечно-сосудистой системы у человека до настоящего времени представляет определенные сложности. В то же время ее
изучение может служить одним из важнейших критериев диагностики патологии системы кровообращения в спорте.
Процесс управления физической тренировкой должен строиться с
учетом основных закономерностей взаимоотношений внешней и внутрен-
70
ней нагрузки, основных параметров реакции организма человека на
нагрузки, в том числе и параметров восстановления после нее и параметров тренировочного эффекта [58].
Многие вопросы рационального использования различных видов
физических упражнений, показания к их применению, дозировку и влияние на различные органы и системы организма и т. п. еще нельзя считать
окончательно решенными. Для их решения необходима большая, кропотливая научно-исследовательская работа во всех разделах клинической медицины.
Физическая нагрузка, т. е. физическая активность, без которой
немыслимо человеческое существование, должна быть оптимальной для
каждого человека, для того чтобы обеспечить его физическое совершенствование. Однако определение оптимальности нагрузки чрезвычайно
сложно, и нередко физическая нагрузка оказывается или недостаточной,
или чрезмерной. Следует иметь в виду, что число лиц с так называемым
детренированным сердцем в современном обществе растет, и надо уметь
правильно дозировать им физическую нагрузку [245].
Занятия физической культурой и спортом несут здоровье только тогда, когда они проводятся рационально, с оптимальной нагрузкой, в соответствующей гигиенической обстановке и т. д. Иначе говоря, для того чтобы физическая культура и спорт выполняли свою оздоровительную функцию, необходимо соблюдать определенные условия. Эти условия заключаются прежде всего в отсутствии физической и эмоциональной перегрузки, строгой индивидуализации нагрузки и ее оптимальности, неуклонном
соблюдении режима быта и питания и т. п. [186].
Гипердинамия может стать фактором, вызывающим патологические изменения только тогда, когда она чрезмерна. Уровень гипердинамии,
при котором тренеровка становится чрезмерной, также индивидуален и
очень разнится у спортсмена и лица, не занимающегося спортом, а тем более – у больного. Ведь бег трусцой на 300 м может оказаться для больного
71
такой же чрезмерной нагрузкой, как для спортсмена бег на 50 км [245].
Под чрезмерной физической нагрузкой следует понимать нагрузку,
превышающую возможности данного конкретного лица в данный момент.
Очевидно, что для одного и того же человека одна и та же нагрузка может
быть и оптимальной, и чрезмерной в зависимости от его состояния в данный момент. Грань, за которой развиваются патологические изменения, у
каждого человека своя, и не всегда ее можно достаточно точно определить
[244].
Прямая функциональная недостаточность может реализоваться в
условиях остро возникшей большой нагрузки, при которой наблюдаются
прямые повреждения структур сердца, скелетных мышц, нарушения ферментной активности и другие изменения, являющиеся итогом как самой
нагрузки, так и возникающей при этом стресс-реакции [476]. Эта «цена»
срочной адаптации ярко проявляется при первых нагрузках нетренированных людей и устраняется правильно построенным тренировочным процессом и развитием адаптированности.
В основе действий тренера, могущих способствовать возникновению заболеваний, лежат неправильная организация и методика тренировки
и обучения, создающие условия для возникновения перегрузки организма.
К ним относятся: нарушения принципов дидактики, т. е. последовательности и доступности упражнений, неправильное планирование тренировок,
когда динамика нарастания физической нагрузки опережает уровень роста
функционального состояния; отсутствие постепенности после каких-либо
перерывов в тренировке; пренебрежение общей физической подготовкой;
однообразие нагрузки; неправильное сочетание работы и отдыха; раннее
начало тренировок после болезни и т. д. Наиболее существенны при этом
отсутствие или недостаточная индивидуализация нагрузок, создающие
условия для перегрузки организма спортсмена. Вместе с тем переутомление представляет собой предпатологическое состояние, т. е. состояние,
еще не являющееся болезнью, но на фоне которого легко возникает бо-
72
лезнь, снижается устойчивость к инфекции и т. д. [245].
Что же касается состояния перетренированности, представляющего
собой невроз вследствие перенапряжения центральной нервной системы,
то хорошо известно [48], что определяемые иногда при различного рода
неврозах так называемые функциональные нарушения внутренних органов
могут становиться стойкими и необратимыми. Известно также [637], что
физическое и психическое переутомление ускоряет развитие заболеваний.
Болезни возникают при нагрузках, выполняемых спортсменами, недостаточно к ним подготовленными, особенно, если это еще сочетается с
нарушением режима труда и быта, вредными привычками и наличием очагов хронической инфекции. В этих условиях даже сравнительно небольшие нагрузки становятся чрезмерными [244].
Выраженные морфологические деструктивные изменения в скелетных мышцах, миокарде и внутренних органах после очень больших физических нагрузок выявили [96, 176, 394].
Врачебные наблюдения за спортсменами в процессе тренировки
также показывают увеличение возможности развития различных нарушений сердечной деятельности по мере увеличения нагрузок [115, 185, 186,
187, 360, 658 и др.].
Разнонаправленность данных о значении величины нагрузки, как
нам представляется, в значительной степени вызвана тем, что воздействие
нагрузок обусловлено не столько их величиной (т. е. силой раздражителя),
сколько степенью их соответствия в каждом отдельном случае функциональным возможностям организма, без чего понятие о величине нагрузки
становится абстракцией [137, 186, 424].
Еще Ю. В. Фольборт в своих классических исследованиях показал,
что одна и та же нагрузка может вызвать в организме два совершенно противоположных состояния: нарастание тренированности с повышением работоспособности и истощение с постепенным падением функций в зависимости от соответствия ее (нагрузки) состоянию занимающегося и эф-
73
фективности течения процессов восстановления. Это положение в дальнейшем было развито и применено рядом физиологов, биохимиков и клиницистов по отношению к различным функциональным системам организма, течению биохимических и пластических процессов.
Состояние сердечно-сосудистой системы является одним из важнейших критериев для оценки воздействия на организм человека систематической спортивной тренировки. Это обусловлено прежде всего исключительно большой ролью аппарата кровообращения в адаптации организма
к изменению условий среды, что наиболее ярко проявляется при физических напряжениях, особенно связанных с проявлением выносливости
[173].
В показателях состояния сердечно-сосудистой системы наиболее
четко проявляются сдвиги, связанные с развитием и нарушением тренированности, ранее всего выявляются признаки перегрузки, стоящие нередко
на грани патологии [424].
Все это обусловливает особое значение квалифицированного врачебного контроля за состоянием сердечно-сосудистой системы со стороны
спортивного врача, его умения дифференцировать особенности состояния
кровообращения, обусловленные воздействием на организм систематической спортивной тренировки, от проявления ранних признаков предпатологических и патологических состояний [173].
Всякое утомление, и особенно переутомление (а грань между ними
очень мала и не всегда может быть точно определена), является благоприятным фоном для развития различных заболеваний. Поэтому любая физическая нагрузка, без которой немыслимо нормальное существование человека, должна быть для каждого оптимальной. Только оптимальная нагрузка обеспечивает физическое совершенствование организма человека. Однако определение оптимальности нагрузки сложно и требует своего дальнейшего изучения [244].
74
1.3.
Теория автоматического управления
Теория автоматического управления (ТАУ) – наука, которая изучает процессы управления и проектирования автоматических систем, работающих по замкнутому циклу. Иначе говоря, она изучает любые системы с
обратной связью.
Принято считать, что одним из первых примеров системы автоматического управления (САУ) является регулятор Ползунова–Уатта (17641765 гг.) (рис. 1.4), предназначенный для автоматического регулированияподдержания давления в паровом котле.
1. Вал паровой машины.
2. Маховик.
3. Зубчатая передача.
Рис. 1.4.
Регулятор Ползунова–Уатта (1764-1765)
Задача сводится к поддержанию постоянной скорости вращения.
С
принципами
работы
этого
регулятора
связан
труд
И.А. Вышнеградского «Регуляторы прямого действия» (1876 г.), основными тезисами которого являются:
1. Увеличение массы шаров вредно влияет на устойчивость.
2. Уменьшение трения вредно влияет на устойчивость.
3. Уменьшение момента инерции маховика вредно влияет на устойчивость.
4. Уменьшение неравномерности хода (в зависимости от нагрузки)
вредно влияет на устойчивость.
Все эти выводы противоречат инженерному «здравому смыслу».
75
Развитие техники: повышение мощности машин, совершенствование
обработки металла, увеличение рабочей скорости, стремление уменьшить
неравномерность хода, – приводило к ухудшению работы парового регулятора. Вышнеградский в своей работе объяснил, почему улучшение параметров машины ухудшает ее работу. Инженерам в то время это было совершенно неясно и никак не укладывалось в стандартные схемы.
В 1892 г. А.М. Ляпунов написал работу «Общие задачи об устойчивости движения», в которой обосновал общий подход к исследованию
устойчивости движения, из этого результаты Вышнеградского вытекали
как частный случай.
Во второй половине ХХ в. были решены многие новые задачи устойчивости систем. В современном виде ТАУ была создана к середине 60-х г.
ХХ в., но развитие вычислительной техники поставило новые задачи, дало
также и новые методы решения старых задач, развитие науки происходит и
в настоящее время.
САУ состоит из двух основных частей: объекта управления (ОУ) и
регулятора (Р). Однако это разделение достаточно условное. ОУ представляет собой «нечто», в котором должны быть явно выражены одна или несколько входных и одна или несколько выходных величин. Также на объект действуют помехи (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Действие помех на объект
u(t)=(u1(t).....umt))T – входное управляющее воздействие.
y(t)=(y1(t).....yn(t))T – выходное сигнал, состояние объекта.
(t)=(1(t).....k(t))T – вектор помех.
Для поддержания заданного режима функционирования объекта,
что выражается в заданном поведении выходных величин y, осуществляет-
76
ся управление входными величинами u в соответствии с некоторым алгоритмом управления, построенным, в свою очередь, в соответствии с принципами управления.
Устройство, вырабатывающее управление, называют регулятором.
Перед регулятором ставится задача обеспечения заданного качества работы системы во всех практически важных режимах. Регулятор создается
разработчиком системы исходя из знаний о свойствах объекта управления
и требуемых задачах системы.
1.3.1. Принципы управления (регулирования) в теории
автоматического управления
1.
Принцип разомкнутого регулирования представлен на рис. 1.6.

Yф
U
Регулятор
Y
Объект
Рис. 1.6. Yф – желаемый алгоритм функционирования
Иначе говоря, принцип планового управления. Работает достаточно
успешно при наличии двух условий:
a) достаточности информации о свойствах объекта и неизменности
этих свойств в процессе работы;
b) незначительности или полном отсутствие помех.
2.
Принцип компенсации (управления по возмущению) представ-
лен на рис. 1.7.

Регулятор 2
Yф
Регулятор
U
Объект
Y
Рис. 1.7. Принцип компенсации
t
Предложен Понселе (1829 г.). Принимаются меры к изучению или
77
вычислению возмущающего воздействия . Регулятор 2 компенсирует помехи. Именно поэтому качество работы этой системы выше качества системы, работающей по принципу разомкнутого управления.
Главный недостаток этого принципа – необходимость измерения или
априорного задания возмущения (например, его математической модели).
Закон изменения помехи должен быть известен, или помеха должна
измеряться, для этого должна быть известна математическая модель помехи или установлен датчик для измерения.
3.
Принцип замкнутого управления (управления с обратной свя-
зью, управления по отклонению) представлен на рис. 1.8.

Yф
Регулятор
U
Объект
Y
канал обратной связи
Рис. 1.8. Принцип замкнутого управления
Предложен Чикалевым (1874 г.). Этот принцип является наиболее
общим, но и наиболее дорогим.
Канал обратной связи является наиболее уязвимым местом. При
нарушении его работы система может стать полностью неработоспособной.
Этот общий принцип управления чаще всего реализуется в виде
управления по отклонению (рис. 1.9), то есть с использованием сигнала
ошибки e(t).
e(t)=yф(t)–y(t)
канал обратной связи
Рис. 1.9. Управления по отклонению
Если задача заключается в управлении объектом при наличии возмущающих воздействий, неточности задания математической модели объ-
78
екта, погрешности измерений и повышенных требованиях к точности, то
принцип управления по отклонению является наиболее совершенным.
В действительности, по настоящему «автоматическими» являются
только САУ с обратной связью.
4.
Также возможно совместное (комбинированное) использова-
ние принципов управления, например, принципа компенсации возмущения
и принципа замкнутого управления.
Ниже на рис. 1.10 приведен пример такой системы, где имеется и
контур отрицательной обратной связи, и цепи компенсации погрешностей
и возмущений.
На рис. 1.10 представлена – модель электромеханической системы,
содержащей привод, объект, датчики, регулятор и формирователь (задатчик) желаемого поведения выходного сигнала Y(t). В этой модели САУ
считается, что помехи действует линейно, т.е. прибавляются к сигналу.
Очевидно, что использован комбинированный принцип управления.
Рис. 1.10. Типичный вид электромеханической системы
К подобному виду часто можно привести типовые САУ, причем не
только электромеханические, но и любой другой природы.
Именно этот факт универсальности методов автоматического
управления для систем любой природы делает ТАУ настоящей наукой,
имеющей универсальное применение. Ее методы одинаково подходят и в
электромеханике, и в теории связи, и при описании и исследовании биологических или других систем.
79
1.3.2. Типы систем автоматического управления по задачам
управления
Обратимся к виду задающего воздействия yзад(t). Это – желаемое
поведение системы, желаемый алгоритм функционирования. От вида и
способа формирования этого сигнала в значительной степени зависит способ построения регулятора.
В зависимости от вида yзад(t) принято классифицировать САУ по
задачам управления:

Системы стабилизации:

Системы программного управления: yзад (t) – является функ-
yзад = const.
цией времени и заранее известна.

Системы следящие: yзад (t) – заранее неизвестно.
Отметим, что эти задачи являются усложняющимися, в самом деле,
всегда можно считать, что yзад = const является частным случаем известной
функции. Также очевидно, что управлять системой с заранее неизвестным
yзад (t) сложнее, чем системой с заранее известным законом функционирования.
Типичным примером системы стабилизации может служить контур
поддержания постоянной ЧСС в кардиолидере. Еще одним примером может служить система АПЧГ – автоматической подстройки частоты гетеродина приемника.
Примером САУ программного управления является система поддержания заданного технологического режима, например, закона нагрева
подложек микросхем, когда известна требуемая температурная кривая.
Однако не следует путать принцип программного управления и систему
программного управления (имеется, к сожалению, неудачная сложившаяся
терминология).
Наконец, примером следящей системы может являться любая система
дистанционного
управления
перемещением,
например,
робот–
80
манипулятор, управляемый специальным «джойстиком». В этом случае
объект должен точно воспроизвести любые заранее неизвестные перемещения, притом, возможно, в условиях помех.
Принято считать, что современная экономика развивается по принципу обратной связи, обеспечивающей в данном случае устойчивость системы
в целом при изменяющихся внешних условиях (природа, общество). Следует, однако, отметить, что в этом случае не просто сформулировать задачу
управления. Обычно в таком случае имеются дополнительные критерии качества, которые должны достигать максимального/минимального значения.
Скажем, таким критерием может являться стоимость управления.
Более точно такие системы описываются как системы оптимальные,
когда явно представлен некоторый критерий выгоды, и задача заключается
в его максимизации или минимизации (в зависимости от сути задачи). Поэтому наряду с принципом управления с обратной связью здесь принято
говорить о принципах оптимального управления. Однако это скорее касается конструкции регулятора, не принципа его работы, а конкретного алгоритма управления. В самом деле, вне зависимости от того, оптимальный
используется алгоритм управления или нет, исходной и единственной для
него информацией обычно служит сигнал отклонения текущего поведения
объекта от желаемого.
Справедливости ради заметим, что в некоторых случаях и сам принцип управления с обратной связью может автоматически вытекать из решения оптимальной задачи управления. При таком подходе заранее не задан принцип управления, но явно задан критерий оптимальности.
Классификация САУ
Известно много методов исследования САУ и имеется следующая
их классификация, учитывающая способы математического описания и характер протекания процессов в системе (рис. 1.11).
САУ можно классифицировать также по следующим признакам:
1. По наличию или отсутствию дополнительных источников энер-
81
гии САУ подразделяются на системы прямого и непрямого регулирования.
Системы прямого регулирования – это системы, в которых для приведения
в действие регулирующих органов не требуются дополнительные источники энергии, т.е. чувствительный элемент непосредственно перемещает регулирующий орган. Примером такой системы может служить регулятор
заданного уровня воды в паровом котле, изобретенный русским механиком
И.И. Ползуновым в 1765 г.
Системы Автоматизированного Управления
Стационарные
Нестационарные
Линейные
Нелинейные
Непрерывные
Нелинейные
Цифровые
Детерминированные
С заданным качеством
Импульсные
Стохастические
Оптимальные
Адаптивные
По виду
уравнения
САУ
По характеру
передачи
сигналов
По характеру
процессов в
системе
По критерию
качества
Рис. 1.11. Классификация САУ, учитывающая способы математического
описания и характер протекания процессов в них
В противном случае САУ является системой непрямого регулирования. Эти САУ используются в подавляющем числе случаев, так как
практически всегда сигнал ошибки E(t) недостаточен по мощности для
управления регулирующим органом.
2. По характеру сигналов, циркулирующих в системе, САУ подразделяются на непрерывные (аналоговые), дискретные и дискретнонепрерывные (гибридные).
3. По виду уравнений, описывающих систему, САУ подразделяют-
82
ся на линейные и нелинейные.
4. По характеру изменения задающего воздействия САУ делятся на
системы стабилизации, следящие системы и системы программного регулирования.
Системы стабилизации – это САУ, которые обеспечивают поддержание требуемого значения регулируемой величины относительно неизменного значения задающего воздействия. Отметим, что здесь и в дальнейшем отдельные компоненты векторов задающего воздействия, выходных координат и т.д. обозначаются малыми буквами.
Следящие системы предназначены для изменения регулируемой величины по закону, который заранее неизвестен, т.к. в общем случае величина задающего воздействия изменяется во времени и это изменение может быть случайным.
Программные САУ – это системы, в которых задающее воздействие
изменяется по заданной программе, т.е. g(t)=gпр(t).
Нетрудно заметить, что системы стабилизации и программные САУ
являются частным случаем следящих систем.
5. По величине и характеру ошибки ε(t) САУ бывают статическими
и астатическими.
В системах, статических по отношению к какому-либо воздействию, ошибка, вызванная этим воздействием, по окончании процесса регулирования становится равной некоторой постоянной величине, называемой статической ошибкой.
В системах, астатических по отношению к какому-либо воздействию, ошибка, вызванная этим воздействием, по окончании процесса регулирования становится равной нулю.
6. По числу замкнутых контуров регулирования САУ бывают одноконтурными и многоконтурными.
7. По характеру зависимости коэффициентов дифференциальных
уравнений, описывающих систему, от времени САУ бывают стационар-
83
ными и нестационарными. В стационарных САУ указанные коэффициенты
не зависят от времени.
8. С точки зрения возможностей изменения параметров управляющей подсистемы в зависимости от изменяющихся в процессе функционирования параметров объекта управления, САУ бывают обыкновенными и
самонастраивающимися (адаптивными) [665].
1.4.
Системы адаптивного управления в робототехнике
Адаптация (аккомодация) является основной реакцией живого организма, обеспечивающей ему возможность выживания. Она означает приспособление организма к изменяющимся внешним и внутренним условиям. Реализация этого принципа в технических системах, а именно в робототехнике, по-видимому, имеет много достоинств, а иногда и просто необходима.
Как известно, с помощью разомкнутого управления без обратной
связи можно исключить влияние на выходные параметры объекта некоторых предсказуемых внешних возмущений при условии, что характеристики отдельных компонентов и элементов системы управления достаточно
просты и их свойства не изменяются [528, 547].
Ликвидировать влияние непредсказуемых внешних возмущений на
поведение объекта возможно в рамках традиционной теории управления.
Для этого необходимо использовать принцип обратной связи, т.е. организовать замкнутую систему управления, свойства всех элементов которой
полагаются известными и не изменяющимися во времени. Иногда может
допускаться дрейф некоторых характеристик, но в очень незначительных
пределах. Однако на практике часто встречаются такие объекты управления, амплитудные и частотные параметры которых варьируются в широких пределах под действием внешних причин с течением времени и в силу
свойств самого объекта. В несколько раз может изменяться момент инер-
84
ции манипулятора в сложенном состоянии по отношению к полностью вытянутому; вязкость рабочей жидкости в полостях гидроцилиндров подводного робота, работающего на разных глубинах моря при различных глубинах и температуре воды; трение в опорах двигателей в процессе загрязнения и старения смазки и многие другие характеристики. В то же время при
управлении сложными объектами: гибкими производственными модулями,
линиями или участками, состоящими из многих единиц оборудования, количество внешних и внутренних факторов, оказывающих возмущающее
действие на их работу, резко возрастает. Среди них могут быть ошибки позиционирования заготовок или даже их отсутствие в нужный момент, износ обрабатывающего инструмента, отклонение стыка свариваемых деталей от заданной траектории движения электрода сварочного автомата, раскачивание деталей на подвесном конвейере в процессе захвата их роботом
и другие подобные факторы, требующие адаптации управляющей системы,
т.е. самонастройки и приспособления к реальным условиям эксплуатации.
Реакция системы управления проявляется в изменении структуры, параметров, а иногда и алгоритма действий так, чтобы гарантировать достижение поставленной цели [468].
Существуют общие свойства, характеризующие процесс адаптации:
-
выходные параметры объекта регулирования и характеристики
возмущающих факторов находятся под постоянным контролем и управлением с помощью устройств, дополнительно включаемых в состав управляющей системы;
-
наблюдаемое поведение объекта описывается некоторым пока-
зателем качества, оценивающим в количественной форме характер протекания процесса управления;
-
отклонение показателя качества за пределы допуска влечет за
собой автоматическую настройку параметров регулятора или замену алгоритма управления, результатом которых является достижение желаемого
показателя качества или реализация поставленной цели.
85
Описанные свойства в более или менее ярко выраженной форме присущи всем адаптивным системам управления, всегда являющимися системами с обратной связью [557].
1.4.1. Уровни адаптации в робототехнике
В зависимости от цели управления адаптивные системы в робототехнике условно можно разделить на следующие уровни [557, 467, 468].
Первый уровень характеризуется способностью самонастройки параметров регулятора на основе информации о состоянии объекта, находящегося под возмущающим действием внешней среды. Оценка состояния объекта может осуществляться либо прямым измерением требуемых параметров, либо путем их идентификации. В последнем случае на объект подаются определенные пробные управляющие воздействия, фиксируется его реакция и на основании анализа поведения объекта дается оценка априорно
неизвестным или изменившимся его параметрам. Характерным примером
этого уровня адаптации робототехнической системы может служить регулятор, управляющий замкнутым по положению электрогидравлическим
приводом манипулятора подводного аппарата. Особенность эксплуатации
подводных роботов заключается в необходимости поддержания на заданном уровне статических и динамических параметров гидроприводов в широком диапазоне температур и давлений окружающей среды. Температура
слоев воды может значительно отличаться, что может привести к изменению вязкости рабочей жидкости и как следствие к непредсказуемому
дрейфу характеристик привода. Устранить это неприятное явление способна адаптивная система управления, идентифицирующая изменение характеристик и обеспечивающая соответствующую самонастройку параметров регулятора.
Для второго уровня адаптации робототехнических систем характерно включение в состав управляющего устройства дополнительных информационных средств, обеспечивающих сбор и обработку данных о состоя-
86
нии внешней среды. На основании анализа изменений внешней среды
осуществляется коррекция управляющей программы робота, позволяющая
в новых условиях достичь поставленной цели. Хотя на этом уровне адаптации коррекция программных действий допускается лишь в небольших
пределах, эффект от применения таких адаптивных систем управления на
практике значителен. Примером может служить электродуговая роботизированная сварка крупногабаритных изделий. В этом технологическом процессе трудно обеспечить постоянство пространственного расположения
линии стыка свариваемых частей от изделия к изделию. Поэтому сварочный робот должен уметь корректировать программную траекторию движения электрода в соответствии с реальным положением линии стыка, измеряемым специальными датчиками [70].
Понятие цели управления для адаптивных робототехнических систем третьего уровня вытекает из требования реализации максимальной
производительности при обеспечении отсутствия брака. Характерны для
этого уровня адаптации развитые средства для сбора информации о внешней среде, самодиагностирования, возможно, и саморемонта компонентов
управляемой производственной системы. Поясним сказанное примерами.
Одной из сложных с точки зрения автоматизации является операция
абразивной зачистки литья, особенности которой заключаются в криволинейности формы отливок, отсутствии на них базовых поверхностей, которые можно было бы принять за начало отсчета для последующих точных
перемещений, и износ абразивного инструмента, поэтому выполнить абразивную зачистку или шлифование изделий, используя робот с программным управлением, практически невозможно. Решение этой задачи можно
найти только в классе адаптивных систем, дополнив управляющее устройство робота средствами для контроля качества обработки поверхности отливки датчиками сил резания и износа абразивного инструмента. Система
управления адаптивного модуля абразивной зачистки, анализируя степень
шероховатости поверхности, может принять решение о повторном цикле
87
обработки данного участка детали или дать роботу команду переместить в
зону шлифования ее следующий участок. Одновременно, используя информацию о силах резания и оценивая износ абразивного инструмента,
адаптивная система управления может организовывать оптимальные с
точки зрения производительности режимы обработки [350].
Другим примером адаптации робототехнической системы, при которой происходит изменение алгоритма управления, служит гибкая производственная система (ГПС), например механообработки, включающая в
себя несколько единиц или десятков металлорежущих станков, объединенных автоматической транспортной складской системой. Такая система
функционирует по заданной программе до тех пор, пока не произойдет какого-либо сбоя. Если, например, выйдет из строя один из обрабатывающих
центров, то система управления ГПС должна, оперативно оценив обстановку, принять решение о последующих действиях, разработать, возможно
ценой снижения производительности, новую технологическую схему последовательной обработки изделий, выпускаемых данной гибкой производственной системой, и обеспечить функционирование станков и транспорта по новой маршрутной схеме до тех пор, пока ремонтная бригада не
вернет в строй аварийный станок [86].
Рассмотренные уровни адаптации робототехнических систем различаются не столько количеством дополнительных устройств, обеспечивающих сбор и обработку информации об изменении параметров оборудования, внешней среды и характера их взаимодействия, сколько возможностью организовывать системы, способные функционировать во все более
сложных, непредсказуемых изменениях условий эксплуатации.
1.4.2. Структура адаптивных систем управления
Анализируя функции программной и адаптивной систем управления
роботом, решающим рассматриваемую задачу, можно заметить, что они
отличаются только устройствами, воспринимающими информацию о
88
внешней среде. Эти устройства обрабатывают полученную информацию и
выбирают последовательность обхода уже имеющихся в программе робота
точек позиционирования (рис. 1.12).
Компоненты адаптивной и программной среды, отвечающие за исполнение выбранной последовательности обхода заданных точек, оказываются сходными.
Сбор и обработка
информации о состоянии внешней среды
и робота
Вычисление координат следующей точки позиционирования
Запоминающее
устройство
Считывание координат следующей точки позиционирования
Преобразование координат точек позиционирования
Запоминающее
устройство
Вычисление управляющих воздействий
на привод
Адаптивный робот
Исполнение
движения
Программный робот
Рис. 1.12. Схемы управления адаптивным и программным роботами
Таким образом, основное свойство адаптивных систем – реализация
цели управления в условиях недетерминированной внешней среды и дрейфа параметров робота – отражается в структуре двумя новыми элементами:
информационной системой, а также устройством для вычисления координат целевых точек и последовательности их обхода, использующим информацию об изменениях, произошедших во внешней среде и компонентах робота.
89
Функции управления адаптивным роботом выполняет вычислительное устройство, уровень сложности которого определяется уровнем адаптации робота. В простейшем случае это может быть микропроцессор или
микроЭВМ, для сложных адаптивных робототехнических систем вычислительное устройство может представлять собой мультимикропроцессорную
сеть [345].
Для современных адаптивных робототехнических систем характерно
совмещение в вычислительном устройстве функции адаптации к изменениям внешней среды и параметров приводов робота с широким набором
аппаратурных и программных средств самодиагностики и устранения мелких неисправностей в самой системе управления [69].
На рис. 1.13 показан один из возможных вариантов структуры мультимикропроцессорного устройства, управления адаптивным роботом.
Устройство включает в себя однотипные микропроцессоры (МП), объединенные общей магистралью и обменивающиеся информацией с общим
оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Каждый из микропроцессоров имеет свое собственное локальное запоминающее устройство
(ЛЗУ) для хранения команд и данных и устройство ввода-вывода информации (УВВ) для связи с периферийной аппаратурой, работой которой
управляет данный микропроцессор. Связь между микропроцессором, его
памятью и устройством ввода-вывода осуществляется с помощью локальной магистрали.
Несмотря на то что микропроцессорные модули имеют одинаковую
структуру, они выполняют различные функции. Так, один из них осуществляет сбор и обработку внешней информации, другой обеспечивает
связь с терминалом и интерпретирует команды оператора, третий вычисляет управляющие воздействия и контролирует работу приводов робота, а
четвертый отвечает за связь с внешним технологическим оборудованием и
верхним уровнем управления автоматической линией или участком.
К внешнему
оборудованию
Локальная магистраль
УВВ
АЗУ
МП
Локальная магистраль
ОЗУ
МП
АЗУ
УВВ
МП
АЗУ
УВВ
Резерв
Резерв
К датчикам внешней
информации
90
К терминалу
Резерв
оператора
УВВ
АЗУ
МП
Локальная магистраль
БКМ
Локальная магистраль
К исполнительным Резерв
приводам
Общая магистраль
Рис. 1.13. Структура мультимикропроцессорного устройства адаптивного
управления роботом
Особенностью данной структуры вычислительного устройства является возможность самодиагностики и саморемонта, которая реализуется с
помощью блока контроля магистрали (БКМ). Функции самодиагностики и
мелкого саморемонта относятся к одним из важнейших в современных системах управления адаптивным роботам, так как их выполнение обеспечивает безаварийную работу гибкого производственного модуля даже в
условиях сбоев и частичного отказа аппаратуры [475, 556, 586].
Анализируя порядок прохождения сигналов по общей магистрали и
их параметры, БКМ оценивает исправность отдельных микропроцессор-
91
ных модулей и приемопередатчиков, связывающих микропроцессоры с
общей магистралью. Если какой-либо микропроцессорный модуль вышел
из строя, то наряду с сообщением о замеченной неисправности, передаваемым оператору на верхний уровень управления, блок контроля магистрали
формирует команду на отключение аварийного модуля и передачу его
функций работоспособным микропроцессорам. Если же вышел из строя
только приемопередатчик микропроцессора, то по команде БКМ может
измениться структура связей между микропроцессорами. Например, используя резервные каналы ввода-вывода, имеющие, как правило, меньшую
пропускную способность, чем общая магистраль, можно осуществлять передачу информации между микропроцессорами, соединив их по принципу
«каждый с каждым» [467, 468, 557].
1.4.3. Программное обеспечение систем управления адаптивными
роботами и их функции
Функции программного обеспечения адаптивного робота состоят в
обслуживании внешних по отношению к системе управления объектов:
человека-оператора, приводов робота, информационной системы, технологического оборудования и вычислительного устройства верхнего уровня
управления (рис. 1.14).
Система управления взаимодействует с человеком-оператором в режиме активного диалога, в процессе которого человек выполняет следующие действия:
-
формирует рабочую программу, которая может быть представ-
лена в виде набора данных, описывающих точки позиционирования захватного устройства робота и управляющие сигналы на технологическое
оборудование,
или
в
ориентированном языке;
виде
набора
инструкций
на
проблемно-
92
Рис. 1.14. Структура программного обеспечения адаптивного робота
-
редактирует рабочую программу с помощью программы-
редактора данных или редактора текста, поскольку, как было сказано выше, программа может представлять собой либо данные, либо инструкции;
-
создает объектный и загрузочный модули рабочей программы,
обеспечивает удаление старых файлов, включение новых, переименование
и хранение программ в библиотеке;
-
отлаживает рабочую программу, т.е. при поддержке программ-
ного обеспечения осуществляет ее пошаговое исполнение, анализирует результаты отладки и при удовлетворительном качестве программы дает команду на ее исполнение;
-
реализует функции контроля исправности оборудования, в
частности проверяет каналы связи с технологическим оборудованием, калибрует измерительные системы робота и выполняет другие операции диа-
93
гностирования.
По отношению к исполнительному устройству робота – манипулятору – функции программного обеспечения широки и многообразны. В зависимости от уровня интеллекта робота они могут включать: подробный
анализ задания; разбиение его на подзадачи и элементарные действия;
планирование движения инструмента или захватного устройства для реализации этих действий; определение последовательности точек позиционирования, обход которых позволит воспроизвести желаемую траекторию,
и, наконец, преобразование координат точек позиционирования инструмента в требуемые положения сочленений манипулятора и формирование
команд управления приводами.
Важной с точки зрения организации взаимодействия гибких производственных модулей (ГПМ), составляющих линии и участки, является
поддержка программным обеспечением робота информационного обмена с
верхним по отношению к нему уровнем управления [138].
Конечно, существуют гибкие производственные модули с адаптивными роботами, работающие полностью автономно. Однако в этом случае
на плечи системы управления робота и ее программного обеспечения ложатся функции координации действий всех компонент ГПМ. Кроме того,
при появлении каких-либо неполадок или сбоев в работе невозможно послать запрос о помощи вышестоящей системе управления.
С другой стороны, если существует канал связи адаптивного робота
с ЭВМ верхнего уровня и процесс обмена поддерживается с двух сторон
программным обеспечением, появляется уникальная возможность создания иерархии уровней управления с четким разделением задач каждого и
сопутствующей унификацией программного обеспечения и языков программирования каждого.
В этом случае ЭВМ, управляющая гибким производственным модулем, который, как правило, является верхним уровнем по отношению к роботу, берет на себя координацию действий оборудования ГПМ, устранение
94
возможности аварийных ситуаций, диагностирование оборудования ГПМ
и ряд других функций, осуществляемых программным обеспечением адаптивного робота при автономной работе ГПМ под его управлением.
При обслуживании информационных систем функции программного
обеспечения адаптивного робота зависят уже от уровня интеллекта его сенсоров. Если обработка информации о внешней среде осуществляется самой
сенсорной системой, то программное обеспечение робота должно организовать лишь прием данных. В противном случае в его функции включается
также обработка и выделение информации, пригодной для целей управления,
а также определение адресата из числа программных модулей, ответственных
за управление, которому эта сенсорная информация предназначена [87].
Кроме перечисленных функций программное обеспечение должно
решать общесистемные задачи по обработке сигналов прерываний, по
управлению вводом-выводом информации, распределению вычислительных ресурсов и т.д.
Оценивая изложенные выше основные функции программного обеспечения адаптивного робота, можно заметить их сходство с функциями
универсальных операционных систем реального времени. Действительно,
если сравнивать основные компоненты универсальных операционных систем и систем программирования адаптивных роботов, то прослеживается
их аналогия.
Система программирования
Операционная система реального
адаптивного робота:
времени:
- команды оператора;
-
команды монитора;
- рабочее задание;
-
файловая система;
- проблемно ориентированный язык
-
языки программирования;
- обслуживание внешних устройств;
-
управление вводом-выводом;
- обеспечение обмена с верхним
-
поддержка сетевого обмена.
программирования робота;
уровнем управления.
95
Такая аналогия позволяет при проектировании систем программирования роботов не только использовать опыт, накопленный в области теории универсальных операционных систем, но и пользоваться самими операционными системами [467, 468, 557].
Применение в гибких производственных системах адаптивных роботов приводит к значительному повышению качества выпускаемой продукции за счет применения новых направлений в автоматизации технологических процессов, в данном случае микропроцессорных и сенсорных технологий. Применение ЭВМ для контроля процесса и самодиагностики существенно уменьшает временные затраты на наладку и обслуживание ГПМ,
сводя к минимуму роль «человеческого фактора» в дефектах конкретных
операций и ошибках программирования робота.
1.5.
Метод автономного адаптивного управления, его свойства и
приложения
Подавляющее большинство автоматически управляемых технических
систем, разработанных в прошедшем ХХ веке, обязаны своим существованием теории управления, построенной на аналитическом понимании законов механики и физики. Этот «классический» подход к управлению строится на том, что положение точки (объекта управления) в пространстве признаков известно абсолютно. Далее формальные математические преобразования позволяют получить математическую зависимость входов и выходов
для системы управления. Однако при всей изощренности наработанного математического инструментария областью применения «классических» методов управления остаются сравнительно простые объекты управления с очевидными свойствами. Попытки аналитически описать более тонкие свойства объектов управления (технических и тем более естественных), особенно в случаях, когда свойства ОУ плохо определены априори, быстро приводят к катастрофическому усложнению математических моделей. Ситуацию
в целом не спасают ни эвристические приемы, ни повышение эффективно-
96
сти вычислительной техники. На практике объекты управления, которые
плохо формализуются, свойства которых априори плохо известны или изменяются в процессе функционирования, являются типичными. С середины
ХХ в. активно развивается «неклассический» подход в теории управления.
Такие «неклассические» методы управления видят ОУ не как абсолютно известную точку в пространстве признаков, а лишь как некоторую информацию об этой «точке» (согласно А.В. Чечкину [611]). Управление при этом
сводится к формальной работе с данной информацией. Аналитические
функциональные зависимости параметров заменяются априорными либо
эмпирическими знаниями, либо результатами обучения на примерах.
Этот подход, по мнению А.А. Жданова, пытается воспроизвести
принципы естественных систем управления – нервных систем живых организмов. Нервные системы реализуют некоторые универсальные принципы обращения с эмпирической информацией и универсальные поисковые
алгоритмы. Мы видим, что один и тот же мозг живого организма успешно
решает самые разнообразные задачи (так, мозг птицы позволяет ей и балансировать на одной ноге, и обходить препятствия, и управлять полетом,
и решать еще множество задач). Во многих приложениях хотелось бы
иметь подобные универсальные системы управления. Следовательно, актуальным шагом в развитии теории систем управления является разработка единых принципов построения универсальных адаптивных систем
управления на естественных основаниях.
Однако к сегодняшнему дню это «неклассическое» направление распалось на многие ветви, далеко ушедшие друг от друга: экспертные системы, нейронные сети, системы нечеткой логики, системы с подкрепляющим обучением, искусственная жизнь и другие. По-видимому, эти ветви просто отражают разные стороны рассматриваемых естественных систем управления либо разные фазы их эволюции. Следует ожидать, что со
временем эти ветви сольются в единую картину, описывающую принципы
функционирования естественных систем управления и механизмы их эво-
97
люции. В своей работе А.А. Жданов идет именно этим путем, разрабатывая концептуальную модель нервной системы, которую он называет системой «Автономного адаптивного управления» (ААУ) [221, 222, 223, 224,
225, 226, 227, 229, 230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 238].
1.5.1. Концепция подхода к «автономному адаптивному управлению»
Создавая управляющую систему как модель нервной системы,
А.А. Жданов отталкивается от ее наблюдаемых свойств. Эти свойства
служат условиями для разработки, как макро-, так и микроструктуры
управляющей системы.
1. «Условие автономности» требует рассматривать управляющую
систему (УС) как подсистему объекта управления (ОУ), развивающуюся
вместе с ним и самостоятельно добывающую знания, необходимые для
управления. В свою очередь, ОУ является подсистемой среды. Рис. 1.15
показывает УС, ОУ и среду как соответствующие подмножества, а также
возможные маршруты передачи информации и воздействий от выходных
полюсов подсистем к их входным полюсам (белыми кружками показаны
истоки воздействий, а черными – стоки). Из такого понимания системы
видно, что УС управляет не только ОУ, но и всей системой «Среда – ОУ –
УС», при этом истоки вносят неожиданные для УС воздействия, а стоки
поглощают часть их, что в целом порождает случайные составляющие в
процессе функционирования системы.
Рис. 1.15. Общая структура системы
98
2. «Условие дискретности». Строение нервных систем во многих отношениях дискретно: нейроны, нервные волокна, нервные импульсы, датчики, исполнители и т.д. Однако в нервной системе имеются и непрерывные процессы, которые могут помочь при решении NP-полных задач.
3. «Условие максимальной начальной приспособленности» отражает
невозможность создания УС, обладающей способностью адаптироваться к
любым предъявленным ей ОУ и среде. Это условие требует максимального использования априорной информации для возможно более полного
начального приспособления как ОУ, так и УС к условиям существования.
В биологии эта начальная приспособленность осуществляется эволюционным приспособлением видов.
4.
«Условие минимума начальных знаний» отражает тот факт, что
нервная система новорожденного организма обладает относительным минимумом знаний и должна в течение жизни накапливать знания, необходимые для управления, т.е. быть адаптивной УС.
А.А. Жданов полагает [224], что всякая нервная система имеет две
важнейшие целевые функции:
a) выживание организма и
b) стремление к накоплению новых знаний.
Все остальные целевые функции (потребности) являются подчиненными указанным двум и их производными.
Из названных условий и целевых функций вынужденно следует, что
искомая УС должна решать определенные взаимосогласованные задачи, а
именно:
• находить во входных данных, поступающих от датчиков, неслучайную, закономерную информацию, отражающую неслучайные явления и
процессы в ОУ и среде. Эта задача называется задачей формирования образов. В математике ей близка задача автоматической классификации, кластеризации. Сформированные образы запоминаются в «памяти образов»:
• распознавать в текущей входной информации от датчиков сформи-
99
рованные образы – задача распознавания образов;
• обнаруживать специальные образы-знания, отражающие неслучайные причинно-следственные связи событий в системе, которые можно использовать для управления, и запоминать их в «базе знаний» – задача получения знаний и представления о них;
• задача вывода новых знаний из знаний, уже имеющихся в «базе знаний»;
• вырабатывать эмоциональные оценки для сформированных образов, запоминать их, вырабатывать эмоциональные оценки текущего состояния – задача моделирования эмоций;
• под влиянием целевых функций – выживания и накопления знаний
на основе данных нескольких разделов памяти, таких как «память образов», «база знаний» и других, а также на основе распознавания текущей
ситуации в терминах образов и их эмоциональных оценок, принимать решения в каждый текущий момент времени – задача многоуровневого и
иерархического управления.
А.А. Жданов полагает, что попытки построения моделей адаптивных
управляющих систем не могут претендовать на звание моделей нервных
систем, если они строятся не на решении всего комплекса перечисленных
здесь задач. Безусловно, для прагматических целей можно строить адаптивные (тем более с заданным качеством) системы управления только на
основе решения одной-двух из названных задач. Примеры таких систем –
искусственные нейронные сети, системы нечеткой логики, экспертные системы, системы обучения с подкреплением [237].
Если строить УС, содержащую в себе подсистемы, решающие названные выше задачи, то она должна будет иметь следующие состав и структуру (рис. 1.16).
100
Рис. 1.16. Состав и структура системы автономного адаптивного
управления
Опираясь на описанные представления о структуре и функциях искомой УС, А.А. Жданов разрабатывает модели, соответствующие схеме, см.
рис. 1.16. Каждая подсистема УС здесь является адаптивной самообучаемой системой. В целом такая система является самообучаемым распознающе-управляющим комплексом.
Придерживаясь указанной схемы, можно конструировать системы автономного адаптивного управления (ААУ) на базе различных технологий.
Однако использование традиционных математических методов для решения названных подзадач, по-видимому – наиболее трудоемкий вариант,
поскольку надо строить и оптимизировать сразу целый комплекс подсистем, что особенно трудно, если ОУ и среда плохо формализуемы или их
свойства меняются в процессе управления. Применение традиционных искусственных нейронных сетей (ИНС) для построения систем ААУ возможно, в частности, для блока датчиков и распознающей подсистемы, поскольку при использовании ИНС можно обойтись без математической
формализации ОУ. Однако ИНС имеют проблему «катастрофического забывания» и их использование в режиме ААУ, когда обучение и управление происходят в одном процессе, затруднено. При построении некоторых
101
подсистем можно использовать элементы систем нечеткой логики, систем
с подкрепляющим обучением или экспертных систем, однако все они
имеют свои ограничения и по своим идеям были предназначены для решения совсем иных задач [35].
Для синтеза систем ААУ А.А. Жданов использует специально разработанные модели нейронов [224, 238]. Эти модели соответствуют его
представлениям о работе биологических нервных клеток. Основная идея
этих нейронов состоит в следующем. По его представлению, биологический нейрон – это самообучаемая система автоматической классификации.
Известно такое свойство пластичности синапсов, которое заставляет ускоренно расти только те из них, по которым приходят коррелирующие сигналы. Это свойство является ключевым моментом, позволяющим нейрону
отыскивать коррелирующие события в системе, в том числе неслучайные
причинно-следственные события. С опорой на это свойство разработаны
несколько моделей нейрона, которые способны находить более или менее
сложные корреляции. Даже наиболее простой вид корреляции – когда с
нулевой временной задержкой коррелирует определенное большинство
входных сигналов нейрона, позволяет строить множество практически полезных прикладных систем ААУ. Такая наиболее простая модель нейрона
показана на рис. 1.17.
Рис. 1.17. Модель нейрона
102
С помощью блока Rw нейрон выделяет некоторый класс воспринимаемых сигналов (в простейшем случае – это вектор, состоящий из одних
единиц). В блоке lw подсчитывается статистика наблюдений такого вектора
и определяется, достаточно ли накопленной статистики для того, чтобы
сказать, что этот вектор неслучаен. Если нейрон понимает, что данный
вектор неслучаен, нейрон переходит в новое состояние, при котором он
теперь способен «узнавать» данный вектор – распознавать образ. В режиме
распознавания блок Rw узнает образ, блок lw подтверждает, что это неслучайный образ, и триггерный блок Tw переключается, выдавая на выход
нейрона сигнал Owt+1=1, говорящий о том, что образ Ow был распознан.
Этот выходной сигнал будет существовать до тех пор, пока он не будет
воспринят другими нейронами или подсистемами УС. Тогда такие нейроны пошлют сигнал Sw =1, и триггер сбросится. Приводим логическое выражение, описывающее работу данного нейрона:
Ot+1 = Stw &((btw&ltw)VO tw) and S wkt+1 = btw&1tw &gtw
Сеть из таких нейронов может собираться произвольно.
В настоящее время разрабатываются версии системы ААУ, использующие в своем составе возможности, предоставляемые такими технологиями, как: генетические алгоритмы [234], нечеткая логика [235], детерминированный хаос [221], искусственные нейронные сети [234].
Успехи прагматического направления исследований по искусственному интеллекту отодвинули в последние два десятилетия на второй план
исходную задачу изучения управления в живых организмах, о которой говорил Н. Винер [116]. Имитационное направление, которому уделяли внимание такие исследователи, как W.В. Cannon [638], П.К. Анохин [34], А.А.
Ляпунов [367], M.D. Mesarovic [655] и многие другие, всегда являлось источником радикальных идей, которые прагматическое направление доводило в эволюционном порядке до практически полезных реализаций. Обратное взаимодействие прагматики на имитацию также является плодотворным, поскольку привносит новый математический и технический ин-
103
струментарий, позволяющий строить и исследовать математические модели систем.
Отметим также, что, на наш взгляд, в настоящее время после пятидесятилетнего развития в прагматическом направлении формальных моделей
нейрона и нейросети, предложенных W.S. McCulloch и W.A. Pitts в 1943 г.
[652] и F. Rosenblatt в 1953 г. [659] (направление получило название «искусственные нейронные сети»), требуется переход к более адекватным
действительности моделям нейрона, нервной системы и мозга. С одной
стороны, накопился груз претензий к используемым в ИНС сильно упрощенным моделям нейрона и нейросети, претендующим в лучшем случае на
простую модель небольшого регулярного участка нервной системы. С другой стороны, складывается впечатление, что в научном сообществе уже
наработан и достаточно развит новый идейный, математический и программно-аппаратный инструментарий, который в совокупности может
придать проблеме имитации новый импульс.
1.5.2. Нейросетевая автономная адаптивная управляющая система
Одним из возможных способов реализации управляющей системы,
построенной в соответствии с методологией ААУ, является нейросетевая
реализация на основе специально разработанных для данной системы
нейроноподобных элементов и сетей. Тем самым появляются основания
для сравнения системы ААУ с искусственными нейросетями.
В своем традиционном виде ИНС были задуманы для решения задачи обучения распознаванию с учителем либо аппроксимации функций. С
этими целями они и используются в настоящее время наиболее широко.
Назначение же системы ААУ – автономное (без учителя) адаптивное
управление. Задача обучения распознаванию является только одной из подзадач управляющей системы ААУ. В последнее время в теории ИНС говорят о необходимости перехода ИНС к «управляющей парадигме», что,
собственно, и реализовано в методе ААУ, если ее построить на нейросетях
104
[228, 559].
ИНС можно использовать тогда, когда имеется обучающая выборка,
состоящая из двух множеств, одно из которых содержит векторы входных
данных, а другое – соответствующие им векторы выходных данных. Если
ИНС использовать как управляющую систему, то входные векторы можно
интерпретировать как образы ситуаций, а выходные – как коды действий
(стратегий), которые необходимо совершать при распознавании соответствующих ситуаций. Соответствие входов (образов ситуаций) и выходов
(действий) для обучающей выборки должно быть известно заранее. Кроме
того, собственно над нейросетью должно иметь место внешнее устройство,
настраивающее веса связей нейронов. Систему ААУ можно использовать
для управления в случаях, когда:
• закономерности во входной информации (образы ситуаций) заранее
неизвестны и их следует найти; даже если образы будут обнаружены, то
неизвестно, какие действия следует совершать при их распознавании;
• в управляющей системе имеется аппарат оценивания качества состояний объекта управления и целевые функции.
Например, если заранее известно, какие действия следует совершать
некоторому роботу при наблюдении за определенными классами ситуаций,
то ИНС предварительно можно обучить давать команду на выполнение
этих действий при распознавании класса ситуации. Систему ААУ целесообразно применять, когда заранее неизвестны ни классы ситуаций, ни оптимальные способы при наблюдении за их поведением. Система ААУ могла бы делать следующее: самостоятельно формировать классы (образы)
наблюдаемых ситуаций, оценивать степень качества (опасности, полезности) этих образов, находить адекватные способы воздействия на прообразы
этих образов, находить оптимальные способы реагирования на распознаваемые ситуации и все это осуществлять в режиме реального управления.
Поскольку качество управления в системе ААУ повышается по мере
накопления ею знаний, а свойства объекта управления или среды могут
105
меняться со временем, то возможно достижение состояний, когда будет
получено более высокое качество управления, чем то, которое было зафиксировано в обучающей выборке для ИНС.
ИНС представляют собой, как правило, регулярные однородные сети
с полносвязными соединениями нейронов соседних слоев. Управляющая
система ААУ состоит из нескольких подсетей с разным функциональным
назначением и различным характером связей. При этом отдельный нейрон
может быть связан с нейронами из разных слоев. В методе ААУ отдельный
нейрон связан с отдельным образом, в ИНС – нет. Нейроноподобные сети
в системе ААУ являются тем самым семантическими сетями.
Формальные нейроны в методе ААУ существенно отличаются от таковых в ИНС. Нейрон в методе ААУ более сложен функционально. Он автоматически накапливает статистику в нескольких своих узлах и меняет
свое функционирование при обнаружении определенных закономерностей.
В нейронах ИНС этого нет. Нейрон ААУ имеет и учитывает временные задержки,
что
принципиально
важно
для
обнаружения
причинно-
следственных связей в системе. Нейроны и сети ИНС непосредственных
временных задержек не имеют.
Роль «учителя» в методе ААУ играет аппарат эмоций – важная многофункциональная подсистема, обеспечивающая внутреннюю активность,
целеполагание, оценку качества состояний системы и объектов знаний, которая работает параллельно с основным контуром обработки внешней
входной информации. В теории ИНС только появляются предложения о
введении в сеть дополнительной подсети, обеспечивающей целеполагание.
Видимо, наиболее близким аналогом системы ААУ в области ИНС
являются сети Хопфилда [642], имеющие обратные связи. Однако даже
обученная сеть Хопфилда способна только реагировать на предъявленную
ситуацию, в то время как система ААУ имеет внутреннюю активность, заставляющую ее даже в благоприятных условиях совершать некоторые действия, направленные на поиск новых знаний. Это принципиально разный
106
способ поведения.
Преимущество ИНС перед распознающей нейросетью системы ААУ
состоит в удобстве перехода от континуальных величин к дискретным. Поэтому ИНС можно использовать, например, в роли блока датчиков для системы ААУ, а возможно, и в других подсистемах.
Сближение подходов ИНС и ААУ будет происходить по мере развития ИНС в таких направлениях, как:
• переход к «управляющей парадигме»;
• дополнения ИНС как распознающего блока другими блоками, выполняющими получение и представление знаний, моделирование эмоций,
принятие решений, т.е. блоками, в совокупности образующими автономную адаптивную управляющую систему;
• переход от обучения с учителем к самообучению;
• уход от однородности и полносвязности сети;
• внесение временного параметра в работу нейросетей;
• переход к формальным нейронам, более адекватным биологическим нервным клеткам в отношении их способности к автоматической самонастройке.
Со стороны системы ААУ сближение возможно при развитии в методе ААУ подходов к работе с континуальными параметрами, описывающими границы классов. Это может быть введение непрерывных весов в состав формальных нейронов ААУ либо использование традиционных ИНС
для реализации различных подсистем системы ААУ.
1.5.3.
Метод автономного адаптивного управления и экспертные
системы
При описании структуры управляющей системы ААУ в ней, при желании отдельно можно выделить систему, которую назовем базой знаний
(БЗ). К БЗ можно отнести совокупность нейронов, сформировавших такие
107
образы, в прообразы которых входила информация о действиях, совершенных самой управляющей системой, т. е. прообразы, которые можно
интерпретировать как импликацию
условие → действие → следствие.
Не все множество нейронов в управляющей системе обладает такими
свойствами (отметим, что в мозге локализовать такую отдельную подсистему не удается: она является распределенной). Если при анализе системы
ААУ все-таки выделить БЗ как отдельную подсистему, то можно говорить,
что система ААУ есть система автоматического получения, накопления и
использования знаний в реальном времени управления. Тем самым появляются основания для сравнения системы ААУ с экспертными системами
(ЭС) [636]. Различия удобно объяснить, сравнивая данные направления и
системы по их целям, назначению, содержанию используемых в системе
знаний, степени автоматизации и способам реализации.
Перед разработчиками ЭС, стоит цель определения, создания прикладных интеллектуальных систем, предназначенных для оказания консультационной помощи специалистам, работающим в некоторых предметных областях. Цель методологии ААУ – построение концептуальной модели нервной системы и мозга, что относится к разряду фундаментальных
проблем.
С точки зрения назначения систем ЭС предназначена для представления в ЭВМ знаний, накопленных человеком-экспертом, для их дальнейшего тиражирования и поддержки других специалистов, принимающих
решения в данной предметной области.
Если знания, накопленные в мозге человека, ранжировать по их
сложности, комплексности, абстрактности, то ЭС, по их первоначальному
определению, предназначены для работы с вербализованными посредством человеческого языка знаниями из области высокоинтеллектуальной
профессиональной деятельности человека-специалиста. В свою очередь,
108
система ААУ оперирует с диапазоном знаний, начинающимся от элементарной информации, поступающей в двоичном виде от датчиковрецепторов, и рассматривает процесс ее последующего агрегирования и
усложнения.
Диапазон знаний, обрабатываемых системой ААУ, может расширяться до пересечения с диапазоном знаний, обрабатываемых ЭС, при соответствующем количественном расширении УС ААУ и использовании
указанных возможностей формирования языка, вербализирующего элементы знания. Система ААУ работает на своего рода «рефлекторном
уровне», набирая статистику по прецедентам пространственно-временных
вариаций наблюдаемой информации и их связям с выходными воздействиями, не вдаваясь в содержательный смысл найденных закономерностей, а
только оценивая их влияние на целевую функцию. Видимо, здесь уместна
аналогия с ситуацией в нервной системе ребенка, когда он, например,
осваивает езду на велосипеде, находя закономерные связи пространственно-временных образов, оценивая их качество, и сохраняя полученные знания в своей памяти, затем использует их для управления. Применение ЭС в
диапазоне знаний, соответствующих процессам на уровне рецепторов и
нейронов нервных систем, вряд ли целесообразно, так как выходит из сферы предназначения ЭС по их определению и неэффективно в реализации.
С точки зрения уровня автоматизации систем система ААУ по своей
идее – полностью автоматическая автономная система, работающая без
участия человека и реализующая в реальном времени процесс обучения и
управления. ЭС по замыслу создателей – средство автоматизации представления знаний, накопленных человеком-экспертом, и их использование
в режиме консультирования.
С точки зрения способов реализации наиболее органичным для системы ААУ способом является нейросетевой подход в его аппаратном воплощении, наиболее адекватном строению естественных нервных систем.
Подходы к реализации ЭС по способам представления знаний и рассужде-
109
ний ориентированы на программные реализации.
Общие черты в системах ААУ и ЭС можно увидеть в наличии в их
составе блоков распознавания образов, представления знаний, принятия
решений, что характерно для многих автоматических или полуавтоматических управляющих систем и интеллектуальных систем.
Сближение подходов ЭС и ААУ будет происходить по мере появления в ЭС следующих свойств:
• способность работать в автоматическом режиме и в режиме реального
времени;
• ориентация на работу с элементарной сенсорной информацией;
• переход к автономным способам использования, что, вообще говоря,
входит в противоречие с исходным назначением ЭС.
Системы ААУ могут приближаться к свойствам ЭС, если отказаться
в них от автоматического принципа действия и перевести на полуавтоматический режим работы в качестве системы поддержки принятия решений.
1.5.4.
Автономное адаптивное управление в системе
нечеткой логики
В последнее время широкое развитие получают управляющие системы на основе нечеткой логики (fuzzy logic), т. е. логики, в которой используются нечеткие квантификаторы. Системы принятия решений на этой основе используют рассуждения (т. е. способы получения заключений или
новых знаний) с подобными квантификаторами с помощью специальных
приемов, к которым относятся фазификация, функции принадлежности,
принятие решений на их основе, дефазификация. Идея систем нечеткой
логики состоит в том, что человек, принимая решения, пользуется преимущественно нечеткими правилами. Например, он думает примерно так:
«Эта вода скорее горячая, чем холодная, поэтому я поверну кран немного
влево». Попытка формализовать такого рода способ рассуждений и вос-
110
произвести его в компьютерной программе и привела к созданию систем
нечеткой логики. Таким образом, системы нечеткой логики предназначены
для того, чтобы зафиксировать правила принятия решений, которыми
пользуется эксперт, и воспроизводить их с помощью компьютера. Нечеткие правила принятия решений могут использоваться в экспертных системах [299].
Системы нечеткой логики обычно не предусматривают каких-либо
автоматических процедур для порождения или коррекции правил принятия
решений, т. е. в своем каноническом виде они не являются адаптивными. В
рамках методологии ААУ были разработаны подходы к построению автоматических адаптивных систем управления на основе нечеткой логики
[235].
В целом обоснованием использования нечеткой логики для построения систем управления является то, что человек в процессе принятия решений почти всегда пользуется именно неполной и недостоверной информацией, и, по-видимому, это свойство мозга обусловлено свойствами самих биологических нейронов и их сетей.
Заметим, что, как и в случае ИНС, системы нечеткой логики выделяют и эксплуатируют только одно из свойств мозга. Целью методологии
ААУ является построение концептуальной модели нервной системы как
целого [84].
1.5.5.
Практические приложения на основе систем автономного
адаптивного управления
На основе метода ААУ А.А. Ждановым были разработаны прототипы
адаптивных систем управления для различных объектов. Во всех случаях
объекты управления были трудноформализуемыми, однако УС ААУ находила способ управления предъявленным объектом и постепенно развивала
его, повышая качество управления. Во всех случаях схема УС была одинакова, отличия касались только топологии нейроноподобных подсистем,
111
вручную настраивавшихся на образы, семантика которых определялась содержательным смыслом приложения, а также заданными критериями качества управления. Коротко перечислим некоторые из таких приложений.
«Pilot» – адаптивная система управления угловым движением космического аппарата [223, 229, 232, 234, 236]. Реакции этого ОУ на управляющие воздействия приводов заранее трудно вычисляются, тем более, что
они могут меняться в течение полета. Система ААУ эмпирически находит
такие закономерные реакции ОУ, запоминает их и использует в управлении. Целевая функция «выживание» здесь связывается с желаемым угловым положением космического аппарата. Для автоматического определения топологии нейроноподобных сетей использовались также генетические алгоритмы [470].
«AdCAS» – система адаптивного управления активной подвеской
транспортного средства. Здесь требовалось наличие активного элемента в
подвеске, например гидравлического привода с высоким давлением, создающего управляющие импульсы, либо амортизатора с управляемой магнито-реологической жидкостью (MRF) переменной вязкости. Необходимость адаптивного управления здесь продиктована трудностью математического описания реакции автомобиля на воздействия привода и изменением этой реакции в течение даже одной поездки автомобиля [220].
«Многоуровневая нейроноподобная система управления моделью
сердечно-сосудистой системы» – моделирует адаптивные механизмы
управления в сердечно-сосудистой системе [231].
«Мобильный робот Гном №8» – адаптивная система управления для
модели мобильного робота, демонстрирующая возможность автоматической выработки стереотипов поведения при обходе препятствий [226, 230].
Поведение робота воспроизводит поведение ребенка, на своем опыте обучающегося обходить препятствия в помещении [542].
«Тактик» – система поддержки принятия решений при управлении
социальными объектами [229]. В этом приложении система ААУ наблюда-
112
ет за оцифрованными данными, характеризующими процесс управления
социальным объектом, накапливает эмпирические знания и может выступать в роли системы поддержки принятия управляющих решений. Проблема обучения системы решена с использованием архивных данных.
1.6.
Построения автоматизированных систем управления
1.6.1. Автоматическое управление в технике
Под автоматизированной системой управления (АСУ) понимается
совокупность математических методов, технических средств (ЭВМ,
средств связи, устройств отображения информации и т.д.) и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным
объектом (процессом) в соответствии с заданной целью. АСУ состоит из
основы и функциональной части. В основу входят информационное, техническое и математическое обеспечение. К функциональной части относят
набор взаимосвязанных программ, автоматизирующих конкретные функции управления [18, 90, 157, 365, 369, 457, 544, 574, 634, 670].
Термин АСУ впервые появился в России в 1960-е г. в связи с применением компьютеров и информационных технологий в управлении объектами и процессами. Внедрение АСУ дало возможность повысить эффективность производства, лучше использовать ресурсы, избавить людей от
выполнения нетворческих рутинных операций [331, 493].
Автоматическое управление в технике, совокупность действий,
направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с
заданной целью управления. Автоматическое управление широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения
операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повы-
113
шения производительности процесса, качества и точности регулирования.
Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во времени регулируемой (управляемой) величины – выходной величины управляемого объекта. Для осуществления цели управления, с учетом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных
классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта
– управляющее воздействие. Оно предназначено также для компенсации
эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемое поведение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатывается устройством управления. Совокупность взаимодействующих
управляющего устройства и управляемого объекта образует систему автоматического управления (САУ) [132, 278, 288, 371, 628].
История техники насчитывает много ранних примеров конструкций,
обладающих всеми отличительными чертами САУ (регулирование потока
зерна на мельнице с т.н. «потряском», уровня воды в паровом котле машины Ползунова и т.д.). Первой замкнутой САУ, получившей широкое техническое применение, была система автоматического регулирования с
центробежным регулятором в паровой машине Уатта. По мере совершенствования паровых машин, турбин и двигателей внутреннего сгорания все
более широко использовались различные механические регулирующие системы и устройства, достигшие значительного развития в конце XIX –
начале XX вв. [359]. Новый этап в автоматическом управлении характеризуется внедрением в системы регулирования и управления электронных
элементов и устройств автоматики и телемеханики. Это обусловило появление высокоточных систем слежения и наведения, управления и измерения, системы автоматического контроля и коррекции. 50-е гг. XX в. ознаменовались появлением сложных систем управления производственными
процессами и промышленными комплексами на базе электронных управляющих вычислительных машин [83, 89, 432, 469].
САУ классифицируются в основном по цели управления, типу кон-
114
тура управления и способу передачи сигналов [203, 573, 595, 649]. Первоначально перед САУ ставились задачи поддержания определенных законов изменения во времени управляемых величин. В этом классе систем
различают: системы автоматического регулирования (CAP), в задачу которых входит сохранение постоянными значений управляемой величины; системы программного управления, где управляемая величина изменяется по
заданной программе; следящие системы, для которых программа управления заранее неизвестна. В дальнейшем цель управления стали связывать
непосредственно с определенными комплексными показателями качества,
характеризующими систему (ее производительность, точность воспроизведения и т. п.); к показателю качества могут предъявляться требования достижения им предельных (наибольших или наименьших) значений, для чего были разработаны адаптивные, или самоприспосабливающиеся системы. Последние различаются по способу управления: в самонастраивающихся системах меняются параметры устройства управления, пока не будут достигнуты оптимальные или близкие к оптимальным значения управляемых величин; в самоорганизующихся системах с той же целью может
меняться и ее структура. Наиболее широки, в принципе, возможности самообучающихся систем, улучшающих алгоритмы своего функционирования на основе анализа опыта управления. Оптимальный режим в адаптивных САУ можно находить как с помощью автоматического поиска, так и
беспоисковым образом [20, 382, 498, 511, 519].
Способ компенсации возмущений связан с типом контура управления системы. В разомкнутых САУ на управляющее устройство не поступают сигналы, несущие информацию о текущем состоянии управляемого
объекта, либо в них измеряются и компенсируются главные из возмущений, либо управление ведется по жесткой программе, без анализа какихлибо факторов в процессе работы. Основной тип САУ – замкнутые, в которых регулирование осуществляется по отклонению, а цепь прохождения
сигналов образует замкнутый контур, включающий объект управления и
115
управляющее устройство; отклонения управляемой величины от желаемых
значений компенсируются воздействием через обратную связь, вне зависимости от причин, вызвавших эти отклонения. Объединение принципов
управления по отклонению и по возмущению приводит к комбинированным системам. Часто помимо основного контура управления, замыкаемого
главной обратной связью, в САУ имеются вспомогательные контуры (многоконтурные системы) для стабилизации и коррекции динамических
свойств. Одновременное управление несколькими величинами, влияющими друг на друга, осуществляется в системах многосвязного управления
или регулирования [28, 287, 306, 661].
В военной технике применяются высокоточные следящие системы,
часто включающие вычислительные устройства (например, система углового сопровождения радиолокационной станции) [459]. При анализе многих физиологических процессов в живом организме, таких как кровообращение, регуляция температуры тела у теплокровных животных, двигательные операции, обнаруживаются характерные черты САУ [36, 274, 501].
Необходимым условием работоспособности САУ служит их устойчивость. Для ее исследования разработаны критерии устойчивости, позволяющие определять условия устойчивости и ее необходимые запасы по
косвенным признакам, минуя весьма трудную операцию интегрирования
уравнений движения системы. Устойчивость достигается изменением параметров системы и ее структуры. В нелинейных САУ исследуется возможный для этих систем режим автоколебаний. Если же по самому принципу действия САУ, например для релейных систем, эти колебания неизбежны, то устанавливаются допустимые параметры – амплитуда и частота
автоколебаний [136, 145, 217, 446, 590].
Точность САУ оценивается показателями, которые в совокупности
называются качеством управления. Важнейшие показатели качества САУ:
статические и динамические погрешности и время регулирования. Эти показатели определяются сравнением действительного переходного процесса
116
изменения управляемых величин с требуемым законом их изменения;
обычно они указываются для одного из типовых законов изменения управляемой величины. В ТАУ, так же как и при анализе устойчивости, пользуются косвенными методами анализа качества, не требующими решения
исходных уравнений. Для этого вводятся критерии качества – косвенные
оценки показателей качества. При действии на САУ случайных возмущений наиболее распространен критерий качества динамической точности –
средняя квадратичная ошибка. Эта величина относительно просто может
быть связана со статистическими характеристиками возмущающих воздействий и параметрами передаточной функции системы. САУ, в которой достигнут экстремум какого-либо показателя качества, именуется оптимальной системой. Нелинейные системы обладают более широкими возможностями достижения оптимума определенного показателя качества, чем системы линейные. Это обусловило применение нелинейных связей для повышения качества систем управления [22, 405, 592, 633].
Анализ системы управления устанавливает свойства системы с уже
заданной структурой. Построение алгоритма управления и разработка соответствующей ему структуры системы, выполняющей заданную цель при
требуемом качестве управления, установление значений параметров этой
системы составляют содержание проблемы синтеза. До начала разработки
системы управления сообщаются необходимые для этого исходные данные: свойства управляемого объекта, характер действующих на него возмущений, цель управления и требуемая его точность. К объекту управления относится его управляющий орган, через который от управляющего
устройства передается воздействие на объект. Известные характеристики
управляющего органа сразу же определяют характеристики исполнительного механизма управляющего устройства. Но на этом обрывается цепь
частей системы управления, свойства которых определяются однозначно
их взаимным влиянием друг на друга. Так, вводится понятие неизменяемой
части системы управления – неизменяемой в том смысле, что ее свойства
117
заданы до начала конструирования алгоритма управления и, как правило,
не могут быть изменены. Заданная цель управления определяет и его способ. В результате в общих чертах выясняется блочная схема системы
управления. В основном пользуются двумя методами решения проблемы
синтеза – аналитическим и последовательных приближений. При первом
либо находится вид передаточной функции автоматического устройства
или алгоритм управления, либо при выбранной структуре указанного
устройства устанавливаются значения его параметров, дающие экстремум
критерия качества. Этот метод позволяет сразу найти оптимальное решение, но он часто приводит к громоздким вычислениям. Во втором методе
по заданному критерию качества определяется передаточная функция автоматического устройства и затем для полученной системы сравниваются
заданные показатели качества с их действительными значениями. Если
приближение оказывается допустимым, расчет считается законченным и
можно приступить к конструированию устройства. Если же приближение
оказывается недостаточным, то изменяется вид передаточной функции до
получения варианта, удовлетворяющего заданным требованиям точности
[27, 81, 379, 431, 575].
При построении сложных систем управления кроме теоретических
методов применяется моделирование с применением аналоговых и цифровых вычислительных машин, на которых воспроизводятся уравнения, описывающие всю систему управления в целом, и по результатам расчетов,
заканчивающихся при достижении требуемых показателей качества, устанавливается структура устройства управления. Такой метод синтеза по
идее близок к методу последовательных приближений. Моделирование
позволяет оценить влияние таких факторов, как нелинейность ограничения
координат, переменность параметров, которые ставят почти непреодолимые преграды на пути аналитического исследования [163, 499, 548, 648,
656].
Применение вычислительных машин освобождает от трудностей
118
расчета. Они также используются в составе САУ для выполнения сложных
алгоритмов управления, которые особенно характерны для адаптивных и
оптимальных систем и систем с прогнозированием конечного результата
управления [397, 445, 468, 478].
Решение проблемы синтеза САУ способствовало появлению новых
эффективных принципов управления и развитию важных самостоятельных
направлений в ТАУ: оптимальное управление, статистическая динамика и
чувствительность систем управления [218, 473, 474].
Теория оптимального управления позволила установить структуры
систем управления, обладающих предельно высокими показателями качества при учете реальных ограничений, накладываемых на переменные. Показатели оптимальности могут быть весьма разнообразными. Их выбор зависит от конкретно поставленной задачи. Такими показателями служат показатели динамических свойств всей системы в целом, критерии экономичности режимов управляемых объектов и др. Распространены оптимальные по быстродействию системы, которые переводят объект из одного
состояния в другое за минимальный промежуток времени [88, 455, 560,
646].
Статистическая динамика систем управления изучает действие на
эти системы случайных возмущений. Методы этой теории позволяют синтезировать системы управления, обеспечивающие минимум динамической
погрешности, решать задачи построения сглаживающих и прогнозирующих следящих систем, определять динамические свойства управляемых
объектов по данным опыта при их нормальном функционировании без
внесения пробных возмущений. Статистические методы исследования широко распространены в области изучения различных типов систем управления. Большое значение эти методы приобретают для приспосабливающихся систем. Теория чувствительности систем управления изучает зависимость динамических свойств этих систем от их меняющихся параметров
и характеристик. Показатель чувствительности служит мерой зависимости
119
указанных свойств от вариаций параметров. Теория чувствительности позволяет в ряде случаев указать пути осуществления беспоисковых самонастраивающихся систем [43, 171, 240, 332, 443, 518, 576 и др.)].
Последний вопрос тесно связан с еще одним направлением в ТАУ,
получившим интенсивное развитие в последние годы – общей теорией
адаптации, развитой на базе статистических методов и методов линейного
программирования в математике. Для ТАУ характерна тесная, непрерывно
усиливающаяся и взаимно влияющая связь не только с математикой, но и с
физикой и техническими науками, изучающими свойства объектов, которые позволяют создать детальные динамические модели объектов, необходимые при решении усложнившихся задач автоматического управления
[184, 370, 515, 527, 647].
1.6.2 Общие принципы построения адаптивных систем управления
Управление в широком смысле слова представляет собой воздействие на эволюцию (развитие во времени) того или иного процесса с целью
придания ему желаемых свойств. При этом процесс может относиться к
различным явлениям окружающего мира и областям человеческой деятельности (загрязнение мирового океана, освоение космического пространства, технология и наука, создание и использование различных технических устройств и их комплексов, физическое воспитание и т.д.).
Направленные воздействия осуществляет управляющая система, в
качестве которой могут выступать человек, естественный или искусственный орган (устройство) и др. Подчеркнем, что в любом случае определение или интерпретация цели управления (желаемых свойств управляемого
процесса) являются прерогативой человека или коллектива людей.
С задачей управления непосредственно связан вопрос: чем и зачем
управлять? При соответствующем уточнении создается предпосылка решения задачи управления, что связано с ответом на вопрос: как управлять?
Исследование этого вопроса составляет основное содержание теории
120
управления.
В сложившейся математической теории управления первый вопрос
является внешним: обычно предполагаются известными математическая
модель процесса и необходимые сведения о ее состояниях в те или иные
моменты времени, так что ясно, чем надо управлять. Кроме того, цель
управления формализована (указана в подходящих терминах), а потому
понятно, зачем надо управлять. Хотя в рамках теории управления рассматриваются разнообразные модели управляемых объектов и ставятся различные цели управления, вопрос об их адекватности реальным процессам и
неформальным целям управления не ставится. Такой подход к теории
управления позволяет широко использовать математические методы исследования. Практическая значимость полученных результатов зависит от
содержательности принятых моделей управляемых процессов и целей
управления.
Наибольшее развитие теория получила при исследовании процесса
управления моделями, описывающими движение относительно простых
физических и механических систем. Математические методы исследования
проблемы управления лишь начинают пробивать дорогу при изучении моделей окружающей среды, экономических и социологических моделей,
при описании сложных явлений в биологии, медицине и т.п.
Исходными являются понятия «объект управления», «цель управления», «стратегия управления». Объект управления (ОУ) характеризуется
наличием входного процесса (набором управляющих и возмущающих воздействий), выходного процесса (управляемого процесса или выхода ОУ) и
связями между входными и выходными процессами. Теоретики часто
отождествляют ОУ с оператором, отображающим заданное множество
входных процессов в множество выходных процессов. Это входовыходное отображение может иметь сложную функциональную форму, но
обязано удовлетворять условию причинности: значение выходного процесса в каждый момент времени не должно зависеть от будущих значений
121
входного процесса. Формализованное описание входо-выходного отображения называют также математической моделью управляемого процесса
(управляемого объекта). Изменение входного управляющего процесса влечет за собой изменение выходного процесса. Решение задачи управления
состоит в требовании указать способ изменения во времени входного
управляющего процесса, при котором выходной процесс обладал бы предписанными свойствами (то есть обеспечивал бы поставленные цели управления). Этот способ называют стратегией управления (СУ). Стратегия
должна быть допустимой, то есть использовать лишь те данные об ОУ, которые доступны в соответствующий момент времени (эти данные могут
изменяться, например, в результате обновления информации в процессе
управления), и обеспечивать выполнение некоторых общих условий протекания процесса управления. (Важным из таких условий является обеспечение устойчивости системы управления. Это свойство означает, что для
любого ограниченного во времени входного процесса соответствующий
выходной процесс также должен быть ограничен во времени. В некоторых
приложениях требование устойчивости системы управления может выступать в качестве цели управления.) Задача управления предполагает задание
класса допустимых стратегий, и ее решение состоит в выборе из этого
класса стратегии, обеспечивающей выполнение цели управления.
В инженерной практике обычно стремятся построить возможно более простую модель управляемого процесса (которая тем не менее должна
отражать основные его свойства). Наличие простых моделей позволяет, в
частности, более полно изучить процесс управления путем его имитации с
помощью аналоговых либо цифровых вычислительных машин и в итоге
выбрать наиболее подходящий режим работы системы управления [587].
Для современного этапа развития характерны усложнение технологических процессов, ужесточение допустимых отклонений управляемого
процесса от предписанных значений и т.д. Совершенствование методов
управления в этих условиях предполагает разработку более сложных ма-
122
тематических моделей управляемых процессов, позволяющих оптимизировать управление, а использование усложненных моделей порождает
проблему задания значений характеристик и параметров модели, нужных
для формирования требуемого управления. Более того, некоторые из таких
параметров могут дрейфовать во времени вследствие износа или старения
тех или иных устройств и механизмов, составляющих ОУ. Иногда можно
учитывать подобный дрейф параметров путем регулярной замены изношенных деталей либо путем переналадки управляющей системы, но обычно это требует прерывания технологического процесса и потому может
оказаться экономически невыгодным либо даже невозможным по производственным причинам. Широкое внедрение современных ЭВМ в процессы управления технологическими процессами позволяет контролировать
изменение параметров без прерывания технологического процесса и использовать текущие значения параметров (либо их оценки) для формирования управляющих воздействий. Если параметры изменяются во времени
достаточно медленно (что бывает во многих прикладных задачах управления), то такие методы управления могут оказаться весьма эффективными,
поскольку не связаны с прерыванием технологического процесса для тестирования управляемого процесса или ОУ.
Необходимость в адаптивном управлении возникает, когда математическая модель задана не полностью, например с точностью до значений
конечного набора параметров. Для линейных моделей такими параметрами
могут быть коэффициенты описывающего уравнения ОУ. В подобных ситуациях говорят о параметрической неопределенности модели.
В условиях параметрической неопределенности классические методы управления, основанные на полном знании значений всех параметров
системы, обычно оказываются непригодными и приходится эти методы
дополнять теми или иными способами восстановления неизвестных значений параметров математической модели ОУ. Иногда достаточно точные
оценки значений параметров можно получить из анализа входо-выходных
123
сигналов управляемого объекта. Всякий такой способ, позволяющий с необходимой точностью восстанавливать неизвестные значения параметров,
можно интерпретировать как процесс адаптации (приспособления). После
завершения процесса адаптации приходим к обычной задаче управления
(неизвестные значения параметров восстановлены с необходимой точностью и тем самым преодолена начальная неопределенность задания математической модели). Алгоритмы адаптации могут требовать различного
времени для получения требуемых оценок (это время называется временем
адаптации). С практической точки зрения важны алгоритмы, время адаптации у которых не слишком велико, причем сами алгоритмы достаточно
простые. Эти противоречивые условия (а также ряд других) трудноформализуемы, но могут успешно изучаться путем имитации алгоритмов адаптивного управления на ЭВМ [588].
Имеется некоторый универсальный подход к преодолению параметрической неопределенности. Несколько неточно говоря, этот метод основан на случайном переборе возможных значений неизвестных параметров
с проверкой «качества» выбранного параметра. Подобная идея самонастройки была воплощена английским ученым У.Р. Эшби [631] в изобретенной и построенной им кибернетической машине для моделирования явления гомеостаза – механизма удержания существенных переменных живого организма (таких, как температура, давление крови, ее состав и т.п.) в
физиологических пределах. Интересные соображения, связанные с процессами самоорганизации более сложных систем и образования структур «с
памятью», описаны в работе Б.Б. Кадомцева [294].
1.6.3. Совершенствование систем автоматического управления
Создание и совершенствование САУ – одна из важных проблем, решение которой во многом определяет уровень развития науки и техники.
Поэтому задача создания качественно новых САУ, обеспечивающих высокую точность управления и адаптации, актуальна. С ужесточением усло-
124
вий эксплуатации систем управления выдвигаются дополнительные требования к их качественным показателям.
В этих условиях при заданных ограничениях становится необходимым построение оптимальных САУ, обеспечивающих минимальную погрешность при наличии переменных во времени влияющих воздействий.
При этом входное и влияющие воздействия являются случайными функциями времени. Решение задачи оптимизации измерительной системы
позволяет найти оптимальное управление качеством системы уже на стадии ее проектирования.
Задача оптимизации САУ рассматривается как задача определения
структуры и параметров модели системы, обеспечивающей оптимум заранее выбранного критерия качества при наличии влияющих воздействий и
заданных ограничениях [444].
При оптимизации любой САУ большое внимание уделяется выбору
решений, которые во многом определяют качество системы. Причем при
решении задачи оптимизации многозвенных систем, к которым относятся
САУ, их конечное состояние является результатом отдельных решений,
принятых поэтапно для каждого звена (субсистемы).
Решение поставленной задачи целиком зависит от корректности постановки задачи: от полноты тезауруса, включающего в себя класс моделей САУ, модели исследуемого процесса и влияющих величин, критерия
оптимальности и функции ограничений. Некорректно поставленная задача,
неправильно выбранное решение уже на стадии математического моделирования могут привести к значительной погрешности САУ. Поэтому перед
выбором решения должен быть проведен анализ вопросов, уточняющих
постановку задачи [496]. В результате должны быть определены:
a)
модель исследуемого входного процесса либо его вероятност-
ных характеристик;
b)
класс моделей, в котором ищется оптимальная модель САУ;
c)
модели влияющих величин либо их вероятностных характери-
125
стик;
d)
критерий оптимальности;
e)
функции ограничений.
При построении оптимальной модели САУ необходимо точное знание структуры и параметров входного воздействия, его математической
модели, что в большинстве случаев – практически неразрешимая задача.
Поэтому при создании САУ обычно пользуются приближенными описаниями математической модели входного воздействия, полученными на основании теоретических данных, либо экспериментальных исследований по
косвенным параметрам. Очевидно, что приближенная модель не охватывает всего многообразия исследуемого процесса. Степень приближения принятой модели у реальной во многом определяет качество воспроизведения
исследуемого процесса оптимизации САУ. К тому же техническое воплощение систем, обеспечивающих бесконечную совокупность реализаций,
либо бесконечную длительность одной реализации, принципиально не
представляется возможным. Современные технические средства позволяют реализовать исследуемого процесса лишь в ограниченной области его
изменения. Поэтому условия для точного измерения параметров процесса
принципиально никогда не могут быть реализованы на практике [477]. Однако при проведении целого ряда исследований практический интерес
представляет не весь процесс, а лишь его ограниченный участок. Причем в
зависимости от характера решаемых при исследовании задач к одному и
тому же процессу могут быть приписаны различные математические модели. Принятая модель процесса в основном и определяет задачу построения
оптимальной САУ.
Принадлежность САУ к тому или иному классу определяется совокупностью признаков, характерных для данного класса. Совокупность
признаков САУ, в свою очередь, обусловлена характерными признаками
ее отдельных субсистем либо одной определяющей субсистемы. При проведении поэтапной (поэлементной) оптимизации системы в зависимости от
126
функции цели могут использоваться как полные, так и неполные рабочие
модели. Последние, в свою очередь, могут отличаться от полных моделей
как по структуре, так и по составу параметров. В этом случае необходимо,
чтобы они были адекватны полным моделям по основным признакам,
определяемым функциями цели. При этом выполнение требования адекватности влечет за собой выполнение условий, требующих реализации дополнительных условий в измерительной и управляющей процедурах САУ.
Критерий оптимальности характеризует цель, которую должна достичь синтезируемая САУ по своим определяющим показателям качества
при заданных ограничениях.
Критерий должен по возможности полно и точно характеризовать
качество системы. Выбирая критерий, приходится решать задачу на оптимум, учитывая два противоречивых фактора: сложность критерия, полноту
и точность отображения критерием назначения системы. Чем полнее и
точнее критерий отображает систему, тем он сложнее. Найти математическую зависимость всех качеств системы от ее характеристик и объединить
их в один критерий обычно не удается. Поэтому в каждом конкретном
случае анализируются основные показатели качества и выделяется главное
качество системы, которое и используется как критерий.
Основными показателями качества для САУ являются точность,
надежность, устойчивость, удобство эксплуатации, габаритные размеры,
электропотребление и т.д. Когда предъявляются высокие требования к достоверности отработки управления, определяющим показателем качества
выступает точность. Она служит функцией цели при синтезе САУ.
Остальные показатели и в первую очередь такой, как надежность, являются ограничивающими. В этом случае основная задача построения САУ состоит в реализации оптимальной точности и выполнении условий физической реализуемости, достаточной надежности, допустимых габаритных
размеров, массы и т.д. Превышение величины оптимальной точности может привести к резкому снижению остальных качественных показателей и
127
в результате – к непригодности САУ для работы в реальных условиях.
Надежность в работе рассматривается как свойство системы безотказно выполнять свои функции при сохранении точности в допустимых
пределах. Она обусловлена как эксплуатационной надежностью, оцениваемой безотказностью конструкции и схемы САУ, так и метрологической,
при которой метрологические характеристики, в частности динамическая
точность, сохраняются в допустимых пределах при работе в определенных
условиях эксплуатации и заданной продолжительности. Так как надежность САУ зависит от надежности всех входящих в систему элементов,
при ее проектировании большое внимание должно уделяться количественному и качественному выбору всех элементов системы с точки зрения
надежности. Для повышения надежности САУ при ее разработке должны
быть предусмотрены:
1)
блочный, или модульный, принцип построения конструкции;
2)
резервирование элементов системы, находящихся в особо
напряженных условиях работы;
3)
регулярная метрологическая проверка САУ в процессе ее экс-
плуатации с использованием либо встроенного, либо автономного устройства контроля и т.д.
В общем случае погрешность САУ – случайный процесс. Ее полной
характеристикой является закон распределения, который может быть
представлен в виде условной либо безусловной плотности распределения
вероятностей. Практически использование плотности распределения вероятностей в качестве критерия погрешности сопряжено с рядом трудностей
и не всегда возможно. Поэтому погрешности принято оценивать числовыми характеристиками, связанными тем или иным оператором с законом
распределения. К таким характеристикам относятся экстремальные и интегральные характеристики, а также оценки, основанные на применении доверительных интервалов.
Адаптивные системы в отличие от систем с постоянными парамет-
128
рами осуществляют автоматическую подстройку параметров корректирующего устройства под переменные параметры датчиков, обеспечивая тем
самым выполнение основного условия коррекции в процессе нормального
функционирования систем [443]. Адаптивные системы от остальных отличает наличие контура управления корректирующим устройством. Он выполняет операции определения характеристик сигналов системы в процессе ее нормального функционирования и преобразования получаемых результатов определений в некоторый текущий критерий управления с его
последующей реализацией.
По характеру рабочей информации, используемой для реализации
процесса управления, адаптивные системы можно разделить на две основные группы:
1)
системы, содержащие в своем составе каналы параметрической
идентификации и осуществляющие управление параметрами корректирующего устройства непосредственно через найденные оценки параметров
датчиков;
2)
системы (относящиеся к группе аналитических самонастраи-
вающихся систем), содержащие в своем составе контуры (модели) самонастройки и осуществляющие управление параметрами корректирующего
устройства через сигналы рассогласования базовой субсистемы и самонастраивающейся модели.
По способу получения рабочей информации каждую из групп адаптивных систем можно разделить на системы:

с непосредственным получением рабочей информации по ос-
новному параметру;

с получением рабочей информации по косвенным параметрам.
И, наконец, по способу отработки алгоритма управления адаптивные
системы можно разделить на системы:

с непрерывной отработкой алгоритма управления;

с периодической отработкой алгоритма управления.
129
Характерной особенностью адаптивных систем является то, что в
них одновременно выполняются процессы измерения, коррекции и управления. Системы при этом работают в двух режимах: режиме обучения, в
котором реализуются алгоритмы управления, и режиме измерения (включая коррекцию). В режиме обучения процесс можно считать завершенным,
когда построена оптимальная модель базовой субсистемы, отвечающая основному условию коррекции. В этом случае режим измерения завершается
получением оптимальных оценок процесса на входе САУ [588].
1.6.4. Некоторые трудности построения адаптивных АСУ
сложными системами
Одним из первых этапов проектирования АСУ традиционно является
построение математической модели объекта управления. Однако если объект управления – сложная система, то это сделать затруднительно, так как
традиционно система определяется как сложная, если для построения ее
модели недостаточно априорной (т.е. доступной до создания АСУ) информации [512].
Основная проблема частично решается в самонастраивающихся системах автоматического управления, однако это возможно лишь для достаточно простых технических систем, описываемых небольшим количеством
параметров.
Если объект управления представляет собой сложную систему, то поведение сложной системы существенным образом зависит от факторов, о
влиянии которых практически ничего не известно. Поэтому в данном случае о ее модели можно сказать лишь то, что неизвестны не только коэффициенты или параметры аналитических выражений, описывающих объект
управления, но и сам вид этих выражений.
Таким образом, основная проблема при создании адаптивных АСУ
сложными системами состоит в выборе или разработке математической
модели, обеспечивающей настройку на специфику объекта управления за
счет использования апостериорной информации о нем и среде, а также за
130
счет дополнительной информации, поступающей уже в процессе эксплуатации системы.
Примечательно, что и классические, хорошо изученные «детерминистские» объекты управления в общем случае не могут рассматриваться
как совершенно неизменные. На некоторых этапах эксплуатации или в некоторых ситуациях они могут вести себя как сложные стохастические системы. С середины 80-х г. школа И. Пригожина развивает подход, согласно
которому в развитии любой системы (в том числе и человека) чередуются
периоды, в течение которых система ведет себя то как «в основном детерминированная», то как «в основном случайная» [441]. Естественно, реальная система управления должна устойчиво управлять объектом управления
не только на «детерминистских» участках его истории, но и в точках, в которых его дальнейшее поведение становится в высокой степени неопределенным и непредсказуемым. Уже одно это означает, что необходимо разрабатывать подходы к управлению системами, в поведении которых иногда или постоянно присутствует существенный элемент случайности или
того, что в настоящее время математически описывается как случайность,
а в действительности (например, у сознательных существ) вполне может
оказаться проявлением свободы воли.
Конечно, подобный подход очень упрощен, так как человек не просто
представляет собой сложнейшую систему обработки информации, но и обладает свободой воли.
С формальной точки зрения это означает, что человек как объект
управления представляет собой сложную, многопараметрическую, динамичную слабодетерминированную систему. Внешние параметры подобных
систем слабым и очень сложным образом связаны с их результирующим
(целевым) состоянием. Выразить эти зависимости в аналитической форме
в настоящее время практически не представляется возможным. Эти обстоятельства привели к тому, что традиционные подходы к синтезу систем
управления состоянием человека, разрабатываемые в основном в меди-
131
цине, пока не дали ощутимых результатов. Неразрешимые проблемы возникают как на этапе идентификации состояния объекта управления, так и
на этапе выработки управляющего воздействия.
1.7. Тренажеры и устройства в физической культуре с адаптивной
системой управления и с заданным качеством
1.7.1. Компьютеризированные тренажеры и устройства в
физической культуре и спорте
Наиболее перспективным направлением развития тренажеростроения является их сопряжение с компьютерными технологиями. С каждым
годом появляются новые разработки, которые эффективно используются в
подготовке спортсменов и физкультурников.
Известны многочисленные профессиональные тренажеры для велоспорта. Ниже мы приводим лишь две из последних моделей.
Первая – это профессиональный магнитный велотренажер (велоэргометр) «Tunturi T8» (рис. 1.18).
Рис. 1.18.
Профессиональный магнитный велотренажер «Tunturi T8»
«Tunturi T8» выдает всю необходимую информацию о процессе тренировки, позволяет разрабатывать индивидуальные варианты тренировок в
соответствии со своими потребностями (за счет использования микроком-
132
пьютера «Alpha 300»). У «Tunturi T8» электромагнитное сопротивление,
регулировка скорости и сопротивления – бесступенчатая, гальванизированная рама.
Вторая модель – профессиональный велотренажер для индивидуального использования C9I LF (рис. 1.19).
Рис. 1.19. Велотренажер C9I LF
Высокое качество работы и широкий выбор тренировочных программ. Система плавного зубчато-ременного нагружения. Надежный односоставный кривошипно-шатунный механизм, 20 уровней нагрузки, мультидисплей, одновременно отображаются на дисплее 16 характеристик:
уровень нагрузки, скорость, пройденная дистанция, время тренировки, частота пульса, скорость вращения педалей и другие. Интерактивная система
контроля пульса Lifepulse. Программы тренировок Zone Training+. Программы тренировок Sport Training. Классические режимы тренировок Life
Fitness («Холмы», «Случайный профиль», «Ручное программирование»).
Измерение пульса сенсорами на рукоятках. Возможно использование
нагрудного датчика.
133
1.7.2. Велокомпьютеры для занятий физической культурой и спортом
Это слово стало родным для любого профессионального велогонщика. Велокомпьютер устанавливается на руле велосипеда. В зависимости от
конкретной модели спортсмен имеет информацию о многих показателях.
Ниже приводятся две лучшие модели от фирмы Cat Eye.
1) Cat Eye CatEye OS – велокомпьютер XXI века (рис. 1.20).
Рис. 1.20. Велокомпьютер Cat Eye CatEye OS
Контрастный пиксельный дисплей отображает несколько выбранных
пользователем показателей, плюс современная операционная система, способная строить недельные, месячные и годовые графики тренировок по
пройденному километражу и хранящая данные о ваших поездках.
Функции: текущая скорость, максимальная скорость, средняя скорость поездки, пройденный путь, общий пробег велосипеда, время, затраченное на поездку, часы, таймер, автоматическое включение и выключение, графики пробега, индикатор заряда батареи.
Cat Eye HB 100 Heart Rate Monitor (рис. 1.21) – водозащищенный
профессиональный велокомпьютер, снабженный беспроводным пульсометром.
Рис. 1.21. Велокомпьютер Cat Eye HB 100 Heart Rate Monitor
134
Функции – как у модели Cat Eye CatEye OS плюс беспроводной
пульсометр (датчик) с возможностью: отображения текущего пульса; установки опасных пределов сердечного ритма с предупреждающим звуковым
сигналом; измерения среднего пульса за поездку.
1.7.3. Кардиолидеры для занятий физической культурой и спортом
Современные кардиолидеры, сейчас их часто называют «мониторами
сердечного ритма», в большинстве своем имеют вид современных наручных электронных часов, эстетичны, легки в настройках и применении.
Особой популярность пользуются мониторы сердечного ритма POLAR
(рис. 1.22).
Главная функция POLAR заключается в измерении частоты сердечных сокращений. Огромный опыт ведущих ученых воплощен в моделях
трех серий – A, M и S (Активность, Мотивация, Спорт). Интерес для нас
представляют мониторы S-серии, для профессионалов.
Рис. 1.22. Монитор сердечного ритма POLAR
Мониторы S-серии содействуют решению основных задач общей и
специальной физической подготовки спортсменов самых разных специализаций. Они обладают расширенными функциями и усовершенствованными по сравнению с ранее выпускавшимися моделями техническими
135
свойствами; имеют единую (унифицированную) систему установок, эргономичную форму и оснащены новыми удобными передатчиками. У
спортсменов впервые появилась возможность самостоятельно оценивать в
состоянии покоя максимальную физическую аэробную работоспособность
(OwnIndex). Это новшество кардинальным образом облегчает процедуру
тестирования, контроль состояния работоспособности и отбор не только в
циклических, но и в игровых видах спорта.
В мониторах спортивного направления реализованы следующие показатели: энергетической стоимости аэробных упражнений, максимума
аэробной работоспособности, индивидуальной максимальной частоты сердечных сокращений, относительной рабочей частоты сердечных сокращений. Имеется двусторонняя инфракрасная связь с компьютером, настройки
на двух пользователей, а также многие функции, представленные в табл.
1.1 для наиболее современных моделей.
Таблица 1.1
Основные технические данные некоторых моделей мониторов сердечного
ритма POLAR S-серии для профессионального использования
Показатели
S610
S810 S710–
вело
Точность ЭКГ
*
*
*
Водонепроницаемость
*
*
*
Подсветка
*
*
*
Время/будильник
*
*
*
Секундомер
*
*
*
Календарь
*
*
*
Кодированная передача данных
*
*
*
Установка целевой зоны в % от макс. ЧСС
*
*
*
OwnCal – расход калорий (энерготраты)
*
*
*
OwnIndex (МПК) – фитнесс-тест
*
*
*
Средняя ЧСС занятия
*
*
*
136
Суммарный расход килокалорий
*
*
*
Суммарное время тренировок
*
*
*
Ручная установка границ целевой зоны
*
*
*
Звуковое оповещение границ целевой зоны
*
*
*
Предсказание макс. ЧСС
*
*
*
Программирование интервальной тренировки
*
*
*
Таймеры
*
*
*
Программирование нескольких целевых зон
*
*
*
Время этапа с ЧСС
*
*
*
Макс/средняя ЧСС каждого этапа тренировки
*
*
*
*
*+
*
мин
Максимальная ЧСС занятия
ЧСС
Индекс восстановления
*
Число файлов памяти
99
99
99
Информационная страница тренировочного
*
*
*
Показ даты тренировки
*
*
*
Общее время занятия
*
*
*
Время в целевой зоне
*
*
*
Время выше/ниже целевой зоны
*
*
*
Загрузка данных с компьютера
*
*
*
Загрузка данных в компьютер (инфракрасная)
*
*
*
файла
Запись кардиоинтервалов (R–R)
*
Велофункции
Дистанция
*
Средняя/макс. скорость, одометр, общее время
*
Альтиметр (макс. + мин. высота)
*
Температура
*
Частота педалирования
*
Мощность/индекс правый/левый
*
137
1.7.4. Современные велосимуляторы
Все современные велосимуляторы очень похожи по своим техническим характеристикам и отличаются в основном программным обеспечением, качеством графики и большим разбросом цен. На рис. 1.23 мы
приводим новую модель от компании «GAMEBIKE», которая отражает основные характерные признаки современных велосимуляторов.
.
Рис. 1.23. Велосимулятор «GAMEBIKE»
Велосипед задним колесом ставится на станок с тахометром для
определения скорости езды. Переднее колесо устанавливается на устройство, позволяющее поворачивать руль. Оно просто считывает угол поворота и передает данные программе управления. Программа управления поддерживает подключение нескольких устройств, и поэтому одновременно
могут тренироваться несколько человек, устраивая настоящие соревнова-
138
ния в виртуальной реальности. Подключается велосимулятор не к персональному компьютеру (как большинство устройств из этой серии), а к приставке Playstation I/II через специальный контроллер.
1.7.5. Гребной эргометрический комплекс с возможностями
адаптивных роботов А.П. Ткачука
«Гребной эргометрический комплекс с возможностями адаптивных
роботов» (патент №2162003) объединяет в себе ряд программноаппаратных методик, позволяющих получать полный срез биомеханических и физиологических характеристик деятельности спортсмена в условиях «искусственной управляющей среды», оценивать его состояние непосредственно в процессе выполнения целостного упражнения или его элементов с возможностью регламентирования режимов выполняемых движений и их целесообразного изменения [272].
Благодаря электроприводу, установленному на оси блока передачи
усилий и управления ходом рукоятки эргометра, комплекс по мнению А.П.
Ткачука превращается, ‹‹в своеобразный «адаптивный робот» и открывает
собой новый класс спортивных тренажеров «с числовым программным
управлением»››. Мы со своей стороны не можем отнести данный тренажер к тренажерам адаптивного типа управления, так как не видим
второго контура управления, но задатки адаптивного управления просматриваются.
Занимающиеся на нем спортсмены «вовлекаются» в выполнение
программируемых длины гребка, темпа, ритма и траектории рукоятки при
раздельном учете вклада в общую работу внешним приводом и самим
гребцом в зависимости от степени его подготовленности. Тем самым становится возможным освоение сначала «ритмо-темповой структуры рекордного упражнения» [482] с последующим «силовым наполнением задействованных мышц» и постепенной адаптацией к экстремальной нагрузке органов и систем организма спортсмена.
Такой комплекс одновременно и тренирует, и позволяет закрепить
139
правильный (оптимальный) стереотип спортивного действия на режимах,
пока недоступных спортсмену на конкретном этапе подготовки.
Под
термином
«информационно-тренажные
технологии»
А.П. Ткачук и С.И. Луговой подразумевают ряд взаимосвязанных программно-аппаратных методик, позволяющих получать полный срез биомеханических и физиологических характеристик деятельности спортсмена в
условиях «искусственной управляющей среды», оценивать его состояние
непосредственно в процессе выполнения целостного упражнения или его
элементов с возможностью регламентирования режимов выполняемых
движений и их целесообразного изменения [364].
Для современного спорта высших достижений характерна тенденция
ко все большему использованию стендовых форм тренировки в системе
подготовки высококвалифицированных спортсменов. У нас в стране начало распространению этих форм подготовки было положено рядом основополагающих работ, выполненных профессором И. П. Ратовым и под его
руководством благодаря конструктивным усовершенствованиям тренажеров и автоматизации управления ими на базе современных компьютеризированных стендов, названных «тренажерами адаптивного типа» [492].
Такой стенд представляет собой систему взаимосвязанных аппаратно-программных средств моделирования параметров тренировочной и соревновательной деятельности, включающую устройства измерения информативных характеристик этой деятельности, преобразования и ввода
информации в ЭВМ, пакеты программ обработки поступающей информации в реальном времени и формирования управляющих воздействий на
спортсмена [552].
В 1987 г. был введен в эксплуатацию и включен в систему подготовки
квалифицированных
гребцов
компьютерный
тренажерно-
эргометрический стенд (совместная разработка ВНИИФК, ВИСТИ и кафедры гребного спорта ГЦОЛИФК), созданный на базе механического
гребного эргометра инерционного типа, переведенного с фрикционного на
140
электромагнитный принцип торможения раскручиваемого спортсменом
маховика. Данный стенд уже во многом отвечал требованиям, предъявляемым к тренажерам «адаптивного типа». Его принципиальным отличием от
всех существующих гребных тренажеров явилась конструктивно заложенная возможность учета инерционных сил, создаваемых перемещениями
массы гребца в системе «спортсмен-эргометр», что позволяло оценивать
эффективность деятельности гребца при имитации движений гребкового
цикла на эргометре [551]. Этот стенд был назван гребным эргометрическим комплексом (ГЭК).
Известно, что адекватность или неадекватность адаптации к любому
внешнему воздействию (в спорте это нагрузка) в конечном итоге зависит
от энергетических возможностей человека, от мощности и эффективности
механизмов энергогомеостаза его организма. Перестало быть предметом
дискуссии то, что единственным естественным фактором, способным реально и на долгий срок повысить энергетические возможности человека,
является двигательная деятельность. Все другие многочисленные средства
воздействия на организм либо не дают длительного эффекта, либо действуют односторонне на механизмы энергетики, что тоже не позволяет добиться устойчивого роста адаптационного резерва организма.
В поисках решения проблемы ускоренного достижения эффекта
устойчивой адаптационной реакции на экстремальные для конкретного человека в данный момент нагрузки А.П. Ткачук и С.И. Луговой создали
программно-аппаратный комплекс (на базе описанного выше ГЭКа), открывающий собой новый класс тренажеров. Благодаря электроприводу,
установленному на блоке передачи усилий и управления ходом рукоятки
эргометра, указанный комплекс превращается в своеобразный «адаптивный робот» (с возможностями станка с ЧПУ). Занимающиеся на нем
спортсмены вовлекаются в выполнение программируемых биомеханических характеристик гребной локомоции: темпа, ритма, длины гребка и траектории рукоятки.
141
При этом раздельно учитывается вклад энергии в общую работу
внешним приводом и самим гребцом в зависимости от степени его подготовленности. Тем самым создаются возможности для освоения сначала
«ритмо-темповой структуры рекордного упражнения» с последующим
«силовым наполнением» (по И. П. Ратову) задействованных мышц и постепенной адаптацией к экстремальной нагрузке органов и систем организма спортсмена. В этом комплексе реализуются оба эффективных метода тренажерной подготовки, предложенные И.П. Ратовым в середине 80-х
г.: а) метод облегчающего лидирования; б) метод внешних силовых добавок [483, 491].
1.7.6 Адаптивные тренировочные устройства В.Е. Чурсинова
Известно адаптивное тренажерное устройство для тренировки велосипедистов – а.с. № 961724 [2].
Устройство (рис. 1.24) содержит раму 1 велосипеда с педалями 2,
связанными через передаточный механизм 3 со средством для создания
нагрузки, выполненным в виде центробежного регулятора 4 со съемными
грузами 5 на рычагах 6. Передаточный механизм включает цепную передачу 7, вал и конические шестерни.
Устройство позволяет автоматически изменять величину нагрузки
в одном тренировочном занятии в зависимости от функционального состояния спортсмена. Это происходит, когда велосипедист не в состоянии выполнять упражнения с прежней скоростью в результате наступления утомления. Рычаги с грузами, опускаясь на один-два оборота, помогают
спортсмену вращать педали с рекордной скоростью, затем грузы устанавливаются на новом, более низком, уровне и нагрузка, точнее ее величина,
приспосабливается к временному снижению работоспособности. С уменьшением скорости педалирования самим спортсменом тренажерное средство «адаптируется» к возможностям спортсмена, грузы опускаются и
нагрузка уменьшается.
142
Рис. 1.24. Устройство для тренировки велосипедистов
В.Е. Чурсиновым разработан также «Адаптивный тренажерный
комплекс для бросковых движений», который состоит (рис. 1.25) из рамы
1, в которой закреплен вал 2. На нем жестко установлен барабан 3 для
наматывания троса 4. Один конец троса крепится у основания барабана,
второй заканчивается ручкой 5 для захвата при выполнении упражнения.
Рис. 1.25. «Адаптивный тренажерный комплекс»
143
На валу 2 жестко закреплена ось 6; на ее концах шарнирно крепятся
рычаги 7 со съемными грузами 8, которые могут раздвигаться до горизонтального положения.
Для придания жесткости вращающейся системе на валу 2 размещена
(с возможностью перемещения) муфта 9, шарнирно связанная посредством
рычагов 10 с рычагами 7.
Узел регистрации биомеханических характеристик состоит из датчика силы, датчика перемещения, блока усилителя, блока питания, самопишущего устройства, или АЦП, с выходом на ПК.
Работает устройство следующим образом. Спортсмен, взяв рукоятку
5 и приняв исходное положение, выполняет бросковое движение. Трос,
сматываясь с барабана, вращает всю систему рычагов с грузами. После
окончания движения трос наматывается на барабан, спортсмен снова принимает исходное положение, останавливая вращающуюся систему, а затем
выполняет следующее бросковое движение. Их можно выполнять как сериями, так и одиночно. При выполнении упражнения сериями отсутствуют
паузы между остановкой вращающейся системы и следующим бросковым
движением. Это позволяет использовать энергию вращающейся системы
при торможении для резкого (ударного) растяжения мышц, стимулирующую нервно-мышечный аппарат и создающую в мышцах упругий потенциал напряжения, что способствует их более быстрому последующему сокращению. Можно выполнять движение и одиночно, т.е. делать паузу
между торможением системы и следующим бросковым движением. В этом
случае стимуляции нервно-мышечного аппарата не происходит, т.к. упругий потенциал мышц не используется.
Данные устройства с автоматизированной системой управления
нагрузкой создают изотонический и изокинетический режимы сопротивления (в зависимости от того, фиксированы ли грузы или нет), т.е. эти тренажеры по системе управления являются – «с заданным качеством».
144
1.7.7. Гимнастический тренажер адаптивного типа Э.В. Гостева
Для обучения упражнениям на перекладине и кольцах Э.В. Гостевым [172] были сконструированы и изготовлены специальные механические устройства – тренажеры, являющиеся исполнительным блоком обучающей машины адаптивного типа. Тренажеры обеспечивают принудительное перемещение базовой точки тела гимнаста в пространстве по эталонной программе, адекватной конкретному упражнению.
Конструкция тренажера на перекладине, изображенная на рис. 1.26
и 1.27, представляет собой опорные стойки (21), прикрепленные к полу посредством тросов (22) и растяжек (23). На опорных стойках крепится платформа (24), на которой смонтирован электропривод (8) и понижающий редуктор, состоящий из ведущей шестерни и ведомой шестерни. Последняя,
в свою очередь, жестко соединяется с червячным валом, который прикреплен к платформе (24) в корпусах с подшипниками. Червячный вал образует
червячную пару с червячным колесом (7), укрепленным на оси (25), и посредством соединительной втулки (17) – с направляющей штангой (5). На
каретке (4), которая скользит по направляющей штанге (5), посредством
винта (14) установлено поворотное плато (13) с роликами (12), предназначенными для ограничения перемещения каретки (4). Функцию ограничителя выполняет программа-копир (6), укрепленная на лучах (10) и основании
(27). Крепится программа-копир (6) к лучам посредством болтов (9). На
каретке также жестко установлены втулки (26), в которых винтами (15)
укреплены Г–образный кронштейн (3) и ремневый хомут (2) для крепления
гимнаста. Гриф перекладины (1) одним концом установлен на опорной
стойке (28), а другим через соединительные пластины (11) прикреплен к
основанию (27).
145
Рис. 1.26. Конструкция тренажера на перекладине (вид спереди)
Рис. 1.27. Конструкция тренажера на перекладине (вид сбоку)
146
Дистанционное управление предназначено для регулирования скорости и направления вращения тренажера. Вся схема состоит из двух
функциональных блоков: блока регулирования скорости вращения электродвигателя и блока реверсивного управления.
Для повышения качества управления техническими действиями
гимнаста в процессе выполнения им упражнений на тренажере разработано
и изготовлено следящее-программно-сличающее устройство (СПСУ), с
помощью которого осуществляется управление тренажером в автоматическом режиме.
Следящее устройство состоит из сельсин-датчика, который установлен на тренажере, и сельсин-приемника, установленного в описываемом устройстве, диска с 36 контактами, по которым перемещается щетка,
закрепленная на оси сельсин-приемника, и 36 постоянных электромагнитных реле.
Ось сельсин-датчика вращается синхронно с гимнастом. Ось сельсин-приемника, вращаясь синхронно с осью сельсин-датчика, перемещает
индикаторную стрелку и щетку, скользящую по диску с контактами, к которым через переключатели присоединены электромагнитные реле.
Сличающее устройство состоит из моста, оконечного усилителя,
имеющего регулятор уровня сигнала поступающего, с моста для регулирования зоны вариативности составленной программы. К выходу усилителя
подключено электромагнитное реле, которое управляет блоком дистанционного управления электромотором (ДУМ).
Для создания предварительного представления и отработки технических действий изучаемых упражнений в упрощенных (модельных) условиях Э.В. Гостевым разработано и изготовлено обучающее устройство –
«табло-имитатор». На рис. 1.28 представлена его кинематическая схема.
147
Рис. 1.28. Конструкция «Табло-имитатора»
Устройство состоит из сельсин-датчика (1), на одной оси которого
установлен диск (2), а на другой – индикаторная стрелка (3). Диск (2) приводится во вращение при помощи электромотора постоянного тока (4).
Вращаясь, диск приводит во вращение индикаторную стрелку (3). Стрелка
вращается на фоне экрана (5), на котором через каждые 100 градусов нанесены отметки. Стрелка информирует спортсмена о его местоположении в
пространстве при выполнении упражнения. Сельсин-датчик (1) дистанционно связан с сельсин-приемником в СПСУ.
При создании устройств автор опирался на определение, данное
Г. Паском: «Обучающая машина – это устройство, которое предъявляет
обучающемуся заранее определенную последовательность информационных и проверочных кадров, воспринимает ответы, вызванные каждым контрольным вопросом, и реагирует на них» [438, с. 26].
В свете вышесказанного Э.В. Гостевым разработана двухступенчатая обучающая машина адаптивного типа.
Первой ступенью машины является обучающее устройство «Таблоимитатор», которое работает в совокупности с СПСУ. С помощью первой
ступени решается задача отработки программы изменения позы изучаемого упражнения в облегченных условиях. Функциональная схема этого про-
148
цесса показана на рис. 1.29.
Рис. 1.29. Функциональная схема обучающего устройства
«Табло-имитатор»
На тазобедренном суставе гимнаста закрепляется гониодатчик. После этого он принимает позу перед «Табло-имитатором», характерную для
данной точки пространства, указываемой стрелкой устройства. «Таблоимитатор» приводится в рабочее состояние, при котором стрелка начинает
вращаться, а гимнаст выполняет движения, характерные для разучиваемого
упражнения. Если гимнаст допустил ошибку, т. е. его поза неадекватна запрограммированной в СПСУ, то стрелка остановится в контрольной точке
и будет неподвижна до тех пор, пока спортсмен не исправит ошибку. В
процессе выполнения всего упражнения производится запись в графической форме на чернильнопищущем самописце, где регистрируются величина суставного угла и время, затраченное спортсменом на исправление
ошибки.
Вторая ступень обучающей машины «адаптивного» типа представляет
собой тренажер и СПСУ как основные элементы обучающей системы.
На тренажере гимнаст также отрабатывает программу изменения позы,
149
но уже на снаряде в условиях пространства, близких к реальному выполнению упражнения (рис. 1.30).
Рис. 1.30. Функциональная схема обучающей машины
Тренажер реализует жестко заданную общую программу движения в
принудительном режиме, а СПСУ контролирует позы и управляет работой
тренажера. Общая программа движения материализована в виде направляющего копира. Его параметры, обусловливающие траекторию базовой точки, ориентацию тела в пространстве и частично программу изменения позы, определены в результате биомеханического анализа лучших исполнителей разучиваемого упражнения.
Гимнаст с гониодатчиком на управляющем суставе закрепляется в
тренажере и выводится в исходное положение, после чего тренажер приводится в рабочее состояние. Обратная связь на СПСУ подается по двум каналам – от сельсин-датчика, ось которого вращается синхронно с гимнастом, и от гониодатчика.
Информация от сельсин-датчика, характеризующая угол поворота тела
спортсмена в пространстве, подается в блок слежения на сельсинприемник и оттуда на коммутатор. При выполнении упражнения (большого оборота) тело гимнаста совершает поворот на 360°. В коммутаторе по
периметру круга выделены 36 контактов с шагом в 10°. При замыкании
150
контакта (на диске сельсин-приемника) щеткой, вращающейся синхронно с
гимнастом, в блок памяти подается команда.
В этом блоке хранится оптимальная программа изменения позы, заданная на потенциометрах, где заранее выставляется эталонное значение
суставного угла для каждой контрольной точки. По команде значение из
блока памяти подается в блок сравнения. Сюда же по каналу обратной связи от спортсмена передается текущее значение суставного угла в процессе
изменения ориентации тела в пространстве. Эта информация в графической форме непрерывно фиксируется на самописце. Как только из блока
памяти поступает эталонное значение суставного угла, компаратор мгновенно сравнивает его с текущим значением. Если они совпадают, вращательное движение тренажера (а с ним, естественно, и спортсмена) продолжается по команде "Вперед!" Если нет, автоматически вырабатывается команда "Стоп!", по которой блок управления мотором останавливает тренажер. Одновременно в блок регистрации подается команда "Ошибка!", по
которой ее характер и время исправления фиксирует самописец. Движение
тренажера автоматически возобновляется после исправления ошибки.
Данный тренажер, по нашему мнению, также не является адаптивным,
а представляет собой обучающий комплекс (обучающую машину).
1.7.8. Велотренажер адаптивного типа Б.С. Шмонина
Основой для велотренажерного стенда Б.С. Шмонина послужил
серийный велостанок промышленного образца, модифицированный под
тренажерный стенд адаптивного типа для любых конструкций спортивных велосипедов.
При
разработке
специального
велотренажерного
стенда
Б.С. Шмонин учитывал основное требование – соответствие характеристик работы, совершаемой велосипедистом в естественных условиях,
характеристикам работы на тренажере.
В условиях велотренажерного стенда реализованы следующие
151
схемы управления движениями.
Для искусственной активизации мышц использовался метод, разработанный еще И.П. Ратовым [489 и др.], его сущность заключается в
том, что на активно работающие мышцы спортсмена с помощью накожных электродов подаются электрические биопотенциалы частотой 150
Гц, длительностью 50–100 мс и амплитудой 20–60 В. Подача управляющих сигналов синхронизируется с круговыми движениями нижних конечностей. Синхронизация осуществляется с помощью контактного
диска, установленного на валу каретки. Запуск сигналов производится от механических контактов, что позволяет упростить работу схемы
и повысить ее надежность.
Сущность второго метода заключается в следующем: усилия, развиваемые на тензопедалях, сравниваются на вектор-кардиоскопе с модельными, которые должно обеспечивать «круговое» педалирование.
Сигнал рассогласования между реальными и модельными значениями используется для управления движениями спортсмена через электромагнитную муфту.
Дня выработки у спортсмена навыка кругового педалирования использовался метод экспресс-коррекции движений на основе визуальнообратной связи по изменению крутящего момента в цикле педалирования.
С этой целью велостанок оснащен датчиком для измерения крутящего момента. Использован принцип фазового детектирования импульсов. Сигналы
с этого датчика обрабатывались специальными устройствами и подавались
на монитор.
Спортсмен должен осуществлять педалирование таким образом, чтобы
неравномерность крутящего момента не превышала 20%. Перед спортсменом
ставилась цель: за счет самонастройки и саморегуляции мышечных напряжений добиваться выполнения поставленной задачи.
Для формирования рациональной посадки использовалась телевизионная установка. Телекамера устанавливалась сбоку от велостанка, а изоб-
152
ражение с помощью монитора представлялось спортсмену. Для объективизации движений по улучшению посадки на мониторе с помощью видеомагнитофона время от времени воспроизводились видеозаписи движения сильнейших велосипедистов [625].
Исходя из данного описания принципа работы тренажера, мы делаем
вывод об отсутствии в стенде адаптивной системы управления, а констатируем только автоматическую систему управления.
Резюме
Адаптивная система обучения довольно широко распространена в
практике педагогического процесса как для формирования знаний, так и
для становления профессиональных навыков операторов.
По нашему мнению, обучение двигательным действиям с помощью
адаптивных обучающих машин вполне возможно, так как движения, выполняемые в пространстве, могут быть зарегистрированы по различным
параметрам, а затем и контролироваться. Задача теперь заключается в том,
чтобы управлять величиной этих параметров в требуемом для конечного
результата режиме. Сложность заключается в большой функциональной
подвижности двигательного аппарата спортсмена и в том, что упражнения
выполняются в относительно большой зоне пространства; и чтобы наладить «управляющие связи» (по Г.В. Кореневу [325]), приходится разрабатывать технически и программно сложные устройства, которые моделируют адекватную техническую структуру упражнения в условиях, приближающихся к реальным. Практика обучения теоретическим курсам показала
высокую эффективность адаптивных систем обучения и, думается, спортивная педагогика не останется в стороне. Будущее педагогики, как отметили академики А.И. Берг и И.И. Тихонов [65], именно за адаптивными
обучающими машинами.
153
Заключение по главе
I.
Этот раздел приведен в диссертации для устранения путаницы,
возникшей в спортивной науке о тренажерах с адаптивной системой
управления. Анализ тренажеров, в названии которых авторы используют
определение «адаптивный», показало недостаточную обоснованность применения этого термина. Это обусловлено рядом причин, мы приведем
лишь основные:

Этот термин чаще всего встречается в учебниках по САУ, в ко-
торых людям без технического или физико-математического образования
сложно разобраться. Вот один из вариантов определения понятия «адаптивный»: «Адаптивными системами называют такие системы, в которых
параметры регулятора меняются вслед за изменением параметров объекта
таким образом, чтобы поведение системы в целом оставалось неизменным
и соответствовало желаемому» [177]. Однако дальше приводятся пояснения с помощью рисунков, как должны выглядеть адаптивные АСУ (в них
несколько контуров управления рис. 1.31, 1.32):
x  A  t   x  B  t   U
ОУ
АР
,
x  f  t , x , U
.
АР – адаптивный регулятор
ОУ – объект управления
U – идентификатор
Часть, выделенная пунктиром, может
быть реализована в цифровом виде.
U
Рис. 1.31. Функциональная схема адаптивной системы с идентификатором
Или:
V
АР
U
у
ОУ
БА
ОУ – объект управления
БА – блок адаптации.
∆
(-)
ЭМ
АР – адаптивный регулятор
ЭМ – эталонная модель
уm
Рис.1.32. Функциональная схема адаптивной системы с эталонной моделью
154

В педагогике адаптивное обучение представляет собой техно-
логическую педагогическую систему форм и методов, способствующую
эффективному индивидуальному обучению. Это система лучше других
учитывает уровень и структуру начальной подготовленности, оперативно
отслеживает результаты текущей подготовки, что позволяет рационально
подбирать задания и упражнения для дальнейшего быстрого продвижения
[438, 546].
Адаптивное обучение строится по принципу индивидуального обучения.
Адаптивное обучение – это дидактический подход к организации
процесса обучения, при котором направление дальнейшего обучения (график и интенсивность) определяется по результатам усвоения предыдущих
курсов (тем, тестов). Это способ организации учебного процесса с учетом
индивидуального уровня подготовленности учащегося до начала обучения
или в процессе обучения.
В нашем понимании адаптивные системы – это системы, которые
обладают способностью приспосабливаться к изменению внешних условий
работы, а также улучшать свою работу по мере накопления опыта.
Адаптивные системы от остальных отличает наличие контура управления корректирующим устройством.
Следовательно, в адаптивных системах процесс управления должен
осуществляться на основе прямой и обратной связи и над первым контуром
управления имеется второй, который меняет контур первого. В адаптивных
системах управления должно иметь место запоминающее устройство.
II.
Рассмотрены некоторые особенности и принципы построения
АСУ различного типа, а также показаны трудности при проектировании и
создании хорошо работающих систем автоматизированного управления.
На основе проведенного анализа нами сформулированы положения,
позволившие создать АСУ для практики физического воспитания и спорта. В
следующих разделах диссертации приведены результаты наших разработок.
155
ГЛАВА II
МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований:
1.
Анализ и обобщение научно-методической литературы по про-
блеме исследования.
2.
Патентный поиск.
3.
Педагогические наблюдения.
4.
Биомеханические методы исследования – регистрация биоме-
ханических характеристик:
 динамических (сила);
 кинематических (перемещение, скорость);
 временных (продолжительность движений и отдельных частей);
 энергетических (работа, мощность).
5.
Медико-биологические, включающие в себя следующие мето-
дики:
 омега-потенциалометрия;
 вариационная пульсометрия;
 индекс Руфье;
 индекс функциональных изменений;
 проба Штанге;
 тест Купера;
 оксигемометрия.
6.
Педагогическое тестирование.
7.
Педагогический эксперимент.
8.
Методы математической статистики.
156
Характеристика методов исследования
1.
Анализ и обобщение научно-методической литературы по про-
блеме исследования.
Для выяснения состояния исследуемой проблемы, ее значимости в
современных условиях проведен анализ научной, научно-педагогической,
учебно-педагогической, технической, медико-биологической, спортивной,
психологической и валеологической отечественной и зарубежной литературы, что позволило выявить состояние вопросов, касающихся задач исследования.
В процессе работы изучались и обогащались сведения о физической
культуре людей с различной степенью напряженности адаптационных
процессов в организме и адаптации организма (в первую очередь сердечно-сосудистой системы) к физическим нагрузкам. Были выявлены подходы
и разработки по оптимизации физической нагрузки с учетом индивидуальных особенностей организма человека. Изучены труды ученых, посвященные современным проблемам физического воспитания и образа жизни детей и студенческой молодежи. Проведен анализ публикаций в различных
изданиях по использованию микропроцессоров и электронных приборов в
физической культуре и спорте, тренажеростроению с обратной связью и
управляющим воздействием, а также тренажерам «адаптивного» воздействия. Изучен и исследован материал, посвященный информативности тестов, экспресс-контролю и точности тестирования в медицине и педагогике. Проанализированы работы по применению метода кардиолидирования,
а также других методов управления тренировочным процессом в физической культуре и спорте. Ознакомились с работами по формированию
нагрузки в велоспорте и использованию велотренажеров для развития выносливости.
Обобщение и систематизация данных, иллюстрирующих состояние
исследуемой проблемы, способствовали формированию гипотезы, подбору
методов и конкретизации задач исследования, а также формированию ме-
157
тодических предпосылок к организации учебно-тренировочных занятий.
2.
Патентный поиск.
Патентный поиск проводился для изучения аналогов, выявления
прототипов предлагаемых нами устройств и определения отличительных
особенностей разработанных конструкций, подачи заявки на предмет
изобретения. Анализ результатов патентного поиска показывает, что конструктивные особенности существующих тренировочных устройств в недостаточной мере реализуют педагогические задачи сопряженного развития специальных физических качеств и совершенствования технических
навыков в соревновательных упражнениях на выносливость, силового и
скоростно-силового характера, поэтому одним из направлений исследований явилась разработка новых тренажерных устройств.
3.
Педагогические наблюдения.
Педагогические наблюдения организованы с целью определения
особенностей проведения занятий. Объектом наблюдения являлись средства и методы развития силы, скорости, выносливости и их сочетаний; характер и величины учебно-тренировочных нагрузок; структура занятий;
количество подходов и повторений в процессе занятий.
4.
Биомеханические методы.
С целью регистрации биомеханических характеристик были разработаны инструментальные методики для оперативного биомеханического
контроля, анализа и обработки параметров выполняемых движений по
следующим биомеханическим параметрам:
 линейного перемещения кисти, силы тяги, скорости и времени
выполнения движения при имитации соревновательного упражнения в армспорте;
 скорости и времени выполнения движения, пройденного расстояния, частоты вращения педалей при работе на велотренажере;
 перемещение, время выполнения упражнения и сила сопротивления, создаваемая джойстиком.
158
5. Медико-биологические методы исследования:

Омега-потенциалометрия (по Н.П. Бехтеревой) предназнача-
лась для определения интегрального показателя уровня метаболических
процессов в организме и уровня психофизиологической активности человека.
При исследовании процессов в организме человека внимание ученых
привлекают так называемые «сверхмедленные» изменения (секундные, декасекундные, минутные) в динамике физиологических показателей состояния различных систем организма.
Выявлено сходство временных характеристик сверхмедленных процессов головного мозга, вегетативных реакций, психологических показателей внимания, памяти, эмоций, других адаптивных поведенческих реакций.
Под термином «омега-потенциал» (постоянный потенциал, квазиустойчивый потенциал, стабильный потенциал) понимаются устойчивые
во времени (в течение минут, десятков минут) биопотенциалы, которые регистрируются в коре, подкорковых образованиях головного мозга, с поверхности головы и тела человека, в различных группах мышц, в железах
внешней и внутренней секреции. Омега-потенциал на поверхности головы
имеет амплитуду сигнала от нескольких милливольт до сотни милливольт
и зависит от ряда факторов, в том числе – от функционального состояния
обследуемого, от условий регистрации, от местоположения активного
электрода и т. д. У здоровых взрослых людей уровень омега-потенциала в
состоянии спокойного бодрствования варьирует от 1 до 60 мВ и более.
Обнаружена зависимость динамики сверхмедленных процессов секреторных органов и мышц от изменения состояния центральной нервной
системы.
Умственная, сенсомоторная, физическая, эмоциональная нагрузки, а
также различные патологии сопровождаются сдвигами уровня сверхмедленных процессов. При глубоком наркозе сверхмедленные колебания пол-
159
ностью пропадают.
Достаточно убедительными можно считать представления о существовании сверхмедленной управляющей системы организма, которая
формируется на основе нейрогуморального взаимодействия центральных и
периферических звеньев и осуществляет регулирование состояний организма преимущественно биохимическим путем.
Сформулированные в последние десятилетия представления об универсальности сверхмедленных физиологических процессов в отношении
образований головного мозга, секреторных и эффекторных органов и тканей, об их координирующей роли в механизмах регуляции состояния организма легли в основу современной трактовки данных о динамике омегапотенциала, регистрируемого с поверхности головы по отношению к тенору (ладонная часть кисти в области большого пальца) кисти руки.
Величина омега-потенциала, его устойчивость или динамичность в
условиях спокойного состояния обследуемого могут рассматриваться в качестве интегрального показателя уровня метаболических процессов в организме, уровня психофизиологической активности человека.
На основании накопленных фактов об особенностях омегапотенциала у здоровых лиц в условиях спокойного состояния (оперативного покоя) были выделены несколько групп состояний.
Группа с низким уровнем омега-потенциала (0–20 мВ) практически
здоровые люди с повышенной истощаемостью в условиях физических и
психических нагрузок, повышенной лабильностью нервных нагрузок. Эти
лица хорошообучаемы при дозированном распределении нагрузок. При
длительных усилиях у них отмечаются снижение порогов реагирования на
раздражители, неустойчивость адаптивных реакций.
Группа со средним уровнем омега-потенциала (20-40 мВ) – индивидуумы с достаточным уровнем метаболических процессов, находящиеся в
оптимальном состоянии, способные адекватно реагировать на различные
воздействия. Они способны переносить длительные психические и физи-
160
ческие нагрузки с сохранением высокой работоспособности.
Группа с высоким уровнем омега-потенциала (40-60 мВ) – индивидуумы, находящиеся в состоянии психоэмоционального напряжения, что
может проявляться в неадекватных поведенческих реакциях в ответ на любое изменение ситуации. При длительном наблюдении данного состояния
у обследуемого следует обратить внимание на возможность развития
нервно-психических дисфункций.
Оборудование для измерения: 2 неполяризующихся хлорсеребряных
электрода, заполненные насыщенным раствором КСl, цифровой вольтметр
с автономным, постоянно точным электропитанием, спирт медицинский,
вата.
Измерение проводят в течение 5-7 мин – до стабилизации уровня
омега-потенциала.

Вариационная пульсометрия. Измерение ритма сердца – уни-
версальная оперативная реакция целостного организма в ответ на любое
воздействие внешней среды. Однако традиционно измеряемая средняя частота сердечных сокращений отражает лишь конечный результат многочисленных регуляторных влияний на аппарат кровообращения, характеризует особенности уже сложившегося гомеостатического механизма. Одно
из важных звеньев этого механизма обеспечивает баланс между парасимпатическим и симпатическим отделами вегетативной нервной системы (вегетативный гомеостаз). Известно, что уменьшение тонуса парасимпатического отдела может сопровождаться соответствующим уменьшением и тонуса симпатического отдела, и тогда средняя частота пульса не изменяется. Одной и той же частоте пульса могут соответствовать различные комбинации активностей звеньев, обеспечивающих вегетативный гомеостаз.
Опираясь на концепцию В.В. Парина и Р.М. Баевского с соавторами
[326], в которой система кровообращения рассматривается как индикатор
адаптационно-приспособительной деятельности организма, мы использовали кибернетический анализ ритма сердца, который является достаточно
161
новым методологическим подходом, позволяющим с системных позиций
количественно характеризовать функциональные свойства определенных
морфологических субстратов (синусового узла). На этой основе оценивались состояние и деятельность функциональной системы (кровообращения), отражающей реакции целостного организма. При этом абстрактные
математические показатели сердечного ритма (Мо, Амо, dX, ИН) обретают
конкретный физиологический смысл и становятся количественными характеристиками физиологических реакций организма и его систем.
Вариационная пульсометрия использовалась для определения коэффициента, характеризующего степень регулярности сокращения сердца,
что определяется собственными внутрисердечными механизмами регуляции, балансом между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы, гуморальными факторами, влияниями со стороны центральной нервной системы (ЦНС), т.е. отражает степень напряжения центральных механизмов регуляции.
Вариационная пульсометрия – частный прием статистическою анализа с элементами вероятностною подхода – позволяет выявить закон распределения случайного процесса, каким является ритм сердца, и охарактеризовать его количественно. В основе метода лежит классификация [построение гистограммы (пульсограммы) распределения] временных характеристик ЧСС (пульса, RR-интервалов).
Индекс напряжения Баевского (ИH) – коэффициент, описывающий
степень регулярности сокращения сердца. Регулярность, ритмичность сокращения сердца определяются собственными внутрисердечными механизмами регуляции, балансом между симпатическим и парасимпатическим
отделами вегетативной нервной системы, гуморальными факторами, влияниями со стороны ЦНС. Наиболее равномерно сердце бьется только в экстремальных случаях, в состоянии высокого напряжения регуляторных систем, а в нормальном состоянии колебания ЧСС зависят от внешних и
внутренних факторов, постоянно реагируя на них ускорением или уреже-
162
нием.
Согласно представлениям Р.М. Баевского [49] управление ритмом
сердца представляет собой сложную иерархическую структуру.
Центральный контур состоит из трех уровней. Эти уровни соответствуют процессам управления, обеспечивающим: перестройку функциональной деятельности организма в связи с изменением условий внешней
среды (уровень А); гомеостатическое регулирование взаимодействия различных физиологических систем внутри организма (уровень Б); уравновешивание различных параметров внутри системы кровообращения (уровень
В).
Структурно-функциональную
организацию
биосистемы
можно
представить в виде трехмерной модели, одна из координат которой соответствует состоянию биосистемы, а две другие отражают структуру и
функцию (рис. 2.1). В функциональной системе структура–функция–
состояние системообразующим фактором является состояние.
Рис. 2.1.
Структурно-функциональная организация биосистемы
Считается [326], что рассогласование биосистемы в принципе может
первично возникнуть на любом из уровней, однако в большинстве случаев
появление нарушений осуществляется в таком порядке:
163
а)
временное рассогласование,
б)
расстройство информационных потоков,
в)
изменение обмена энергии,
г)
нарушение обмена веществ и нарушение структур.
Структурный уровень функциональной организации биосистемы соответствует процессам, направленным на обновление клеток и тканей. Метаболический уровень – биохимические процессы, которые обеспечивают
образование либо энергии, либо структуры.
Энергетический уровень обеспечивает свободной энергией функциональные системы, а также выполнение внешней работы.
Информационный уровень управляет расходом и образованием
энергии, а уровень временной организации согласует структурный, энергетический и информационный уровни.
За основу принята следующая рабочая классификация состояний,
предложенная Р.М. Баевским с соавторами [47]:
Состояние удовлетворительной адаптации. Это состояние здорового человека, живущего и работающего в обычных условиях. В известном
смысле оно может быть отождествлено с понятием нормы. По степени
адаптации здоровье рассматривается как состояние организма, обеспечивающее достижение им своего функционального оптимума. Оптимальность адаптации, свойственная здоровью, проявляется в способности сохранять в различных ситуациях уравновешенное состояние со средой при
умеренной плате за адаптацию.
В рамках состояния удовлетворительной адаптации выделяется состояние специализированной адаптации, которое соответствует состоянию
лиц, специально подготовленных к определенным видам деятельности
(спортсмены, космонавты и др.) или адаптированных к длительному влиянию экстремальных и субэкстремальных факторов внешней среды. Состояние специализированной адаптации достигается путем перестройки доминирующих в данной ситуации систем, в результате чего организм при-
164
обретает «своеобразную биосоциальную специализацию» [14], выражающуюся в увеличении резистентности к конкретным действующим факторам. Подобная перестройка, однако, происходит на фоне существенного
напряжения усиленно функционирующих органов и осуществляется благодаря переводу их в привилегированное положение за счет менее важных
в данный момент органов и систем [395], что может приводить к утрате
или существенному изменению некоторых свойств организма, которыми
он ранее располагал [14].
Состояние функционального напряжения механизмов адаптации –
начальный этап пограничной зоны между здоровьем и патологией. Наиболее характерный признак – высокий уровень функционирования, который
обеспечивается за счет интенсивного или длительного напряжения регуляторных систем. Состояние функционального напряжения механизмов
адаптации возникает у лиц, попадающих в экстремальные условия без
предварительной подготовки; вместе с тем менее выраженные формы распространены довольно широко.
Состояние неудовлетворительной адаптации – более поздний этап
пограничной зоны. Ему свойственно понижение уровня функционирования биосистемы, рассогласование отдельных ее элементов, развитие утомления и переутомления. Состояние неудовлетворительной адаптации является активным приспособительным процессом. Организм пытается приспособиться к чрезмерным для него условиям существования путем изменения функциональной активности отдельных систем и соответствующим
напряжением регуляторных механизмов (увеличение платы за адаптацию),
однако вследствие развития недостаточности оптимальный режим функционирования не может быть обеспечен.
Состояние срыва адаптации (поломки адаптационных механизмов)
может проявляться в двух формах: предболезнь и болезнь.
Предболезнь. Отличается от состояния неудовлетворительной адаптации проявлением начальных признаков будущих заболеваний. Это со-
165
стояние содержит информацию о локализации вероятных патологических
изменений. Данная стадия обратима, поскольку наблюдаемые отклонения
носят функциональный характер и не сопровождаются существенной анатомо-морфологической перестройкой.
Болезнь. Каждая болезнь сопровождается включением саморегулирующих, защитных и компенсаторных реакций, представляющих собой «физиологическую меру защиты организма против болезни». Вместе с
тем ведущим признаком болезни служит ограничение приспособительных
возможностей организма. В этом отношении болезнь – результат истощения и срыва адаптационных механизмов.
Организм, находящийся в том или ином состоянии, функционирует в
стационарном и переходном режимах. Каждое из состояний, представленное в классификации должно рассматриваться как непрерывный процесс.
Стационарный режим характеризует равновесное, устойчивое положение биосистемы. Оно поддерживается благодаря так называемым механизмам долговременной адаптации [395]. В самом общем виде величина
механизмов долговременной адаптации определяется мощностью ферментативных систем, которые связаны с аэробным окислением углеводов и
жирных кислот. Эта мощность является производной предшествующего
стрессового опыта и закреплена в виде определенных структурных и метаболических изменений, важнейшие из которых – число и размер клеточных структур, особенно митохондрий, а также содержание и активность
ферментов, обеспечивающих аэробное окисление.
Переходные процессы – ответ организма на внешние возмущающие
воздействия. Переходным процессам соответствуют механизмы кратковременной адаптации [395]. Возмущение биосистемы сопровождается развитием дефицита макроэргических фосфатов. Поэтому кратковременная
адаптация характеризуется мобилизацией углеводных, липидных и белковых источников энергии, а также включением способов дополнительного
энергообеспечения (использование гликолиза как самостоятельного пути
166
образования АТФ, повышение транспорта кислорода благодаря усилению
внешнего дыхания и работы сердца).
После отклонения в работе биосистема может вернуться в исходное
(если возмущающий фактор прекратил действие) либо в новое (если повреждение продолжает действовать) равновесное состояние. В последнем
случае восстановление связано с доформированием механизмов долговременной адаптации до уровня, соответствующего новым условиям, что выражается ростом числа и размера клеточных структур, повышением мощности митохондриального аппарата окисления, увеличением содержания
ферментов, участвующих в окислении углеводов и жирных кислот, и т.п.
Период, в течение которого организм функционирует за счет механизмов кратковременной адаптации, можно представить как стационарный
участок переходного режима. Тогда можно выделить две промежуточные
зоны: первая соответствует включению механизмов кратковременной
адаптации, а вторая – замене механизмов кратковременной адаптации механизмом долговременной адаптации, процессу консолидации, приводящему к восстановлению равновесия.
Преобразование одного состояния в другое, как было указано выше,
отражает ступенчатое снижение степени адаптированности организма к
внешней среде. По концепции Р.М. Баевского этот процесс сопровождается смещением уровня нарушений структурно-функциональной организации биосистемы.
Представим схему, на которой одна из координат соответствует состояниям биосистемы, а другая – уровням структурно-функциональной организации. Тогда, по мере перемещения от здоровья к болезни через отдельные состояния, все большая часть плоскости, ограниченная указанными координатами, должна быть обозначена каким-либо условным способом, отражающим распространение нарушений. Эту плоскость можно разделить на три зоны. В первую зону, соответствующую здоровью, входят
состояния удовлетворительной и специализированной адаптации, для ко-
167
торых характерен оптимальный режим функционирования организма.
Возникновение рассогласований возможно уже в этих состояниях, оно развивается как следствие утомления при действии интенсивных стимулов, но
отмечаемые нарушения ограничены процессами временной организации, а
также информационными и отчасти энергетическими процессами.
Вторая зона – функциональное напряжение механизмов адаптации и
неудовлетворительной адаптации, т.е. состояния, пограничные между
нормой и патологией. Пограничные состояния характеризуются развитием
недостаточности адаптационных механизмов, что сопровождается распространением нарушений на энергетические и метаболические процессы. К
третьей зоне – зоне патологии – относятся предболезнь и болезнь. В данной зоне происходит срыв стрессорных механизмов адаптации, приспособление к внешней среде осуществляется на фоне нарушений, которые
охватывают метаболический и структурный уровни, т.е. нарушаются все
уровни организации биосистемы от временного до структурного.
Регистрация ЭКГ для исследования вариабельности ритма сердца
проводилась натощак после предварительного отдыха с регистрацией 100
последовательных кардиоинтервалов (до относительной стабилизации
ритмограммы, определяемой визуально).
Обработка данных и оценка результатов осуществлялись в соответствии с международными и российскими стандартами [290, 347, 667].
 Индекс Руфье использовался для получения сведений о реактивных свойствах сердечно-сосудистой системы [301].
 Индекс функциональных изменений (ИФИ) по А.П. Берсеневой
использовался для оценки уровня функционирования системы
кровообращения и определения ее адаптационного потенциала.
 Проба Штанге использовалась для оценки устойчивости организма человека к смешанной гиперкапнии и гипоксии, отражающей
общее состояние кислородообеспечивающих систем [61].
 Оксигемометрия применялась для определения степени насыще-
168
ния гемоглобина артериальной крови кислородом (SpO2). Исследование проводилось с помощью пульсоксиметра в процессе выполнения работы на тренажере с автоматизированной системой
управления и в обычном режиме работы.
 Тест Купера использовался для оценки физической работоспособности студентов.
6.
Педагогическое тестирование.
Контрольные испытания проводились для определения физической
и технической подготовленности испытуемых. При выборе тестов учитывались их надежность и информативность [12, 102, 159, 205, 206, 260, 333,
357, 513]).
Тесты, характеризующие физическую и техническую подготовленность, проводились с использованием как инструментальных методов исследования динамометрия – кистевой силы, динамография – регистрация
динамических и кинематических «рисунков» движений, так и неинструментальных: сгибание, разгибание рук в висе и упоре, прыжковые движения с различными условиями выполнения и т.д. [513].
7. Педагогические эксперименты (естественный, лабораторный, модельный).
7.1. Естественный педагогический эксперимент
С целью сбора информации о закономерностях становления спортивного мастерства у спортсменов в различных видах спорта и физической
подготовленности учащихся были проведены естественные педагогические эксперименты, который носили констатирующий характер.
Экспериментальные исследования проводились на базах Адыгейского государственного университета (АГУ), Майкопского государственного
технологического университета (МГТУ), Карачаево-Черкесского государственного университета (КЧГУ), Кабардино-Балкарского государственного
университета (КБГУ), ДЮСШОР по велоспорту г. Нальчика, гимназии №
22 г. Майкопа.
169
7.2. Лабораторные педагогические эксперименты
Целью экспериментов была разработка ряда методик, позволяющих
осуществлять адаптивное управление внешним силовым воздействием,
оказываемым на занимающегося при выполнении им тренировочных и соревновательных упражнений. В исследовании приняли участие студенты
МГТУ, КБГУ, спортсмены сборной команды Карачаево-Черкессии по
армспорту, учащиеся ДЮСШОР по велоспорту г. Нальчика, школьники
гимназии № 22 г. Майкопа.
7.3. Модельный эксперимент
При проектировании устройств адаптивного воздействия использовались методы математического и конструкторского моделирования. Экспериментальные
исследования
были
проведены
на
базе
научно–
исследовательской лаборатории биомеханики Института физической культуры и дзюдо АГУ и научно-исследовательской лаборатории «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры и спорта КБГУ.
7.4. Сравнительные педагогические эксперименты
Для определения кумулятивного тренировочного эффекта в учебнотренировочном процессе разработанных технологий оптимизации обучения и совершенствования техники спортивных упражнений проводились
сравнительные педагогические эксперименты, выявившие степень положительного влияния на различные стороны спортивной подготовки.
8. Статистическая обработка собранного фактического материала.
Проводилась с использованием методов математической статистики [106,
156, 285]. Вычислялись следующие показатели:
– х
– средняя арифметическая величина;
– δ – среднее квадратичное отклонение (сигма).
Все результаты обработаны на РС Pentium III с помощью программы математической статистики – «Unistat Statistical Package v 5.001», интегрированной в табличный процессор Microsoft Excel 2003.
При проведении медико-биологических, биомеханических исследо-
170
ваний и при педагогических тестированиях мы придерживались целого ряда требований отраженных в ГОСТах [154, 164-170 и др.].
2.2.
Организация исследования
Исследования проводились в период с 1995 по 2006 г. на различных
базах.
Для изучения отличительных особенностей биомеханических параметров выполнения циклических упражнений (на выносливость) на велоэргометре студентами нефизкультурных вузов была проведена регистрация биомеханических характеристик.
В исследовании приняли участие 26 студентов-юношей. Участники
эксперимента были разделены на две группы – экспериментальную и контрольную, по 13 человек в каждой, методом случайной выборки. Для этого
нами было обследовано более 100 студентов основной группы первых –
вторых курсов обучения, из которых было отобрано 26 человек:
 не имеющих выраженных хронических заболеваний;
 не занимающихся спортом и оздоровительной физической культурой;
 регулярно посещающих занятия по физическому воспитанию.
Занятия в группах проходили два раза в неделю по расписанию института. Все студенты занимались у одного преподавателя, по одной и той
же программе. Разница состояла только в кроссовой подготовке. Так, студенты контрольной группы тренировались в традиционных условиях, а
студенты экспериментальной группы – с использованием машины автоматизированного управления для циклических упражнений с применением
велоэргометра. На кроссовую подготовку на каждом занятии в обеих группах отводилось 15 мин.
Интенсивность нагрузки в кроссовой подготовке в экспериментальной группе определялась (задавалась) по ЧСС:
 ЧСС = 130 ударов в минуту – в первые две недели занятий (четы-
171
ре занятия);
 ЧСС = 140 ударов в минуту – во вторые две недели занятий (четыре занятия);
 в остальное время (28 занятий) в педагогическом эксперименте
задавалась оптимальная ЧСС.
Оптимальная ЧСС определялась по формуле К. Купера [346]:
ЧСС опт = (205 –
возраст
2
) × 0,8.
Для выявления особенностей изменения физиологических и биомеханических параметров у велосипедистов различной квалификации в условиях
непрерывного управления изменением внешней нагрузки по ЧСС и с применением велосимулятора (традиционные условия, постоянная нагрузка)
был проведен поисковый эксперимент.
В эксперименте приняли участие 21 спортсмен (юноши), занимающиеся велоспортом и специализирующиеся в шоссейных гонках. Уровень
подготовленности испытуемых – от юношеских разрядов до КМС, возраст
– 15 – 18 лет. Все они были разделены на три группы: первая – высокого
уровня мастерства, вторая – среднего и третья – низкого уровня спортивной квалификации.
Испытуемым предлагалось выполнить тренировочное задание в течение 30 мин в различных режимах: традиционном – с применением велосимулятора CATEYE SC1000 и в условиях машины автоматизированного
управления для тренировки велосипедистов при непрерывном регулировании внешней нагрузки по ответной реакции организма. Данная длительность выполнения задания соответствует индивидуальной гонке велосипедистов-шоссейников.
Во время выполнения упражнения каждые через 30 с производилась
регистрация скорости и пройденного расстояния. Одновременно регистрировались ЧСС и уровень насыщения крови кислородом.
Для расчета оптимальной ЧСС при выполнении задания в условиях
МАУТВ использовалась полученная на большом статистическом материа-
172
ле кривая J. San Gupta [640] (рис. 2.2). Гиперболическая кривая представлена в полулогарифмическом масштабе и имеет вид прямой, где по оси ординат откладывалось время в часах, а по оси абсцисс – заданная ЧСС в %
от максимальной ЧСС.
Рис. 2.2. Гиперболическая кривая зависимости расчетного времени работы
«на выносливость» и заданного уровня ЧСС в полулогарифмическом масштабе
173
При этом максимальная ЧСС определялась как 220 минус возраст в
годах [525]. Таким образом, оптимальная ЧСС при тренировке на разработанной нами МАУТВ составила 156–157 ударов в минуту в течение 30
мин. Именно такое время работы на тренажере использовали исследуемые
нами спортсмены, тренируясь по составленному тренером плану тренировок, а коридор (оптимальная зона ЧСС) определился нами как ±5 ударов,
т.е. 151–161 или 152–162 удара в минуту.
При разработке методики применения МАУТВ для велосипедистов-шоссейников мы основывались на возможности ее применения в тренировочном процессе в межсезонье с приближением к реальным условиям
– индивидуальной спринтерской гонке. При этом в экспериментальной
группе нагрузка задавалась индивидуально с учетом ответной реакции организма и возрастного ценза. Максимум создаваемого сопротивления
МАУТВ соответствовал 2-му режиму велосимулятора CATEYE CS1000 и
был равен примерно 18–20 кг.
Для обоснования эффективности методики тренировки велосипедистов – шоссейников в условиях непрерывного регулирования внешней
нагрузки с использованием отрицательной обратной связи был проведен
эксперимент, в котором приняли участие спортсмены низкой квалификации. Испытуемые были разделены на контрольную и экспериментальную
группы по 10 человек в каждой.
Тренировочные экспериментальные занятия проводились по стандартному рабочему плану, предложенному Ж. Анкетилем [29] для тренировки юниоров, в течение двух месяцев, 4 раза в неделю. При этом на каждом занятии контрольная группа занималась на велостанке в течение 30
мин, а экспериментальная – в условиях МАУТВ. Как уже отмечалось,
предлагаемая нами длительность выполняемого упражнения соответствует
индивидуальной гонке велосипедистов-шоссейников на 20 км.
Исследование с применением компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия проводилось на базе компьютерно-
174
го класса гимназии № 22 г. Майкопа. Всего в исследовании приняли участие 30 мальчиков не занимающихся спортом, из 6-х классов.
По результатам входного диагностического исследования испытуемые были разделены на две группы: контрольную (14 человек) и экспериментальную (16 человек). В экспериментальную группу были включены
дети, желающие заниматься на нашем тренажере.
Занятия по физической культуре в обеих группах проводились традиционным способом – 2 раза в неделю.
Для экспериментальной группы была разработана специальная индивидуальная программа посещения и занятий на компьютерном игровом
тренажерном комплексе адаптивного воздействия: два раза в неделю в
определенное время. Перед занятием с ребятами проводилась миниразминка (5 мин) всех групп мышц. Работа осуществлялась в течение 20
мин в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями к занятиям
на компьютере для школьников [154]. Соблюдая общегигиенические и эргономические требования, мы регулировали высоту рукоятки руля в зависимости от роста каждого ребенка. Рукоятки руля располагались на уровне
солнечного сплетения детей, что наиболее удобно для работы на данном
тренажере.
Во время проведения занятий в экспериментальной группе дети из
контрольной группы смотрели телевизор, сидели за компьютерами или играли на телеприставках.
Исследования с применением безынерционного тренажера адаптивного управления для армспорта проводились в два этапа. Первый этап с – 1
февраля по 1 мая 2003 г. В нем приняли участие 14 армрестлеров – высшего уровня мастерства (6 мастеров спорта международного класса и 8 мастеров спорта). Второй этап с 10 мая по 10 августа 2003 г. В нем приняли
участия те же 14 армрестлеров высшего уровня мастерства.
На первом этапе занятия в группе проходили по плану подготовительного этапа, на втором – по идентичному плану подготовительного эта-
175
па (см. приложение 1, табл. 1 – 3). План тренировочных занятий был одинаков, с той лишь разницей, что на втором этапе работа на машине безынерционного управляющего воздействия для армспорта в условиях комплексного вариативного использования переменных сопротивлений, разработанный М.М. Эбзеевым [627], была заменена тренировкой на сконструированной нами безынерционном тренажере адаптивного управления
для армспорта.
Таким образом, результаты, полученные на первом этапе эксперимента, являются контрольными (и в таблицах и тексте в дальнейшем отражаются как результаты контрольной группы). Результаты же второго этапа
выступают в качестве экспериментальных. Такой способ проведения сравнительного педагогического эксперимента позволяет, на наш взгляд, получить более точный результат исследования.
176
ГЛАВА III
ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНОЙ
НАГРУЗКИ ПО ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ ОПОРНОДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ЗАНЯТИЯХ С ДЕТЬМИ
ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА
3.1.
Применение и характер влияния компьютерных технических
комплексов на решение задач повышения уровня физической подготовленности детей школьного возраста
Менее чем за век человек перешел из мира «человеческих возможностей», где он мог рассчитывать на свою физическую силу и умственные способности, в мир зависимости от машин, увеличивающих его силу
в миллионы раз [433].
В последнее время компьютеры занимают важное место в школьных классах, активно входят в наши дома в виде бытовой микропроцессорной техники, компьютерных игр и являются нужным инструментом в
различных учреждениях.
Такое расширенное применение компьютеров вплотную ставит
огромное множество людей, которые раньше не интересовались подобной техникой, перед потребностью ознакомиться с принципами ее работы, ее возможностями, с условиями ее эффективного использования. Без
преувеличения можно сказать, что наше время требует всеобщей компьютерной грамотности. В какой бы отрасли ни трудился человек, ему рано
или поздно придется овладевать навыками работы на ПК, ну а для детей
177
достаточно свободное общение с компьютерами послужит верным залогом успешного профессионального становления и совершенствования
[153].
Освоение компьютеров детьми происходит довольно быстро, однако в одном направлении – в умении правильно управлять устройствами в
компьютерных играх [215]. Многие программисты сейчас создают разнообразные компьютерные игры по различным тематикам, в которые дети играют парами и через всемирную сеть Интернет. Компьютерные игры увлекают детей, и они сидят за компьютером часами, нарушая все санитарно-гигиенические нормы. Все это отрицательно сказывается на
уровне здоровья и физической подготовленности ребенка.
Целью учителей, тренеров является создание условий, не допускающих снижения уровня здоровья занимающихся, способствующих его
восстановлению и укреплению. В основе здоровья лежит активная двигательная деятельность. «Двигательная деятельность организмов – это
главная и почти единственная форма осуществления не только взаимодействия с окружающей средой, но и активного воздействия на эту среду» – писал Н А. Бернштейн [66, 68].
Большую роль в данном процессе играют физкультурнооздоровительные технологии, направленные на повышение объема и
увеличения разнообразия форм двигательной активности. К ним относится применение тренажеров для детей, таких как: «Контактные коврики» или «Ручной велосипед» (разработки Института саморазвития человека «ИНСАР»). Разработанные и применяемые тренажеры для детей,
однако, не являются адаптивными, на них нет автоматической регуляции
нагрузки по ответной реакции организма.
С появлением работ И.П. Ратова [486 и др.], Г.П. Ивановой [286 и
др.], Ю.Т. Черкесова [442 и др.] и других наметились тенденции, отражающие попытку использовать компьютер в физическом воспитании детей. Эти тенденции были развиты в г. Нальчике С.А. Харенко [591],
178
Е.В. Пискуновой [450] и Д.А. Вишникиным [119].
При работе ребенка на тренажере надо устанавливать для него оптимальную, индивидуальную нагрузку, т.е. строго дозировать и следить
за ее уровнем. Эта задача довольно сложна для специалиста, а тем более
для родителя, который желает повысить двигательную активность своего
ребенка с использованием тренажерных технологий. Значит, надо разрабатывать тренажеры, интересные детям и с автоматизированной системой управления по ответной реакции организма.
Широкое распространение компьютерной техники в последние годы способствует созданию автоматизированных и обучающих систем
управления, что позволяет внедрять более прогрессивные технологии.
3.2.
Создание искусственной управляющей игровой среды адап-
тивного управления для повышения двигательной активности детей
в структуре педагогического процесса
3.2.1. Программное и аппаратное обеспечение комплекса адаптивного воздействия в условиях компьютерной игры
Разработанный нами компьютерный игровой тренажерный комплекс адаптивного воздействия (рис. 3.1) помогает развитию координационных (точность воспроизведения и дифференцирование пространственных, временных и силовых параметров движений, равновесие,
быстрота и точность реагирования на изменяющуюся ситуацию, согласование движений, ориентирование в пространстве) и кондиционных (скоростных, скоростно-силовых, выносливости) способностей учащихся. Он
сочетает в себе достоинства игры и занятий на тренажерах.
179
Рис. 3.1. Занятие с использованием компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия
Функциональные компоненты тренажерного комплекса представлены на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Функциональные компоненты тренажерного комплекса
180
Программа имеет файл с настройками под аппаратные средства и
условия тренировки. Программный продукт состоит из 3 исполняемых
файлов и одной динамически загружаемой библиотеки (рис. 3.3). Исполняемый файл «ring.exe» – это основная программа тренажерного комплекса, где регистрируются игроки и обеспечивается процесс тренировки.
Исполняемый файл «config.exe» настраивает тренажер–игру,
уменьшая возможность внесения ошибки в настройки. Исполняемый
файл «playershow.exe» используется для индивидуального задания требуемой скорости прохождения колец и ведения педагогического контроля
тренировок. Динамически загружаемая библиотека «portex.dll» управляет
электродвигателем, который регулирует физическую нагрузку, испытываемую игроком во время тренировки.
Рис. 3.3. Программное обеспечение тренажер–игры
Изменение угла наклона манипулятора фиксируется программой
как смещение мыши. Суммируются движения в положительном и в отрицательном направлении отдельно для каждого направления. Суммируется общий путь, пройденный джойстиком. На его основе с учетом
нагрузки в дальнейшем можно определить механическую работу, совершаемую школьником во время игры на тренажере. Для этого необходимо
181
умножить путь, пройденный рукоятками джойстика, на соответствующую создаваемую нагрузочным устройством силу сопротивления.
Другие накапливаемые показатели (время пребывания на уровне,
изменение уровней, пути, пройденные по каждой оси в двух направлениях) могут быть полезны для ведения педагогического контроля занятий.
Разработанный
нами
компьютерный
игровой
тренажерный
комплекс адаптивного воздействия (рис. 3.4) содержит: металлическую
платформу 10, на которой закреплен блок регуляции нагрузки 2 с
реверсивным электроприводом.
Рис. 3.4. Внешний вид компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия
Он позволяет изменять величину тренировочной нагрузки и перемещать бегунок 5 вверх или вниз до концевых датчиков (3 – верхний
концевой датчик, 4 – нижний концевой датчик)); и силовой манипулятор
(джойстик) 1 в виде велосипедного руля на шарнире, имеющий ход в
продольном и поперечном направлении (вращение вокруг собственной
оси игнорируется, поэтому следует измерять смещение джойстика по
182
двум координатам). К основанию джойстика крепятся две нити 8, тянущиеся в перпендикулярных направлениях и проходящие через валики
стандартного манипулятора типа «мышь» 7. Джойстик при смещении тянет прикрепленные к нему нити, натяжение которых обеспечивают резиновые нити 9, находящиеся на их противоположных концах. Нити переброшены через валики мыши. Смещение джойстика приводит к вращению валиков мыши, которая является устройством сбора информации
(биомеханических параметров движения). Мышь дешевле специальных
датчиков и не требует никаких дополнительных устройств. Она имеет
достаточную скорость и точность определения смещения джойстика для
управления в компьютерной игре, т. к. является стандартным устройством ввода для большинства компьютерных игр.
Манипулятор типа «мышь» подключался к системному блоку
компьютера через интерфейс USB (Universal Serial Bus). Силовой трансформатор и электрическая схема, управляющая электродвигателем, изолированы в специальный железный корпус 6.
Схематично игровой тренажерный комплекс можно представить в
виде двух взаимосвязанных контуров управления первого и второго
уровня, что позволяет отнести его к классу адаптивных систем автоматического управления [289, 629]. Схема адаптивного управления
представлена на рис. 3.5.
начальный
Подбор
начального
уровня
уровень
достигнутый
уровень
Адаптивное управление
Игра
LPT Устройство создания нагрузка
нагрузки
изображение и звук
USB
Манипулятор типа
«мышь»
ОУ
(человек)
смещение
джойстика
Автоматическое управление
Рис. 3.5. Схема адаптивного управления
Адаптивное управление тренировочной нагрузкой в условиях
183
компьютерной игры могло быть реализовано только с применением персонального компьютера, потому что было необходимо использовать качественную трехмерную графику, работать с базами данных и иметь
возможность работы с нестандартными внешними устройствами. Эти
требования определили выбор системы на базе персонального компьютера.
Требования к компьютеру. Компьютер с установленной ОС
Windows 9x (из-за ограничений доступа к аппаратной части ЭВМ из других ОС) и параллельным портом ввода-вывода. Процессор не ниже
Celeron 1,0 ГГц. Не меньше 128 Мбайт ОЗУ. Необходима видеокарта с
3D-ускорителем не хуже NVIDIA GeForce2 MX с 32 Мбайт видеопамяти.
Во время тренировки монитор не должен находиться близко к игроку,
т. к. будет мешать движениям джойстика и игрока, поэтому необходим
монитор с длиной диагонали не меньше 17 дюймов. Требуется звуковая
карта, совместимая с Microsoft Windows 9x, и подключенная к ней карте
любая акустическая система.
3.2.2. Электромеханическая часть компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия
Силовой трансформатор питает электродвигатель, помещенный в
блоке регуляции нагрузки, при помощи схемы управления двигателем,
подключенной к параллельному порту компьютера. Компьютер, посылая
сигналы через линии Data 0, Data 1 параллельного порта, управляет подачей напряжения на электродвигатель. Электродвигатель при подаче на
него напряжения в зависимости от полярности равномерно перемещает
толкатель вверх или вниз. Толкатель, приводимый в движение двигателем, сжимает пружину, которая прижимает тормозную прокладку к шарниру в основании джойстика (рис. 3.6). При движении вниз пружина
разжимается и нагрузка уменьшается.
184
основание
джойстика
место крепления нитей
шарнир
тормозная прокладка
верхний концевой
датчик
пружина
бегунок
толкатель
редуктор
нижний концевой
датчик
тяговый электродвигатель
Рис. 3.6. Устройство создания нагрузки
Для
определения
крайних
положений
электродвигателя
используются концевые датчики. Устройство изменения нагрузки
состоит из двух частей:
1.
Механической
–
используется
для
непосредственного
регулирования величины тренировочной нагрузки: увеличения либо
уменьшения сжатия пружины тренажера, создающей силу трения на
поверхности
шарнира,
регулирующую
сопротивление
движению
джойстика и снятие сигналов с концевых датчиков.
2. Электрической, занимающей блок регуляции нагрузки, –
реализует функции
управления направлением движущейся части
тягового электродвигателя в зависимости от управляющих сигналов и
передачу сигналов с концевых датчиков в компьютер.
Сигналы управления, сформированные по результатам игры, выводятся через параллельный порт компьютера на устройство сопряжения
(УС), которое представляет собой электронную схему управления
направлением вращения тягового электродвигателя и контроля положения (рис. 3.7).
185
Рис. 3.7. Принципиальная электрическая схема УС
Для связи компьютера с УС и запитывания части его схемы через
LPT-порт задействованы четыре линии регистра данных Data0–Data3 и 2
линии регистров сигналов состояния Select и PaperEnd. Электробезопасность всей системы обеспечена применением надежного заземления всех
ее аппаратных частей, а электробезопасность компьютера обеспечена
применением гальванической развязки устройства изменения нагрузки и
LPT-порта компьютера.
Управляющие сигналы, выработанные программой, по линиям
Data0–Data1 подаются на входы логических элементов DD 1.1 – DD 1.3
микросхемы DD1. Данные логические элементы реализуют схему защиты выходных цепей устройства сопряжения от перегрузки по току в случае одновременной подачи управляющих сигналов сразу на оба входа
УС. Такая ситуация возникает, например, при включении питания компьютера, когда происходит стандартная инициализация параллельного
порта. Из таблицы истинности работы данного узла схемы (табл. 3.1)
следует, что в случае подачи управляющего сигнала (лог. 1) только на
один из входов устройства на выходе соответствующего элемента установится уровень логического 0, который «соединит» микромощную лампу накаливания оптопары (U1 или U2 соответственно) с общим проводом.
186
Таблица 3.1
Data0
Data1
DD 1.1
DD 1.2
DD1.3
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
Сопротивление резистора, входящего в эту оптопару, уменьшится,
что приведет к замыканию цепи управляющего электрода тиристора. Таким образом, когда на тяговый электродвигатель поступит питающее
напряжение, полярность которого зависит от управляющего сигнала, его
якорь придет во вращение. Тренировочная нагрузка на тренажере возрастает или убывает в зависимости от полярности поданного на электродвигатель напряжения. Тиристор будет находиться в открытом состоянии до
тех пор, пока не будет снят управляющий сигнал. Как только управляющий сигнал будет снят, тиристор отключит тяговый двигатель от источника питания и изменение нагрузки прекратится. Направление электрического тока в цепи якоря двигателя меняется в зависимости от того, какой тиристор включен: VS1 или VS2, т. е. при смене управляющего сигнала. Выпрямление пониженного трансформатором T1 сетевого напряжения осуществляется непосредственно одним из двух тиристоров. При
таком выпрямлении происходит срез половины волны. В схеме нет сглаживающего конденсатора: форма тока, питающего через тиристорные
ключи электродвигателя, имеет импульсный характер с частотой сетевого напряжения. Это приводит к периодическому выключению и включению питания тиристора и электродвигателя с той же частотой. Ввиду того что эта частота сравнительно велика – 50 Гц по сравнению с инерционностью электродвигателя, на работе устройства данный факт не сказывается. Напротив, при снятии управляющего сигнала тиристор не может
отключиться сразу: этот процесс происходит лишь при переходе сетевого
напряжения от одной полуволны к другой.
187
В качестве концевых датчиков используются микропереключатели.
При касании бегунком одного из микропереключателей происходит замыкание линии Data3 (с установленным высоким уровнем напряжения)
на одну из линий сигналов состояния, соответствующих нижнему (микропереключатель S1, линия Select) или верхнему (микропереключатель
S2, линия PaperEnd) концевому датчику.
В схеме УС использованы микромощные оптопары ОП–13, микросхема DD1 типа К555ЛА3 с малым энергопотреблением, поэтому данную
часть схемы стало возможным питать непосредственно от параллельного
порта компьютера, через линию Data2. Тем самым в схеме УС реализуется гальваническая развязка цепей компьютера и электродвигателя, что
повышает электробезопасность схемы.
3.2.3. Описание компьютерной игровой среды
Для вывода игровой сцены использована качественная трехмерная
графика, где в качестве объекта управления выбрана бабочка.
Над квадратной площадкой, покрытой текстурой травы и качающимися ромашками, в ограниченном пространстве внутри невидимого
куба летит объект управления (бабочка). Вокруг куба – облака и неподалеку большая радуга. По траве ползают божьи коровки. Над ромашками
летают и иногда садятся на них другие бабочки (рис. 3.8).
Виртуальный объект управления (бабочка) летит вперед. Скорость
полета задается в настройках и может быть постоянной или зависеть от
уровня сложности игры. Направление полета изменяется движением силового манипулятора. Оно может быть абсолютно произвольным и меняться силовым манипулятором относительно текущего положения бабочки в направлениях вниз, вверх, вправо, влево. В зависимости от уровня сложности игры бабочка меняет внешний вид, поддерживая интерес к
игре.
188
Рис. 3.8. Графика игры
Перед игроком ставится задача в течение заданного промежутка
времени провести бабочку через как можно большее число колец, возникающих в случайных местах игрового пространства. Число колец, через
которые игрок проводит бабочку в единицу времени, характеризует скорость прохождения колец. Эта скорость является критерием, по которому
оценивается психофизическое состояния игрока.
В случайном месте игрового пространства возникает кольцо. При
пролете бабочки через него оно исчезает и появляется новое на заданном
в настройках расстоянии от предыдущего.
На экран постоянно выводится:
1) номер уровня сложности;
2) число колец, пройденных за последнее время;
3) время тренировки в минутах и секундах.
Уровень сложности напрямую связан с физической нагрузкой и
меняется по результатам игры (скорости прохождения колец), с учетом
физической подготовленности и двигательного опыта учащихся. Нагруз-
189
ку игрок испытывает, управляя игрой посредством силового джойстика.
Цель управления нагрузкой состоит в том, чтобы поддерживать постоянную скорость, задаваемую педагогом. В качестве критерия оптимальности управления выбрано отличие скорости от заданной (чем
меньше отличие, тем лучше). Отличие скорости определяется после тренировки численным интегрированием модуля разности скоростей по
времени. При проведении серии испытаний компьютерной силовой тренажер-игры были подобраны коэффициенты, дающие наименьшее отличие скорости.
Требуемая скорость прохода колец задается в двух константах
требуемым числом колец N (общим для всех тренируемых) и интервалом
времени подсчета колец T (рассчитываемым по индивидуально заданной
скорости).
Подсчитываются только те кольца, которые были пройдены не
позднее заранее заданного интервала времени T (например, число колец,
пройденных за последние 15 с). Если во время игры число пройденных
колец равно числу N, заданному в настройках, то уровень не меняется.
Если число колец меньше N, то уровень уменьшается, если больше N –
возрастает. Изменение уровня происходит не сразу, а через заданный в
настройках игры промежуток времени D, и только в том случае, если за
этот промежуток времени D игрок не вернулся к исходному числу колец
N, при котором изменения нагрузки не требовалось. Это сделано для того, чтобы нагрузка не менялась сразу, как только изменилось число колец, т. к. кратковременное изменение числа колец (при пролете через
очередное кольцо или выходе первого кольца за интервал времени подсчета колец) – это нормальный режим работы программы. Нагрузку следует изменить только в том случае, если число колец не равно заданному
в настройках числу N в течение длительного (около 2T) интервала времени D. Работу системы управления можно изобразить в виде функциональной схемы метода адаптивного управления величиной тренировоч-
190
ной нагрузки в условиях компьютерного игрового тренажерного комплекса (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Функциональная схема метода адаптивного управления
величиной тренировочной нагрузки
В процессе настройки игрового комплекса задается коэффициент
K, пропорционально которому будет изменяться нагрузка в начале нового подхода относительно нагрузки, достигнутой в конце предыдущего
подхода. Величина нагрузки, достигнутой в конце предыдущего подхода,
извлекается из базы данных (БД) в соответствии с регистрационными
данными занимающегося. Полученная величина нагрузки (R) поступает
во временное хранилище, откуда будет извлекаться в момент, когда требуется изменение нагрузки. R является параметром, который используется в качестве настроечного параметра для системы автоматического
управления. Описанный контур образует устройство управления верхнего (второго) уровня, благодаря которому комплекс работает в адаптивном режиме. Этот цикл управления активизируется в начале каждого
подхода.
На первом уровне системы автоматического управления подсчитывается число колец за определенный промежуток времени T с учетом его
191
возможного изменения за интервал T в течение заданного интервала
времени D. Из полученного числа колец вычитается число колец (N), заданное в настройках программы и вычисляемое из скорости игры. Разность поступает на блок принятия решения, где делается вывод: увеличивать, уменьшать или оставлять прежней нагрузку на силовом манипуляторе. Выходное значение этого блока может быть трех видов: «+1»,
«0», «–1». Это значение поступает на суммирующий блок, где происходит изменение нагрузки на один шаг в сторону уменьшения или увеличения либо такового не происходит. Новое значение нагрузки поступает
во временное хранилище и на вход электромеханического привода. Хранилище «запоминает» новое значение и выдает его при следующей операции суммирования. Электромеханический привод устанавливает и
поддерживает поданную на его вход величину механического сопротивления. Объект управления – человек воздействует на устройство сбора
информации: манипулятор типа «мышь», входящий в состав тренажерного комплекса. Двигательные действия, выполняемые на силовом манипуляторе, фиксируются в базе данных и воздействуют на ход игры. Данный контур образует устройство автоматического управления. Входным
параметром внешнего контура по окончании подхода становится достигнутый уровень нагрузки Ri.
Так как результаты каждого выполненного упражнения в подходе
сохраняются в базе данных и используются в дальнейшем для управления нагрузкой, эту систему мы отнесли к адаптивным автоматическим системам управления дуального класса.
В начале занятия из базы данных выбирается фамилия школьника,
– который будет тренироваться, и загружается соответствующий его
возможностям уровень нагрузки. Перед тренировкой электродвигатель
переходит в крайнее нижнее положение. Для этого подается управляющий сигнал «вниз», пока не сработает нижний концевой датчик. Это
необходимо для того, чтобы точно задавать нагрузку, т. к. нет датчика,
192
определяющего промежуточное положение электродвигателя. Положение рассчитывается по времени подачи управляющего напряжения на
электродвигатель. После многократного изменения уровня нагрузки невозможно точно определить положение электродвигателя, поэтому перед
каждым занятием электродвигатель переходит в крайнее нижнее положение (соответствует уровню 0), от которого рассчитываются все
остальные уровни нагрузки. Во время изменения нагрузки, при смене
уровня сложности, на двигатель в течение заданного постоянного промежутка времени подается напряжение. Только при достижении ползунком предельных положений срабатывает один из двух концевых датчиков. Они подают сигнал через параллельный порт в компьютер. Компьютер, получив сигнал от концевого датчика, прекращает подачу напряжения на двигатель.
Программное обеспечение тренажерного комплекса реализует описанный метод управления и состоит из основной, реализующей, функции
автоматического адаптивного управления нагрузкой в условиях компьютерной игры, и вспомогательных программ, обеспечивающих работу основной программы. Основная программа состоит из исполняемого файла
и динамически загружаемой библиотеки. Вспомогательная программа
служит для ведения педагогического контроля за занятиями и заданием
педагогом индивидуальных для каждого ребенка режимов тренировки.
После запуска основной программы появляется форма в соответствии с
рисунком 3.10. Форма содержит таблицу со списком игроков. Который
отсортирован по номерам уровней, на которых находятся школьники.
Каждому игроку в зависимости от уровня присваивается место. Ребята
перед игрой могут посмотреть занимаемые ими места. Это значительно
повышает мотивацию к занятиям на тренажере: между игроками возникает соревнование.
193
Рис. 3.10. Таблица игроков
Для выделения игрока по его имени достаточно один раз щелкнуть
мышью, двойной щелчок сразу запустит игру для выбранного игрока.
При выделении имени игрока в списке его можно удалить из списка
нажатием клавиши «Delete» или кнопкой «Удалить игрока», расположенной на форме. Выделенному игроку можно изменить уровень. Кнопка, расположенная в нижнем левом углу, выполняет разные действия и
соответственно меняет свое название в зависимости от содержимого текстового поля. Кнопкой можно начать тренировку зарегистрированного
игрока, имя которого находится в текстовом поле. Если текстовое поле
пустое, можно провести пробный запуск игры, а если вводится новое имя
(которого нет в списке), его можно добавить в список игроков нажатием
кнопки «Добавить игрока». В случае удаления или занесения в список
нового игрока возникает окно запроса на подтверждение действия, защищая базу данных от ошибок пользователя. Тренировка осуществляется во время игры с графикой и длится установленное в настройках количество минут (по умолчанию – 20).
После занятия появляется форма с результатами игры (рис. 3.11),
из которой школьник узнает, как рассчитывается уровень и на каком
194
уровне он сейчас находится.
Рис. 3.11. Таблица результата после игры
Вслед за этой формой появляется другая (рис. 3.12), с таблицей, в
которой указаны все игроки, отсортированные по занимаемым местам, и
соответствующие им уровни. Это важно для повышения мотивации к занятиям на тренажере. У ребенка возникает желание играть лучше и подняться на более высокий уровень.
Для обеспечения контроля тренировки была написана вспомогательная программа, обеспечивающая дополнительные возможности
определения максимальной скорости, проявленной во время тренировки,
и задающая индивидуально требуемую величину скорости.
Рис. 3.12. Список игроков, находящихся на определенном
уровне после игры
195
Педагог может задать требуемую величину скорости прохождения колец индивидуально для каждого тренируемого, основываясь на
своем опыте и рекомендациях от САУ комплекса. Основным измеренным результатом тренировки, используемым для принятия решения о
требуемой индивидуальной величине скорости прохождения колец, является максимальная скорость их прохождения. Эта скорость определяется после каждого занятия делением числа пройденных колец на время
тренировки. Максимальный результат сохраняется. Таким образом, в базе данных для каждого школьника хранится максимальная и требуемая
величина скорости прохождения колец. Если требуемая величина скорости будет больше максимальной, игрок не сможет подняться выше нулевого уровня. Требуемая величина скорости должна быть меньше максимальной скорости.
Исполняемый файл содержит форму (рис. 3.13) с таблицей и текстовым полем.
Рис. 3.13. Таблица требуемой индивидуальной скорости
Использование данной программы поможет скорректировать режим тренировки для достижения более качественного управления
нагрузкой.
Настройки игры производятся под возможности компьютера (ско-
196
рость процессора, видеокарты в настройках графики) и под имеющийся
силовой манипулятор (чувствительность управления, время задержки
при смене уровней и др.), а также для создания оптимальных условий игры (скорость течения времени, размеры кольца и др.).
Настройки общие для всех игроков. Все настройки следует произвести до начала тренировок (графику при необходимости можно настроить в любое время).
Все настройки можно сделать в программе, которая содержит форму (рис. 3.14), в которой находятся все элементы настроек и дополнительные кнопки для сохранения их файлов.
Для нашего исследования в игре были сделаны следующие
настройки: продолжительность игры – 20 мин, интервал времени подсчета колец – 20 с, требуемое количество колец – 4, скорость – постоянная.
Рис. 3.14. Настройки компьютерной силовой тренажер-игры
Раздел «Графика» предназначен для настройки игры под возможности компьютера.
Глубина Z-буфера в битах. Допустимые значения 16, 24 и 32.
Определяет точность перекрытия ближними поверхностями дальних: –
197
чем больше, тем точнее.
Минимально допустимая частота кадров. Если из-за низкой скорости компьютера частота опустится ниже допустимой, компьютер замедлит счет игрового времени: время будет рассчитываться, как для минимальной частоты кадров. Такая возможность полезна не только медленным компьютерам: во время игры, чтобы не произошло резкого скачка игрового времени, нужна минимально допустимая частота кадров.
Трилинейная фильтрация. Это билинейная фильтрация текстур при
одновременной линейной фильтрации между соседними mipmap (последовательность уменьшенных копий оригинальной текстуры, текстура
каждого уровня меньше предыдущей в два раза) уровнями. Если трилинейная фильтрация отключена, для вывода текстур на экран применяется
билинейная фильтрация без mipmap; шина видеопамяти сильно нагружается, а качество получаемого изображения низкое. Но для очень старых
видеокарт аппаратная трилинейная фильтрация недоступна. По умолчанию для вывода текстур на экран применяется трилинейная фильтрация.
На современных видеокартах качество и скорость трилинейной фильтрации высокие. Настройка осталась для сохранения возможности запуска
игры на старых, но достаточно быстрых видеокартах.
Детализация. Количество деталей игрового пространства (ромашки, божьи коровки, бабочки), не влияющих на игровую ситуацию, но повышающих визуальное качество игры и системные требования: если 0, то
минимальная детализация, минимальные системные требования, если
100, то максимальная детализация, большие системные требования, но
выше качество.
Изменение внешнего вида бабочки. В таблице заданы номера бабочек и соответствующие им уровни, начиная с которых бабочка примет
новый внешний вид.
В разделе «кольца» задаются размеры колец, расстояние до следующего кольца и поле для управления отображением следующего кольца.
198
В настройках камеры можно задать скорость движения камеры.
Камера «привязана» к объекту управления (бабочке) не жестко, при движении объекта камера отстает, это выглядит более естественным. Чем
больше число, тем жестче камера привязана к объекту управления (бабочке). Угол наклона – это угол, под которым камера возвышается над
бабочкой. Камера может автоматически подстраивать свою скорость под
скорость бабочки. Это полезно при скорости игры, зависящей от уровня.
Интервал времени подсчета колец задается в разделе «Игра». Это
число используется для расчета требуемой скорости прохождения колец,
заданной по умолчанию. В этом разделе задается также продолжительность тренировки и др.
Чувствительность управления может быть постоянной, а может
меняться в зависимости от расстояния до кольца. Существует два режима
управления. При первом режиме смещению джойстика соответствует
изменение угла направления полета объекта управления (бабочки), при
втором смещению джойстика соответствует изменение скорости прироста угла («птичка» в поле «суммирование»).
Для проведения исследований без регуляции нагрузки следует поставить «птичку» против поля «Постоянный уровень нагрузки».
Настройки можно сохранять и восстанавливать из файлов с помощью кнопок в разделе «Настройки».
Игра может работать в режиме «окна» или на полный экран монитора. При работе в «окне» немного повышаются требования к скорости
компьютера, но это может быть необходимо для правильной работы программы на некоторых компьютерах. Играть можно с разрешением экрана
и глубиной цвета, отличными от установок рабочего стола. Для получения максимально возможного качества графики, сохраняя высокую частоту кадров, необходимо произвести настройку графики.
Для разработки программного обеспечения была выбрана среда визуального программирования Delphi 2.0, основным достоинством кото-
199
рой является широкий набор стандартных визуальных компонентов –
различных кнопок, переключателей, компонентов отображения графической и текстовой информации. В случае если потребуются дополнительные возможности новой среды программирования в более поздних версиях Delphi, достаточно будет открыть программу в новой среде программирования, т. к. эти версии совместимы снизу вверх, как большинство программных продуктов.
Программный продукт в архиве помещается на одну дискету объемом 1,44 Мбайт.
3.3.
Результаты влияния компьютерного игрового тренажерного
комплекса адаптивного воздействия на физическую подготовленность детей школьного возраста
Результаты проведенного нами исследования детей по уровню развития физических качеств приведены ниже в таб. 3.2. В ней также указаны прирост в процентах и достоверность различий.
Результаты, зафиксированные перед началом и после проведения
педагогического исследования продемонстрировали следующее.
Учащиеся экспериментальной группы после занятий в условиях
использования компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия опережают своих сверстников из контрольной
группы по уровню результата в сгибании и разгибании рук в упоре лежа
(соответственно 16,4% и 10,8%).
Применив тесты «Прыжок в длину с места» и «Приседания», мы
хотели узнать, насколько активно при занятиях на тренажерном комплексе задействованы мышцы ног. Полученные результаты показали, что
в контрольной группе изменения были минимальными или отсутствовали (тест «Прыжок в длину с места»), а прирост в экспериментальной
группе был 5,5 и 12,5% соответственно. Это говорит о том, что дети из
экспериментальной группы активно использовали мышцы ног.
200
Таблица 3.2
Показатели физической подготовленности детей среднего школьного возраста перед началом и после проведения педагогического исследования
Контрольная группа
Показатель
До исслед.
1
После исслед.
2
Экспериментальная группа
Прирост в %
3
До исслед.
4
После исслед.
5
Достоверность
различий
Прирост в %
при р<0,05
6
х
±δ
х
±δ
х
х
±δ
х
±δ
х
Приседания (раз)
22,3
49,3
3,41
3,20
24,7
52,7
3,18
4,77
10,8
6,9
20,3
51,4
2,24
1,93
23,6
57,8
2,49
3,76
16,4
12,5
>
>
>
>
<
<
Прыжок в длину с места (м)
1,5
0,07
1,5
0,06
0
1,5
0,05
1,6
0,04
5,5
>
>
<
Подъем туловища из положения лежа на спине
(раз)
40,1
5,61
46,3
6,84
15,5
55
7,50
64,6
10,27
17,4
<
>
<
Подъем ног до угла 900 в висе на гимнастической стенке (раз)
17,9
4,20
22,9
4,73
27,9
24,6
3,15
31,6
4,13
28,1
<
>
<
152
8,9
155
8,9
1,76
171
7,1
175
10,4
2,05
>
>
>
143
8,8
150
9,9
4,47
161
8,4
172
8,3
6,75
>
>
<
25
2,6
22,2
2,75
–11,1
18,1
2,69
26,6
3,32
47,6
>
>
<
Бросок медицинского мяча стоя из-за
головы (м)
7,2
0,74
7,2
0,53
0,5
6,6
0,43
7,3
0,40
11,0
>
>
<
Бросок баскетбольного мяча двумя руками в
стенку на точность за 1 мин (раз)
21,7
1,64
22,4
1,98
3,3
24,3
1,08
27,9
2,04
14,9
>
<
>
Быстрота реакции (с)
0,181 0,0513 0,166
0,0456
19,4
0,154 0,0490
0,136
0,0459
27,8
<
<
<
0,20
5,5
4,6
0,13
13,8
>
>
<
Сгибание и разгибание рук в упоре лежа (раз)
Кистевая динамометрия
(правая рука) (Н)
Кистевая динамометрия
(левая рука) (Н)
Сгибание и разгибание рук из положения виса
лежа (раз)
Измерение ловкости (баллы)
3,9
0,21
4,1
4,1
0,18
1–2 1–4 4–5
201
В тестах «Подъем ног до угла 900 в висе на гимнастической стенке»
и «Подъем туловища из положения лежа на спине» нами обнаружен минимальный прирост в контрольной и экспериментальной группе. Видимо,
это связано с естественным приростом физического развития на уроках
физкультуры, однако в экспериментальной группы он выше на 1,9 и 1,02%
по сравнению с контрольной группой.
Результаты кистевой динамометрии показали, что произошел прирост в экспериментальной (правая рука – 2,05%; левая – 6,75%) и контрольной группах (правая рука – 1,76%; левая – 4,47%), который свидетельствует о преимущественном улучшении показателей в экспериментальной группе.
В тесте «Сгибание и разгибание рук из положения виса» зафиксировано ухудшение показателей в контрольной группе: до исследования
25±2,6 раза, после исследования – 22,2±2,75 раза. При этом в экспериментальной группе прирост составил 47,6 %. Мы объясняем это тем, что дети
в течение 20 мин сжимали рукоятку руля и активно двигали ею во всех
направлениях.
Особый результат получен в движениях, где участвуют мышцы плечевого пояса, это относится к тесту «Бросок медицинского мяча стоя из-за
головы». В этом тесте у детей контрольной группы не наблюдается значительных изменений показателей, а у детей экспериментальной группы
прирост большой, что говорит об укреплении мышц плечевого пояса.
Прирост результатов в тесте «Бросок баскетбольного мяча двумя
руками в стенку на точность за 1 мин» в экспериментальной группе
(14,9%) по сравнению с контрольной (3,3%) свидетельствует о положительном влиянии предлагаемой технологии на развитие точности выполнения двигательных действий у детей.
Результаты измерения быстроты реакции определили эффективность применения данной компьютерной игры в нашем исследовании:
прирост составил в контрольной группе 19,4%, а в экспериментальной –
202
27,8%.
Компьютерный игровой тренажерный комплекс адаптивного воздействия позволил улучшить показатели ловкости движений, о чем говорит
прирост результатов: 13,8% в экспериментальной группе против 5,5% в
контрольной.
Сравнение абсолютных значений результатов тестирования детей
среднего школьного возраста, участвующих в исследовании, выявило достоверное преимущество школьников экспериментальной группы в тестах,
характеризующих силу мышц и скоростно-силовые качества. Учащиеся
экспериментальной группы показали более высокие результаты в количестве подтягиваний, сгибании и разгибании рук в упоре лежа, броске медицинского мяча и прыжке в длину с места (р<0,05). Различия в тестах «Кистевая динамометрия (правая рука)» и «Бросок баскетбольного мяча двумя руками в стенку на точность за 1 мин» у детей контрольной и экспериментальной групп были статистически недостоверны.
В процессе исследования нами рассмотрены медико-биологические
показатели, которые представлены в виде объемной гистограммы на рис.
3.15 и в табл. 3.3.
– – – – различия недостоверны, —— различия достоверны (р< 0,05)
Рис. 3.15. Проба Штанге
203
Результаты пробы Штанге в обеих группах до эксперимента были
хорошими и существенно не различались. После завершения педагогического исследования в контрольной группе произошло достоверное улучшение общего состояния кислородообеспечивающих систем, разница прироста составила 5,8%.
Основными факторами, подтверждающими эффективность применения компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия на развитие физических качеств детей среднего школьного возраста, являются прежде всего результаты педагогического исследования.
Они демонстрируют позитивные изменения показателей физической подготовленности занимающихся и уровня изменения медико-биологических
показателей и интереса к обучению.
Таблица 3.3
Показатели распределения величины омега-потенциала у детей среднего
школьного возраста перед началом и после проведения педагогического
исследования
Контрольная группа
Экспериментальная группа
Градации
величин
До
После
До
После
омегаисследования исследования исследования исследования
потенциала х
n
х
n
х
n
х
n
(мВ)
40 – 60
48,5
2
53
2
43
2
43
1
20 – 40
31,7
11
32,4
10
26,1
10
25,6
14
0 – 20
10
1
9
2
15,3
4
19
1
Проведенное исследование омега-потенциала у детей контрольной
группы выявило снижение работоспособности к концу учебного года и
ухудшение медико-биологических данных.
Показатель омега-потенциала экспериментальной группы характеризует улучшенную работоспособность и устойчивость адаптивных реакций
204
на психические и физические нагрузки в конце учебного года.
Сравнительный анализ результатов диагностики показал, что в экспериментальной группе, где занятия проводились в условиях применения
компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия, почти по всем контрольным показателям произошло статистически
достоверное улучшение по сравнению с контрольной группой. Также выявлено положительное влияние комплекса на состояние здоровья в экспериментальной группе.
Рассматривая физиологические и биомеханические особенности работы на тренажере, можно констатировать, что данные упражнения относятся к умеренной зоне относительной мощности, так как ЧСС постоянно
находилась в диапазоне 140–160 уд/мин, иногда, в моменты наибольших
эмоций, она возрастала до 170 уд/мин.
3.4.
Изменение биомеханических характеристик движения при ис-
пользовании компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия во время педагогического исследования
В связи с тем что разработанный нами компьютерный игровой тренажерный комплекс является комплексом адаптивного управления,
нагрузку меняет АСУ по ответной реакции организма.
Перед ребенком ставилась задача: за заданный промежуток времени
провести бабочку через как можно большее число колец, возникающих в
случайных направлениях игрового пространства на одинаковом расстоянии от предыдущего кольца. В начале занятия задавалась нагрузка, зависящая от индивидуальных характеристик ребенка и рассчитанная как половина от суммы уровней на начало и конец последнего занятия. В ходе
игры в зависимости от прохождения колец, физической подготовленности
и двигательного опыта школьников повышался уровень игры и увеличивалась нагрузка. Если же ребенок в какой-то момент, устав, не мог попасть в
установленное количество колец за заранее заданное время, уровень игры
205
понижался и нагрузка уменьшалась. Нагрузку ребенок получал, управляя
игрой посредством силового джойстика, что позволяло изменять нагрузку
постепенно, от занятия к занятию.
Ниже представлены типичные графики изменения моментов силы в
течение одного занятия (рис. 3.16) и в течение всего педагогического исследования (рис. 3.17).
Рис. 3.16. Изменения моментов силы в течение одного занятия у
различных детей
206
Рис. 3.17. Изменения моментов силы у различных детей во время
проведения педагогического исследования
При проведении педагогического исследования на каждом занятии
программой фиксировалось изменение момента силы. У каждого школьника сформировался свой индивидуальный график, характеризующий изменение нагрузки и прохождение колец в зависимости от его психофизического состояния в этот день. Выявилась общая тенденция: что с 8-й до
12-й мин занятий на комплексе происходит снижение нагрузки, скорее
всего в результате дискоординации двигательных функций вследствие
утомления, т. к. при интенсивных движениях и замедленной перестройке
вегетативных процессов работоспособность падает. После этого происходит мобилизация всех систем организма на более высокий рабочий уровень и наблюдается плавное повышение нагрузки.
Рассматривая работу опорно-двигательного аппарата, можно также
более подробно проследить за попеременным задействованием разных
групп мышц. В начале занятия ребята активно использовали мышцы рук и
плечевого пояса. Утомляясь, они подключали мышцы ног и энергичнее
действовали туловищем, снимая нагрузку с рук и плечевого пояса, что
привело к укреплению используемых групп мышц.
207
Через несколько занятий, освоившись с игрой, все дети экспериментальной группы вышли на разные позиции в зависимости от физической
подготовленности. В табл. 3.4 представлены средние значения экспериментальных показателей до и после педагогического исследования.
Результаты педагогического исследования позволили выявить, что
дети из экспериментальной группы в начале (третье занятие) и конце исследования проявляли следующие биомеханические характеристики:

мера вращающего действия силы на джойстик составила у детей
среднего школьного возраста в начале исследования 15,47 ± 0,600
Н·м, а в конце – 22,9 ± 2,25 Н·м, что указывает на увеличение у них
силовых качеств;
Таблица 3.4
Средние значения уровня игры, момента силы, работы и средней мощности на третьем занятии и в конце исследования

Исследуемые
На третьем
В конце
Прирост
показатели
занятие
исследования
(в %)
Достоверность
различий
при
р<0,05
х
±δ
х
±δ
Уровень игры
(у. е.)
17,6
0,63
41,7
3,95
236,9
<
Момент силы
(Н·м)
15,47
0,600
22,9
2,25
48,1
<
Работа (Дж)
3449
30,8
4036
55,1
17
<
Средняя мощность (Вт)
2,87
0,025
3,36
0,030
17
<
в начале исследования, учащиеся проявили силу в 3449 ± 30,8 Дж, а
после исследования – 4036 ± 55,1 Дж, что свидетельствует об увеличении их работоспособности (силовой выносливости);
208

средняя мощность на третьем занятии у детей составила до 2,87 ±
0,025 Вт, а на конец исследования повысилась до 3,36 ± 0,030 Вт, что
говорит об увеличении интенсивности (скоростно-силовых характеристик) выполнения движений.
Достоверность различий обнаружена по всем проведенным биомеха-
ническим характеристикам (p<0,05).
Изучив динамику изменения нагрузки на всех занятиях, мы выявили,
что сопротивление изменялось в зависимости от индивидуальной адаптации организма школьника к физической нагрузке, в которой просматривается волнообразность от занятия к занятию, с тенденцией к постепенному
увеличению. Это объясняется оптимальным дозированием нагрузки на
мышцы плечевого пояса, верхние и нижние конечности и мышцы туловища, а также проведением занятий в активной игровой и соревновательной
форме.
С учетом вышесказанного можно утверждать, что рекомендуемый
нами способ адаптивного управления нагрузкой с использованием компьютерного игрового тренажерного комплекса эффективен для укрепления
здоровья и физической подготовленности.
Применение компьютерного игрового тренажерного комплекса
адаптивного воздействия не только реализует возможности, описанные
выше. Достоинства комплекса состоят еще и в следующем:

Разработанный нами силовой джойстик может работать и как
обычная мышь, вне адаптивного режима (с заданным уровнем нагрузки) в
различных программах и играх.

Компьютерный игровой тренажерный комплекс адаптивного
воздействия может быть изменен (усовершенствован) в зависимости от задач исследования (тренировки), направленных на развитие различных
групп мышц.
При проведении педагогического исследования мы не ставили перед
209
собой задачи целенаправленного развития физических качеств у детей
школьного возраста. Для нас было важно, увлекая детей компьютерной игрой, заинтересовать их занятиями на компьютерном игровом тренажерном
комплексе адаптивного воздействия, повышая двигательную активность и
создавая условия для повышения физической подготовленности.
210
Выводы по главе
Исходя из положения о том, что одним из стимулирующих факторов
физического самосовершенствования человека является организация обучения и воспитания в условиях игровой, соревновательной деятельности,
при которой происходит максимальная мобилизация его физических способностей, игра должна использоваться как мотив, стимул, которые способны содействовать развитию физических качеств. Компьютеризация,
предполагающая многоцелевое использование компьютера в учебном процессе, изменила взгляды на существующие средства обучения.
Особое внимание к проведению учебных игр с помощью компьютера
мы, как и многие специалисты [100, 123, 128, 406, 529, 543 и др.], связываем с тремя обстоятельствами:
 во-первых, использование компьютера является качественно новым этапом применения в учебном процессе игры, которая традиционно
занимала ведущее место среди активных методов обучения;
 во-вторых, важнейший результат игры – это радость и эмоциональный подъем. Именно благодаря этому замечательному свойству игра,
особенно с элементами соревнования, больше, чем другие формы физического воспитания, адекватна двигательным потребностям молодого организма в движении;
 в-третьих, становление и развитие учебной игры с помощью компьютера во многом перекликается с широким распространением электронных и компьютерных игр, которые стали «популярным элементом культуры подрастающего поколения» [406].
На основе анализа литературных данных и реализации возможностей
современных информационных технологий было разработано тренажерное
устройство, сочетающее адаптивную психофизическую нагрузку с увлекательной игрой. В условиях его применения тренировка проходит в процессе игры на компьютерном игровом тренажерном комплексе адаптивного
211
воздействия, с индивидуальной регулировкой нагрузки для каждого ребенка по ответной реакции организма.
Применение компьютерного игрового тренажерного комплекса
адаптивного воздействия привело к улучшению физической и психофизической подготовленности детей, что обусловлено:
 безопасным увеличением объема двигательной активности;
 адаптивным регулированием нагрузки каждого ребенка;
 адаптацией комплекса к психофизическому состоянию детей.
Нагрузка, создаваемая компьютерным игровым тренажерным комплексом адаптивного воздействия, регулируется с учетом психологической
и физической готовности. Обнаружена волнообразность изменения
нагрузки как на протяжении одного занятия, так и от занятия к занятию с
тенденцией увеличения объема нагрузки.
Результаты педагогического воздействия на детей из экспериментальной группы выражаются в следующих биомеханических характеристиках:
 мера вращающего действия силы на джойстик составила на начало исследования 15,8 ± 0,60 Н·м, а в конце исследования – 22,9 ± 2,25 Н·м
(достоверность статистически значима при p<0,05);
 работа силы, проявленная учащимися на начало исследования, была
3449 ± 30,8 Дж, а после исследования составила 4036 ± 55,1 Дж (достоверность статистически значима при p<0,05);
 средняя мощность на третьем занятии развивалась до 2,9 ± 0,02 Вт, а в
конце исследования повысилась до 3,36 ± 0,030 Вт (достоверность статистически значима при p<0,05).
Выявленные изменения свидетельствуют об увеличении скоростносиловых качеств (и имения ими управлять), выносливости, точности движений у детей среднего школьного возраста.
Преимущество авторской методики развития физической подготовленности подтверждено результатами, полученными во время педаго-
212
гического исследования. Достоверный прирост результатов (р<0,05) у
школьников экспериментальной группы выявлен в тестах: количество сгибании и разгибании рук в упоре лежа, приседания, прыжок в длину с места, подъем туловища из положения лежа на спине, подъем ног до угла 900
в висе на гимнастической стенке, кистевая динамометрия – левая рука,
сгибание и разгибание рук из положения виса лежа, бросок медицинского
мяча из-за головы в положении стоя, измерение быстроты реакции и ловкости движения.
Проведенные исследования позволили установить, что в экспериментальной группе суммарные медико-биологического показатели продемонстрировали улучшение механизмов адаптации у большинства школьников, что сказалось на улучшении психофизиологической активности детей (результаты омега-потенциалометрии) и сердечно-сосудистой системы
(проба Штанге). Задаваемая нами адаптивная нагрузка и улучшение медико-биологических показателей вызвали благотворные функциональные
изменения в организме детей.
213
ГЛАВА IV
ОПТИМИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО ОТВЕТНОЙ
РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ У СТУДЕНТОВ,
НЕ ЗАНИМАЮЩИХСЯ СПОРТОМ
В основе развития системы физического воспитания лежат методологические принципы создания условий оптимального взаимодействия занимающегося и внешней среды, в частности предметной среды [460]. Факторами, регулирующими взаимодействие внутренних и внешних сил, являются спортивные упражнения и методы их использования [604].
4.1.
Результаты исследования методических возможностей машины
автоматизированного управления для циклических упражнений
Один из путей повышения эффективности тренировочного процесса
– непрерывное автоматическое управление им на основе отрицательной
обратной связи по физиологическим показателям. Наиболее информативным показателем величины нагрузки в циклических видах спорта является
ЧСС [258, 268, 599]. Впервые прибор, корректирующий нагрузку по ЧСС,
был предложен В.М. Зациорским в 1967 г., он получил название «автокардиолидера» или просто «кардиолидера» [1].
Принцип работы прибора заключается в следующем:

мена;
Кардиолидер задает величину сердечных сокращений спортс-
214

В процессе тренировки текущая ЧСС спортсмена сравнивается
с величиной, заданной кардиолидером;

При их несоответствии подается соответствующий сигнал об
увеличении или уменьшении интенсивности нагрузки, степень изменения
которой тренирующийся регулирует самостоятельно.
Кардиолидер был широко внедрен в практику спорта, так как он
позволял проводить тренировочный процесс с учетом индивидуальных
особенностей организма спортсменов [59, 94, 114, 160, 248, 257, 390, 409,
410, 412, 413, 545, 561, 563, 578].
В последнее десятилетие созданы новые поколения стационарных и
телеметрических кардиолидеров (спорттестеров), позволяющих обрабатывать данные на персональных компьютерах, но величину нагрузки занимающийся (спортсмен) до сих пор изменяет самостоятельно.
В настоящее время все большую популярность приобретают миниатюрные вычислительные устройства, обладающие большими функциональными возможностями. Разработаны и внедряются универсальные
микроконтроллеры, интегрирующие в себе вычислительные, измерительные и коммуникационные блоки. На основе микроконтроллеров можно
разрабатывать автономные системы сбора, обработки информации и
управления по довольно сложным алгоритмам, реализация которых традиционными средствами потребовала бы мощной технической поддержки.
Разработка и использование подобных систем в спортивной тренировке и
оздоровительной физической культуре представляются весьма перспективными, так как переводят процесс самосовершенствования на качественно новый уровень.
Данное обстоятельство послужило основанием для разработки нами
устройства, представляющего собой носимый миникомпьютер на базе
микроконтроллера ATMEL AT90S8535, относящийся к классу «Машин автоматизированного управления» [602]. Он включает в себя аналогоцифровой преобразователь, вычислительный блок, устройство управления,
215
две области памяти – для программ и для данных, интерфейсные порты и
счетчики/таймеры. Внешние интерфейсы компьютера: четырехстрочный
алфавитно-цифровой дисплей, двенадцатиклавишная цифровая клавиатура
(рис. 4.1, 4.2 и 4.3), разъем для головных телефонов, стандартный последовательный интерфейс для передачи данных и разъем для подключения измеряемых цифровых и аналоговых сигналов. Алгоритм работы устройства
формируется с помощью языка ATMEL AVR assembler на персональном
компьютере и передается посредством параллельного интерфейса и программатора.
К машине автоматизированного управления для циклических
упражнений (МАУЦУ) через разъем подключается разработанный нами
оптоэлектронный датчик ЧСС, функциональная схема которого приведена
на рис. 4.4.
МАУЦУ постоянно задает тренирующемуся частоту двигательных
циклов (темп движения) с помощью звукового (или светового) сигнала.
Задав занимающемуся оптимальный уровень нагрузки, аппарат начинает
программно корректировать ее интенсивность. Причем чем больше реальная ЧСС (занимающегося) отличается от ЧСС заданной, тем сильнее изменяется темп движения по разработанному нами алгоритму, за счет чего
циклические движения получаются более равномерными – без резких изменений в скорости.
С помощью разработанной машины автоматизированного воздействия для циклических упражнений нами проведены исследования для выявления отличительных особенностей применения метода автоматизированного управления физической нагрузкой (в условиях МАУЦУ) и кардиолидирования при работе на велотренажере с оптимальной ЧСС.
Перед испытуемыми ставилась задача выполнять работу на велотренажере, ориентируясь на показания приборов.
216
Рис. 4.1. Внешний вид машины автоматизированного управления для циклических упражнений
ЖК-дисплей.
4 строчки,
16 символов
в строке.
Размер видимого поля:
63 х 25 мм.
Режим:
Таймер.
Установка ЧСС
Реж:__________
ЧСС:ХХХ–ХХХ
ЧСС – вначале
заданная, затем
текущая
ЧЧ:ММ:СС:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Ввод
#
Режим
*
Рис. 4.2. Общий вид МАУЦУ
Секундомер: часы, минуты, секунды
217
SCK
ПР
КЛ
X3
«Программирование»
X6
«RS 232»
ТЛ
X7
MISO
МК
VCC
R4
D1–D4
ТД
X2
8
ZQ1
L1I–LАI,
R30
RESET, SCK, MISI, MICO
RX
A
TX
CУ
АDC0–АDC7
CT
VCC
5V
GND
9V
VCC
ДЧСС
Рис. 4.3.
VCC
Машина автоматизированного управления для циклических
упражнений. Схема функциональная
ПР – программатор АТ45D081А–SOIC
КЛ – клавиатура
А – адаптер МАХ202СРЕ порта RS 232
СУ – согласующее устройство
ТЛ – телефон
ДЧСС – датчик ЧСС
МК – микроконтроллер АТ90S8535–plcc
ТД – четырехстрочный дисплей DV–16400
СТ – стабилизатор напряжения
VСС – напряжение питания + 5V
D1–D4 – шина данных
АDC0–АDC7 – адресная шина
218
А2
А1
А3
А4
А5
С1
DA1
DA2
Еп
Еп
VD1
Х2
вых
R2
Еп
А7
А6
А8
А9
Ф1
Ф2
CУ
VT1
А10
VD5
VT2
Еп
Еп
SА1
SB1
SB2
А11
А12
СН
ФДН
Рис. 4.4. Датчик ЧСС. Схема электрическая функциональная
Еп
Еп
Еп
А1 – оптоэлектронный датчик
А2, А3 – усилители
А4 – фильтр подавления f=50 Гц
А5 – низкочастотный фильтр fср=7 Гц
А6 – согласующее устройство
А7 – формирователь импульсов
А8 – формирователь выходного сигнала
А9 – формирователь сигнала индикации
А10 – схема индикации
А11 – стабилизатор напряжения
А12 – формирователь двухполярного напр.
SА1 – выключатель питания
219
Перед работой на велотренажере фирмы «Kettler» проводилась разминка в течение 15 мин. К завершению разминки ЧСС достигала 135 – 140
уд/мин.
Основная работа на велотренажере начиналась, при ЧСС, равной 130
уд/мин.
Величина сопротивления на педалях велотренажера выставлялась на
отметку «3», что соответствует нагрузке около 220 W.
Поисковый эксперимент проходил в два этапа:
1. Подготовительно-ознакомительный:
 Студенты учились пользоваться приборами и работать с ними без
создания помех датчику ЧСС;

Интенсивность нагрузки при работе на велотренажере задавалась
по частоте сердечных сокращений:
 а) ЧСС 130 ударов в минуту – в первые две недели эксперимента;
 б) ЧСС 140 ударов в минуту – во вторые две недели эксперимента.
Студенты занимались на велотренажере два раза в неделю.
2. Поисковый этап (через четыре недели):
 в первый день первая группа студентов работала на велотренажере с кардиолидером, а вторая студентов выполняла эту же работу с использованием МАУЦУ;
 через три дня наоборот: – первая группа студентов работала на
велотренажере с использованием МАУЦУ, а вторая – с кардиолидером;
Интенсивность нагрузки:
На втором этапе эксперимента нами задавалась оптимальная ЧСС,
которая рассчитывалась по формуле К. Купера:
ЧСС опт = (205 –
возраст
2
) × 0,8
и составила в нашем эксперименте 156 уд/мин.
Работа на велотренажере продолжалась в течение 15 мин.
220
В процессе эксперимента определялось:
1. Как меняется кривая ЧСС в процессе врабатывания и за какой
промежуток времени она выйдет на заданную (в нашем случае на оптимальную) величину при использовании кардиолидера и МАУЦУ.
2. Какова величина максимального изменения ЧСС при работе на
велотренажере в зоне устойчивого состояния (steady state) при использовании кардиолидера и МАУЦУ.
При использовании кардиолидера мы прибегали к зрительной индикации, так как она повышает качество регуляции примерно на 15% по
сравнению со звуковой [411]. Поэтому зона нечувствительности кардиолидера была установлена нами на 0.
Результаты исследования:
1. При работе на велотренажере с применением машины автоматизированного управления время выхода на заданную ЧСС в нашем эксперименте составило 250,3 ± 7,91 с против 289,2 ± 9,69 с при использовании
кардиолидера. Различия достоверно значимы.
2. Величина максимального рассогласования реальной ЧСС с заданным уровнем в зоне устойчивого состояния для выбранного нами контингента студентов составила 4,3 ± 0,19 с при использовании машины автоматизированного управления для циклических упражнений. При работе с
кардиолидером эта величина составила 5,2 ± 0,21 с. Различия достоверно
значимы.
На рис. 4.5 представлен один из частных случаев изменения ЧСС в
стадии врабатывания при выполнении работы студентом, участвующим в
эксперименте на велотренажере с применением МАУЦУ и использованием
кардиолидера.
221
169
164
159
154
149
144
139
ЧСС КЛ
ЧСС МАВ
Заданная ЧСС
Нижняя зона коридора
360
350
340
330
320
310
300
290
280
270
260
250
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
134
Верхняя зона ЧСС
Рис. 4.5. Частный случай изменения ЧСС в стадии врабатывания при выполнении работы на велотренажере с применением
МАУЦУ и кардиолидера (пояснения в тексте)
222
Машина автоматизированного управления для циклических упражнений имеет некоторые преимущества перед своим прототипом (кардиолидером). Они заключаются в следующем:

Корректировка происходит сразу, как только заданная ЧСС
начинает отличаться от ЧСС занимающегося, а не после того как ЧСС занимающегося выйдет из пульсового коридора (зоны нечувствительности
прибора).

Программа корректировки интенсивности нагрузки по измене-
нию ЧСС осуществляется по специальному алгоритму.

В памяти прибора, сохраняются изменения ЧСС спортсмена
которые позже можно просмотреть и обработать на персональном компьютере, взяв их из базы данных.

Наш прибор может работать и как обычный кардиолидер, для
чего предусмотрен специальный переключатель.

При необходимости программа может быть изменена (усовер-
шенствована) в зависимости от конкретных требований.
Метод автоматизированного управления физической нагрузкой, реализуемый разработанной нами МАУЦУ, более эффективен по сравнению с
кардиолидером при выполнении циклических упражнений на велоэргометре. Это подтверждается уменьшением времени выхода на оптимальную
ЧСС и величины максимального рассогласования реальной ЧСС с заданным уровнем в зоне устойчивого состояния (steady state) для выбранного
нами контингента студентов. Достигается это благодаря автоматизированной системе управления нагрузкой.
4.2.
Биомеханические показатели частоты вращения педалей
на велоэргометре в условиях автоматизированного управления и традиционных
В процессе эксперимента нами исследованы биомеханические показатели частоты вращения педалей на велоэргометре с использованием
МАУЦУ и в традиционных условиях (табл. 4.1, рис. 4.6).
223
Таблица 4.1
Изменение частоты вращения педалей на велоэргометре с использованием МАУЦУ и в традиционных условиях
Время выпол- С использованием МАУЦУ В традиционных условиях
нения педали- Частота
Средняя ЧСС
Частота Средняя ЧСС
рования (мин) вращения
за 1 мин
вращения
за 1 мин
педалей
педалей
1
87
150
82
140
2
93
154
90
143
3
97
156
86
149
4
100
156
84
152
5
77
156
84
153
6
90
156
87
156
7
80
156
86
160
8
82
156
88
164
9
84
156
88
165
10
83
156
85
164
11
78
156
91
170
12
82
156
89
174
13
78
156
89
177
14
81
156
90
175
15
81
156
92
178
100
обороты/мин
95
90
85
80
75
1
2
3
4
5
6
МАУЦУ
7
8
9
10
11
12
13
Традиционные условия
14
15
мин
Рис. 4.6. График частоты вращения педалей велоэргометра
с использованием МАУЦУ и в традиционных условиях
(с показаниями ЧСС за прошедшую минуту)
При проведении педагогического эксперимента на каждом занятии
224
нами фиксировался километраж пройденного расстояния (по показаниям
электронного датчика «Длины дистанции», находящегося на информаци-
км
онной панели велотренажера «Kettler»). Результаты приведены на рис. 4.7.
10
9
8
7
6
5
4
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
занятия
Рис. 4.7. График пройденного расстояния с применением МАУЦУ
для циклических упражнений
Нами исследованы биомеханические показатели вращения педалей
велоэргометра с использованием машины автоматизированного управления для циклических упражнений и в традиционных условиях. Результаты
эксперимента показали большую величину колебаний (разброса) частоты
вращения педалей в первой половине занятия в условиях использования
МАУЦУ по сравнению с традиционными условиями и достаточно устойчивую ее величину во второй половине в обоих случаях. Однако с применением МАУЦУ ЧСС студентов находится в заданной зоне, в традиционных же условиях она может отклоняться от рекомендуемой преподавателем в большом диапазоне. Так, в нашем эксперименте ЧСС в первой трети
занятия ниже, а затем начинает возрастать, достигая к концу занятия более
высоких значений, чем планировалось.
Студенты исследуемого нами контингента, с выявленным низким
адаптационным потенциалом, в стадии напряжения механизмов адаптации
(которое классифицируется нами как «третье состояние организма» – со-
225
стояние предболезни), в подавляющем большинстве случаев в традиционных условиях работы на велотренажере не могут контролировать заданный
уровень физиологической нагрузки. Обычно он ниже в начале занятия и
выше в остальное время (иногда наблюдается обратная картина). В условиях тренировки с МАУЦУ сохраняется оптимальная нагрузка, способствующая повышению адаптационных возможностей организма.
При проведении педагогического эксперимента на каждом занятии
нами фиксировался километраж пройденного расстояния. У каждого испытуемого получился свой индивидуальный график, характеризующий его
физиологическое состояние (состояние сердечно-сосудистой системы и
других систем организма), а также динамику адаптации организма к физической нагрузке на момент тренировки. На наш взгляд, это согласуется с
волнообразной динамикой формирования нагрузки [384, 386, 387].
С учетом вышесказанного можно утверждать, что рекомендуемый
нами метод автоматизированного управления нагрузкой с использованием
МАУЦУ эффективен для укрепления здоровья и повышения физической
подготовленности.
4.3. Результаты медико-биологического исследования и педагогического тестирования студентов до и после педагогического
эксперимента
Студенты, участвующие в эксперименте, прошли тестирование и
медико-биологическое обследование, результаты которых приведены в
таблицах 4.2, 4.3, 4.4 и 4.5.
Студенты, участвующие в педагогическом эксперименте, также
прошли тестирование и медико-биологическое исследование.
Так, представленные в таблице данные свидетельствуют о том, что
результаты теста Купера в контрольной и экспериментальной группах до
эксперимента существенно не различаются и соответствуют оценке «удовлетворительно». В экспериментальной группе статистически значимый
226
прирост показателей свидетельствует об улучшении физической работоспособности студентов (по таблице Купера соответствует оценке «хорошо»).
Таблица 4.2
Показатели медико-биологического исследования студентов перед
началом и после проведения педагогического эксперимента
Показатель
Экспериментальная
Достовер-
группа
группа
ность
До
После
До
После
различий
экспер.
экспер.
экспер.
экспер.
при
1
2
3
4
р<0,05
х
Тест Купера
Контрольная
±δ
х
±δ
х
±δ
х
±δ 1-2 1-3 3-4
2376 77,6 2378 50,2 2365 78,4 2551 73,8 >
>
<
Проба Штанге 40,3 3,84 41,9 3,16 38,2 2,46 58,6 5,21 >
>
<
>
<
>
<
(м)
(с)
Индекс функ- 2,04 0,051 2,05 0,052 2,03 0,061 1,91 0,057 >
циональных
изменений
(баллы)
Индекс Руфье 12,21 1,461 12,12 1,326 12,26 0,959 9,53 0,886 >
(усл. ед.)
Результаты пробы Штанге в обеих группах до эксперимента хорошие и существенно не различаются. После завершения педагогического
эксперимента в контрольной группе этот показатель почти не изменился. В
экспериментальной группе произошло достоверное улучшение общего состояния кислородообеспечивающих систем, результат которого оценивается нами по специальной таблице на «отлично».
Удовлетворительной адаптации соответствует индекс функциональ-
227
ных изменений в контрольной и экспериментальной группах до эксперимента (достоверность различий незначима). После завершения педагогического эксперимента в контрольной группе этот показатель претерпел несущественное ухудшение, а в экспериментальной статистически значимое
его улучшение соответствует оценке «хорошо» и свидетельствует о повышении адаптационного потенциала организма занимающихся.
После завершения педагогического эксперимента только в экспериментальной группе произошло статистически достоверное улучшение состояния реактивных свойств сердечно-сосудистой системы, о чем свидетельствует хороший показатель индекса Руфье. До эксперимента этот показатель в обеих группах не имел существенного различия и расценивался
как удовлетворительный.
Таблица 4.3
Показатели распределения величины омега-потенциала у студентов
перед началом и после проведения педагогического эксперимента
Градации
Контрольная группа
Экспериментальная группа
величин
До
После
До
После
омегаэксперимента эксперимента эксперимента эксперимента
потенциала
х
х
х
х
n
n
n
n
(мВ)
40 – 60
45,71
7
57,42
7
48,6
9
43
3
20 – 40
21
1
нет
0
нет
0
29
8
0 – 20
16
5
13,5
6
13,8
4
17
2
Показатели распределения величины омега-потенциала у студентов
контрольной группы позволили выявить:
 7 человек с высоким уровнем омега-потенциала, средняя величина которого составила 45,71 мВ до проведения педагогического эксперимента, и 7 человек со среднем уровнем 57,42 мВ после проведения педагогического
эксперимента,
что
говорит
об
увеличении
психо-
эмоционального напряжения и больших возможностях развития нервнопсихических дисфункций;
228

одного человека со средним (нормальным) уровнем омега-
потенциала, средняя величина которого составила 21 мВ до проведения
педагогического эксперимента. По окончании педагогического эксперимента в контрольной группе не обнаружено студентов с достаточным
уровнем метаболических процессов, находящихся в оптимальном состоянии, способных адекватно реагировать на различные воздействия и переносить длительные психические и физические нагрузки с сохранением высокой работоспособности;
 5 человек с низким уровнем омега-потенциала, средняя величина которого составила 16 мВ до педагогического эксперимента, и 6 человек со среднем уровнем 13,5 мВ после его проведения. Это говорит о еще
большем увеличении истощаемости в условиях физических и психических
нагрузок, повышенной лабильности нервных нагрузок и неустойчивости
адаптивных реакций.
Показатели распределения величины омега-потенциала у студентов
экспериментальной группы позволили выявить:
 9 человек с высоким уровнем омега-потенциала, средняя величина которого составила 48,6 мВ до проведения педагогического эксперимента, и 3 человека со средним уровнем 43 мВ по завершении эксперимента, что оценивается как хороший показатель;
 до проведения педагогического эксперимента, не выявлено студентов со средним (нормальным) уровнем омега-потенциала тогда как после его завершения со средним уровнем омега-потенциала 29 мВ оказалось
8 человек, что оценивается как очень хороший показатель;
 4 студента с низким уровнем омега-потенциала, средняя величина которого составила 13,8 мВ до проведения педагогического эксперимента, и 2 человека со средним уровнем 17 мВ по его окончании, что рассматривается нами как хороший показатель.
Данные вариационной пульсометрии у студентов контрольной
группы позволили выявить:
229
a) по ИН (индексу напряжения):
 2 человека с показателями выше нормы, средняя величина которых составила 237,7 усл. ед. до проведения педагогического эксперимента,
и 2 человека со среднем уровнем 221,4 усл. ед. после проведения педагогического эксперимента, что говорит о незначительном улучшении степени напряжения центральных механизмов регуляции;
Таблица 4.4
Показатели вариационной пульсометрии перед началом и после проведения педагогического эксперимента
Пока- Пара-
Контрольная
Экспериментальная
затель метры
группа
группа
До
После
До
После
эксперимента эксперимента эксперимента эксперимента
х
n
х
n
х
n
х
n
выше 237,7
2
221,4
2
357,1
4
233,1
4
(усл. ед) норма 84,7
7
88,4
6
77,7
6
92,4
8
ниже 42,3
4
37,1
5
32,5
3
18,3
1
Мо
выше
0
нет
0
нет
0
нет
0
(с)
норма 0,926
4
0,923
4
0,901
3
0,91
4
ниже 0,729
9
0,74
9
0,72
10
0,75
9
АМо
выше 60,8
5
65,2
5
61,8
5
59,5
2
(%)
норма 38,8
5
44
3
37
5
43,3
10
ниже 23,33
3
23
5
24
3
17
1
dX
выше 0,434
9
0,425
10
0,428
8
0,456
3
(с)
норма 0,216
3
0,27
2
0,21
2
0,24
8
ниже 0,11
1
0,14
1
0,116
3
0,13
2
Ин
нет
 7 человек с показателями в норме, средняя величина которых
составила 84,7 усл. ед. до проведения педагогического эксперимента, и 6
человек со средним уровнем 88,4 усл. ед. после проведения педагогическо-
230
го эксперимента, что оценивается нами как ухудшение;
 4 человека с показателями ниже нормы, средняя величина которых составила 42,3 усл. ед. до проведения педагогического эксперимента,
и 5 человек со средним уровнем 37,1 усл. ед. после эксперимента, что
также оценивается нами как ухудшение;
b) по Мо (среднему значению модального класса):
 4 человека с показателями в норме, средняя величина которых
составила 0,926 с до педагогического эксперимента и 4 человека со средним уровнем 0,923 с после его окончания, изменения результатов практически нет;
 9 человек с показателями ниже нормы, средняя величина которых составила 0,729 с до проведения педагогического эксперимента, и 9
человек со средним уровнем 0,74 с по окончании педагогического эксперимента, что оценивается нами как незначительное улучшение;
 студентов с показателями выше нормы в этой группе до и после
проведения педагогического эксперимента не обнаружено.
c)
по АМо (амплитуде моды):
 5 человек с показателями выше нормы, средняя величина которых составила 60,8 % до проведения педагогического эксперимента, и 5
человек со средним уровнем 65,2 % после педагогического эксперимента,
что говорит о некотором ухудшении данного показателя;
 5 человек с показателями в норме, средняя величина которых
составила 38,8 % до проведения педагогического эксперимента, и 3 человека с средним уровнем 44 % по его окончании, что классифицируется
нами как ухудшение;
 3 человека с показателями ниже нормы, средняя величина которых составила 23,33 % до педагогического эксперимента, и 5 человек со
средним уровнем 23 % после проведения педагогического эксперимента,
что также классифицируется как ухудшение;
d)
по dX (вариационному размаху):
231
 9 человек с показателями выше нормы, средняя величина которых составила 0,434 с до проведения педагогического эксперимента, и 10
человек со средним уровнем 0,425 с по его окончании;
 3 человека с показателями в норме, средняя величина которых
составила 0,216 с до педагогического эксперимента, и 2 человека со средним уровнем 0,27 с после проведения педагогического эксперимента, что
классифицируется нами как ухудшение;
 один человек с показателями ниже нормы, величина которого
составила 0,11 с до проведения педагогического эксперимента и один человек с уровнем 0,14 с по его окончании, что оценивается нами как незначительное улучшение.
Показатели вариационной пульсометрии у студентов экспериментальной группы позволили выявить:
a) по ИН (индексу напряжения):
 4 человека с показателями выше нормы, средняя величина которых
составила 357,1 усл. ед. до проведения педагогического эксперимента, и 4 человека со средним уровнем 233,1 усл. ед. после его проведения, что говорит
об улучшении степени напряжения центральных механизмов регуляции;
 6 человек с показателями в норме, средняя величина которых составила 77,7 усл. ед. до педагогического эксперимента, и 8 человек со
средним уровнем 92,4 усл. ед. после проведения педагогического эксперимента, что расценивается нами как хорошее улучшение;
 3 человека с показателями ниже нормы, средняя величина которых составила 32,5 усл. ед., до проведения педагогического эксперимента,
и один человек с уровнем 18,3 усл. ед. по его окончании, что оценивается
нами как улучшение;
b)
по Мо (среднему значению модального класса):
 3 человека с показателями в норме, средняя величина которых составила 0,901 с до проведения педагогического эксперимента, и 4 человека
со средним уровнем 0,91 с по его окончании, что оценивается нами как
232
улучшение;
 10 человек с показателями ниже нормы, средняя величина которых составила 0,72 с до проведения педагогического эксперимента, и 9 человек со средним уровнем 0,75 с после него, что также может быть расценено как улучшение;
 студентов с показателями выше нормы в этой группе до и после
проведения педагогического эксперимента не обнаружено.
с) по АМо (амплитуде моды):
 5 человек с показателями выше нормы, средняя величина которых
составила 61,8 % до проведения педагогического эксперимента, и 2 человека со средним уровнем 59,5 % после его проведения , что оценивается
нами как улучшение;
 5 человек с показателями в норме, средняя величина которых составила 37 % до проведения педагогического эксперимента, и 10 человек
со средним уровнем 43,3 % по его окончании, что может быть оценено как
очень хороший показатель;
 3 человека с показателями ниже нормы, средняя величина которых составила 24 % до проведения педагогического эксперимента, и 1 человека с уровнем 17 % после него, что оценивается нами как хороший показатель;
d) по dX (вариационному размаху):
 8 человек с показателями выше нормы, средняя величина которых
составила 0,428 с до начала эксперимента, и 3 человека со средним уровнем 0,456 с после его завершения;
 2 человека с показателями в норме, средняя величина которых составила 0,21 с до проведения педагогического эксперимента, и 8 человек
со средним уровнем 0,24 с после педагогического эксперимента, что оценивается нами как очень хороший показатель;
 3 человека с показателями ниже нормы, средняя величина которых составила 0,116 с до педагогического эксперимента, и 2 человека со
233
средним уровнем 0,13 с по его завершении, что оценивается нами как хороший показатель.
Таблица 4.5
Результаты тестирования студентов перед началом и после проведения педагогического эксперимента
Показатель
Контрольная
Экспериментальная
Достовер-
группа
группа
ность
До
После
До
После
различий
экспер.
экспер.
экспер.
экспер.
при
1
2
3
4
р<0,05
х
±δ
х
±δ
х
±δ
х
±δ 1-2 1-3 3-4
Бег 3000 м 799,1 12,57 798,3 14,63 795,7 11,30 754,2 12,34 >
>
<
0,14 14,2 0,12 >
>
>
Сгибание и 12,38 0,521 12,46 0,596 12,30 0,639 12,92 0,606 >
>
<
(с)
Бег 100 м (с) 14,3 0,18 14,4 0,13 14,3
разгибание
рук в висе
(раз)
Результаты тестирования студентов перед началом и после проведения педагогического эксперимента продемонстрировали следующее.
В беге на 3000 м результаты в контрольной и экспериментальной
группах до эксперимента существенно не различаются и оцениваются
нами на «неудовлетворительно». После завершения педагогического эксперимента в контрольной группе произошло статистически недостоверное,
а в экспериментальной группе – статистически достоверное уменьшение
времени, затраченного на прохождение дистанции. Эти результаты оцениваются нами по нормативной таблице как «удовлетворительный» и «хороший».
В беге на 100 м результаты до эксперимента в контрольной и экспе-
234
риментальной группах статистически не различались и оцениваются нами
на «неудовлетворительно». После завершения педагогического эксперимента в контрольной группе произошло статистически недостоверное
ухудшение результата, а в экспериментальной группе статистически недостоверное его улучшение. Эти изменения в результатах оценивается нами
по нормативной таблице также неудовлетворительно.
В сгибании и разгибание рук в висе результаты в контрольной и
экспериментальной группах до эксперимента существенно не различались
и оцениваются нами на «хорошо». По окончании педагогического эксперимента в контрольной группе произошло статистически недостоверное
ухудшение, а в экспериментальной группе – его существенное улучшение
результата, что по нормативной таблице также соответствует оценке «хорошо».
Таким образом, суммарные показатели медико-биологического исследования показали (по большинству параметров) некоторое ухудшение
механизмов адаптации у большинства студентов контрольной группы.
По нашему предположению, это может быть связано:
 с наступлением сессии у студентов;
 с несоответствием некоторых нагрузок на занятиях по физическому воспитанию уровню физического подготовленности занимающегося.
Статистически достоверного изменения в уровне физической подготовленности в контрольной группе не обнаружено. Зафиксировано слабое ухудшение в беге на 100 м и незначительное улучшение в беге на 3000
м и в сгибание и разгибание рук в висе.
235
Выводы по главе
1.
Разработана, создана и внедрена в практику физического вос-
питания машина автоматизированного управления для циклических
упражнений, представляющая собой носимый мини-компьютер, позволяющий автоматически регулировать физическую нагрузку по ЧСС на основе отрицательной обратной связи.
2.
Выполнение циклических упражнений в условиях разработан-
ной нами машины автоматизированного управления, реализующей метод
автоматизированного управления физической нагрузкой на основе программирования ЧСС, более эффективно, чем с использованием кардиолидера. Это подтверждается сокращением времени выхода на заданную ЧСС
и уменьшением величины максимального рассогласования реальной ЧСС с
заданным уровнем в зоне устойчивого состояния для выбранного нами
контингента студентов.
Показатели частоты вращения педалей велоэргометра с использованием машины автоматизированного управления для циклических упражнений выявили бо;´льшую величину колебаний (разброса) частоты вращения педалей в первой половине занятия по сравнению с традиционными
условиями и достаточно устойчивую ее частоту во второй половине занятия в обоих случаях. Однако если с применением МАУЦУ ЧСС студентов
находится в заданной зоне, то в традиционных условиях она отклоняется
от рекомендуемой преподавателем в большом диапазоне.
Студенты исследуемого нами контингента с низким адаптационным
потенциалом в стадии напряжения механизмов адаптации в подавляющем
большинстве случаев не могут контролировать заданный уровень физиологической нагрузки. Обычно он ниже вначале и выше в остальное время,
хотя иногда наблюдается обратная картина.
При использовании машины автоматизированного управления для
236
циклических упражнений длина пройденной дистанции на каждом занятии
индивидуальна, зависит от физиологического состояния организма и характеризует адаптацию организма к физической нагрузке на момент занятия.
3.
Разработана здоровьесберегающая технология совершенство-
вания двигательных возможностей студентов нефизкультурных специальностей на основе применения машины автоматизированного управления
для циклических упражнений (с использованием велоэргометра). Внедрение указанной технологии в учебный процесс по физическому воспитанию
студентов нефизкультурных специальностей способствовало:

повышению работоспособности студентов экспериментальной
группы;

повышению уровня их физической подготовленности (бег 3000
м и сгибание–разгибание рук в висе);

улучшению механизмов адаптации у большинства студентов
экспериментальной группы, что в первую очередь сказалось на улучшении
состояния симпатического и парасимпатического отделов нервной системы (результаты вариационной пульсометрии – параметры АМо и dX), интегрального показателя уровня метаболических процессов в организме,
уровня
психофизиологической
активности
(результаты
омега-
потенциалометрии) и сердечно-сосудистой системы (тест Купера, проба
Штанге, индекс Руфье).
237
ГЛАВА V
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРЕНИРОВКОЙ
ВЕЛОСИПЕДИСТОВ РАЗЛИЧНОЙ КВАЛИФИКАЦИИ ПО
ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
5.1.
Конструктивные особенности и принцип работы машины
автоматизированного управления для тренировки велосипедистов
Адаптация к спортивным нагрузкам сопровождается быстрым нарастанием функциональных резервов организма (сердечно-сосудистой, дыхательной, энергетической и других систем), поэтому сам тренировочный
процесс можно рассматривать как одно из надежных средств раскрытия и
повышения резервов организма.
Компьютеризованные
тренажерные
устройства
и
комплексы
наилучшим образом способствуют адаптации и повышению эффективности тренировочного процесса, так как с их применением условия работы
мышц максимально приближаются к оптимальному согласованию внешней нагрузки с функциональными возможностями организма спортсмена
[91, 291, 389, 479, 584, 616, 622, 625].
При этом более эффективны устройства с отрицательной обратной
связью. В биологии отрицательная обратная связь – это метод сиюминутного исследования физиологических функций организма с помощью
научного оборудования по ответной реакции организма [71, 421]. В теории
автоматического регулирования и управления обратной связью называется
цепь передачи воздействий с выхода звена на ее вход. Обратная связь бывает отрицательной и положительной. При отрицательной обратной связи
238
воздействие, поступающее на вход прямой цепи, равно разности воздействий входного сигнала и сигнала обратной связи, а при положительной
обратной связи – их сумме [250].
Применение датчиков, позволяющих регистрировать динамику
функционального состояния организма спортсмена, а также датчиков
условного перемещения позволяет решить технические проблемы создания
автоматизированного
компьютеризованного
велотренажерного
устройства.
В НИЛ «Биотехника» кафедры научных основ физической культуры
и спорта КБГУ нами разработано и апробировано в тренировочном процессе велосипедистов устройство (решение о выдаче патента №
2006107063/12(007647) от 19.07.2007 г., приоритет от 06.03.2006 г.), отвечающее требованиям, предъявляемым к компьютеризированным тренажерам автоматизированного типа. В соответствии с основным принципом
своего действия устройство получило название «машина автоматизированного управления для тренировки велосипедистов» (МАУТВ).
Устройство включает в себя (рис. 5.1): раму 1 для закрепления велосипеда 2, состоящую из узла крепления вилки переднего колеса 3 и узла
фиксированной опоры 4 заднего колеса 5 велосипеда 2. При этом заднее
колесо 5 фрикционно связано с роликом 6, размещенным на оси 7, установленной на раме 1. На оси 7 с одной стороны от ролика 6 находится
крыльчатка вентилятора 8 (рис. 5.2), а на другой стороне от ролика 6 – ступенчато изменяемая нагрузка. Она создается с помощью постоянного магнита 9 (рис. 5.3), ступенчато надвигаемого на вращающийся вместе с колесом 5 медный диск 10. Имеется датчик 11 условного перемещения велосипеда 2, выходной сигнал которого привязан к вращению указанного ролика
6 (рис. 5.4).
239
Рис. 5.1. Общий вид машины автоматизированного управления для
тренировки велосипедистов
Рис. 5.2. Вид регулирующего устройства со стороны крыльчатки
вентилятора
240
Рис. 5.3. Вид регулирующего устройства со стороны медного диска
Рис. 5.4. Вид регулирующего устройства сзади
Динамическая нагрузка создается взаимодействия вихревых токов,
наводимых во вращающемся металлическом (медном) диске 10 регулирующей обмоткой 12. Она намотана на сердечник магнитопровода 13, охватывающего часть поверхности упомянутого диска 10 и подключенного через первый усилитель 14 (см. рис. 5.4) и первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 15 к системному блоку 16 персонального компьютера
(ПК) с дисплеем 17 и клавиатурой 18. Обмотка возбуждения электродвигателя 19 через второй усилитель 20 и второй ЦАП 21 подключена к системному блоку 16.
Датчик измерения ЧСС 22, измерительный щуп которого, надеваемый на велосипедиста во время тренировки, и упомянутый датчик 11
241
условного перемещения велосипеда 2 подсоединены к системному блоку
16 через первый 24 и второй 25 АЦП соответственно. При этом ось электрического двигателя 19 механически (в данном случае – фрикционно)
связана с задним колесом 5 велосипеда 2. Все узлы и датчики, которым для
работы необходимо электрическое питание, подключены к источнику питания 27.
Перед началом тренировки велосипедиста на компьютере с помощью клавиатуры 18 задается коридор ЧСС [Р нижний, Р верхний]. Он подбирается индивидуально во время предварительного полного обследования
каждого спортсмена и является отображением оптимальной зоны работы
его сердца. Также имеется возможность задания эталонного режима тренировки.
Спортсмен садится на велосипед 2 и на нем закрепляется фотоплетизмографический датчик ЧСС 23. Сигнал этого датчика подключается к
системному блоку 16 через первый АЦП 24. Датчик 11 условного перемещения велосипеда 2 подсоединен к системному блоку 16 через второй АЦП
25. Таким образом, на экране дисплея 17 отображаются: текущее значение
ЧСС, «пройденное» расстояние, время в «пути», а также воображаемая
трасса и местоположение велосипедиста на ней в каждый момент времени.
Нагрузка на педали меняется в зависимости от текущего значения
ЧСС спортсмена Pi относительно заданного коридора [Р нижнего, Р верхнего]. При выходе ЧСС за пределы нижнего уровня заданного коридора
программа управления по гиперболе повышает напряжение, подаваемое
через первый ЦАП 15 и усилитель 14 на регулирующую обмотку 12, увеличивая нагрузку до тех пор, пока ЧСС спортсмена не достигнет заданного
коридора:
Р нижний
U i+1 = ––––––––––– * Ui
Pi
,
242
где U – текущее напряжение; Р – текущее значение ЧСС.
При чрезмерно большой ЧСС, наоборот, указанная программа по гиперболе понижает напряжение Ui+1, пока ЧСС тренирующегося не войдет в
заданную зону:
Р верхний
U i+1 = ––––––––––– * Ui
Pi
.
Нагрузка может меняться также в зависимости от характера трассы.
При «подъеме в гору» программа управления формирует сигнал, преобразующий первым ЦАП 15 в электрическое напряжение U, усиливаемое первым усилителем 14 и подаваемое на регулирующую обмотку 12. Нагрузка
на педали увеличивается. При «спуске с горы», наоборот, программа
управления формирует сигнал на первый ЦАП 15, уменьшая нагрузку, и
сигнал на второй ЦАП 21, преобразуемый в напряжение, усиливаемое вторым усилителем 20 и подаваемое на обмотку возбуждения электродвигателя 19, и тем самым еще больше помогает спортсмену.
Кроме того, для увеличения диапазона нагрузки предусмотрено ее
дискретное изменение с помощью постоянного магнита 9, надвигаемого на
диск 10. Иными словами расширяются функциональные возможности
устройства при проведении тренировки велосипедистов.
На рис. 5.5 представлена функциональная схема МАУТВ c автоматизированной системой непрерывного управления (регулирования) двигательными действиями велосипедистов по ответной реакции организма.
Функциональные возможности устройства могут быть расширены,
если в его программном обеспечении будет предусмотрен показ на дисплее
персонального компьютера всей «трассы» или части ее, отснятых видеокамерой. К обработке «трассы» для формирования сигнала по «пути» добавляется формирование сигнала на «показ».
243
Клавиатура
Велосипедист
Сердце
Датчик
ЧСС
АЦП и
ЦАП
Системный
блок
ПУ
Дисплей
Велотренажер
Регулятор
Усилитель
ПК
Рис. 5.5. МАУТВ c автоматизированной системой непрерывного управления (регулирования) двигательными действиями велосипедистов по ответной реакции организма. Схема функциональная
В автоматической системе управления (АСУ) тренером может быть
задана любая ЧСС, а при необходимости – различная и на разных отрезках
пути. Индивидуально задается и время работы на МАУТВ. При этом
спортсмен получает всю необходимую информацию, обрабатываемую
персональным компьютером, на экране дисплея компьютера. Все данные
сохраняются в базе данных для статистической обработки и дальнейшего
анализа. При создании достаточной базы данных за продолжительный отрезок времени и подключении специализированных программ возможна
выдача АСУ тренеру (спортсмену) рекомендаций по корректировке тренировочного процесса.
Поэтому в дальнейшем для повышения качества процесса управления
возможно использование и других физиологических параметров организма
244
спортсмена (частота дыхания, артериальное давление, МПК, температура
тела и др.) и биомеханических характеристик выполняемых упражнений.
Возможности АСУ могут быть в дальнейшем расширены посредством привлечения последних разработок в программном обеспечении.
Данное устройство позволяет расширить функциональные возможности организма и повысить эффективность тренировки спортсменов благодаря
непрерывному отслеживанию ответной реакции организма велосипедиста во
время выполнения упражнения и плавному автоматическому регулированию
нагрузки в соответствии с изменяющимися параметрами регистрируемых характеристик. Такой подход исключает возможность перетренировки и создает благоприятные условия для протекания процесса адаптации.
Возможность регистрировать биомеханические параметры движения и
по ходу тренировки корректировать их по ответной реакции организма на
нагрузку – важнейшее условие оптимизации управления тренировочным
процессом и повышения мастерства спортсмена при сохранении его здоровья.
5.2.
Особенности изменения физиологических и биомеханических па-
раметров у велосипедистов различной квалификации при тренировке
в условиях МАУТВ и в традиционных условиях
5.2.1. Динамика насыщения артериальной крови кислородом у велосипедистов различной квалификации в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по ЧСС и в традиционных условиях
тренировки
При проведении поисковых исследований нами фиксировались динамика насыщения гемоглобина кислородом методом трансмиссионной
пульсоксиметрии у велосипедистов различной квалификации при непрерывном регулировании внешней нагрузки по ЧСС (в условиях применения
МАУТВ) и в традиционных условиях. Ниже на рис. 5.6 – 5.8 приведены
245
оксигемограммы, характеризующие общие тенденции изменения насыщения гемоглобина кислородом у велосипедистов различной квалификации.
В табл. 5.1 представлены средние значения регистрируемого показателя.
Рис. 5.6. График изменения насыщения гемоглобина артериальной
крови кислородом у спортсменов высокого уровня мастерства в условиях
применения МАУТВ и в традиционных условиях
Рис. 5.7. График изменения насыщения гемоглобина артериальной
крови кислородом у спортсменов среднего уровня мастерства в условиях
применения МАУТВ и в традиционных условиях
Рис. 5.8. График изменения насыщения гемоглобина артериальной крови
кислородом у спортсменов низкого уровня мастерства в условиях применения МАУТВ и в традиционных условиях
Как видно на графиках (см. рис. 5.6, 5.7, 5.8), у спортсменов, занимавшихся в условиях МАУТВ, колебание напряжения кислорода в крови
246
значительно ниже, чем у тренирующихся в традиционных условиях. При
этом средний уровень количества кислорода в крови (табл. 5.1) выше у занимавшихся в условиях нашего тренажерного комплекса. Обращает на себя внимание особенность изменения количества кислорода в крови,
наблюдаемая в течение выполнения работы спортсменами различной квалификации в исследуемых условиях. Так, в условиях МАУТВ наблюдается
большая согласованность анимальных и вегетативных систем организма, в
более короткие сроки наступает устойчивое состояние, что приводит к
увеличению функциональных возможностей мышечного аппарата спортсменов (см. рис. 5.8). Наблюдаемая динамика изменений насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом сопровождается увеличением работоспособности и уменьшением времени восстановления.
Данная методика применения МАУТВ наиболее актуальна для начинающих спортсменов, так как позволяет на протяжении всей дистанции
сохранять достаточно высокий уровень кислорода в крови. При этом
стресс-реакция организма достаточно высока, а повреждающие эффекты
практически отсутствуют. Из табл. 5.1 видно, что насыщение гемоглобина
артериальной крови кислородом у велосипедистов различной квалификации в условиях применения МАУТВ и в традиционных условиях достоверно различается.
Таблица 5.1
Изменение насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом у велосипедистов различной квалификации в различных условиях тренировки
Уровень
Традиционные
Условия
Достоверность
мастерства
условия
МАУТВ
различий при
х ±δ
х ±δ
р<0,05
93,4 ±1,12
95,5 ±1,13
<
Высокий
247
Средний
91,0 ±1,84
92,8 ±1,25
<
Низкий
86,4 ±2,46
93,2 ±2,14
<
5.2.2. Динамика скорости движения велосипедистов различной квалификации при тренировке в условиях непрерывного регулирования
внешней нагрузки по ЧСС и в традиционных условиях
Регулирование уровня сопротивления, осуществляемое программой
управления по ЧСС, отразилось на параметрах биомеханических характеристик движения, которые мы сравнили с характеристиками упражнения,
выполняемого в традиционных условиях, т.е. на велосимуляторе Cateye
CS–1000 без автоматического регулирования (таким или подобным тренажером пользуются многие велосипедисты в процессе тренировок). Ниже
на рисунках отображены графики изменения параметров различных биомеханических характеристик движений, выполняемых спортсменами различного уровня подготовленности (представлены средние величины выборки).
5.2.2.1.
Динамика ЧСС, скорости движения и расстояния, прой-
денного спортсменами высокого уровня мастерства, при тренировке в
условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по ЧСС и в
традиционных условиях
Из рис. 5.9, отражающем динамику ЧСС, характерную для велосипедистов высокого уровня подготовленности, при выполнении задания в различных условиях, видно, что уровень исследуемого показателя достаточно
быстро возрастает до 160 ударов как в традиционных условиях, так и в
условиях, создаваемых МАУТВ. При дальнейшем выполнении упражнения уровень ЧСС с применением предлагаемого нами устройства остается
неизменным до конца тренировки, а в традиционных условиях постоянно
возрастает и к концу занятий достигает 180 ударов.
248
Скорость движения, представленная на рис. 5.10, при выполнении
упражнения в условиях МАУТВ значительно выше по сравнению с традиционными условиями тренировки, при этом наблюдается ее наиболее
плавное изменение.
Рис. 5.9. График изменения ЧСС у спортсменов высокого уровня мастерства в условиях МАУТВ и в традиционных условиях тренировки
Рис. 5.10. График изменения скорости у спортсменов высокого уровня мастерства в условиях МАУТВ и в традиционных условиях тренировки
249
Рис. 5.11. Диаграмма расстояния, пройденного спортсменами высокого
уровня мастерства, за 30 мин в различных условиях тренировки
5.2.2.2.
Динамика скорости движения, ЧСС и пройденного рассто-
яния у спортсменов среднего уровня мастерства в условиях непрерывного регулирования внешней нагрузки по ЧСС и в традиционных
условиях тренировки
У спортсменов среднего уровня мастерства наблюдается еще большее
отличие в динамике ЧСС (рис. 5.12) между традиционными условиями выполнения упражнения и условиями МАУТВ. При этом ЧСС в традиционных условиях значительно выше и постоянно растет, тогда как в условиях
МАУТВ она, достигнув оптимального значения, держится на этом уровне.
Рис. 5.12. График изменения ЧСС у спортсменов среднего уровня мастерства в различных условиях тренировки
Динамика скорости движения (рис. 5.13) в условиях МАУТВ носит бо-
250
лее плавный характер и остается примерно на одном уровне до конца выполнения упражнения, а в традиционных условиях – скачкообразный характер:
большие значения в начале упражнения и снижение к его окончанию.
Рис. 5.13. График изменения скорости у спортсменов среднего уровня мастерства в различных условиях тренировки
Рис. 5.14. Диаграмма расстояния, пройденного спортсменами среднего
уровня мастерства за 30 мин тренировки в условиях МАУТВ и в традиционных условиях
5.2.2.3.
Динамика скорости движения, ЧСС и пройденного рассто-
яния у спортсменов низкого уровня мастерства при непрерывном регулировании внешней нагрузки по ЧСС и в традиционных условиях
тренировки
График изменения ЧСС у спортсменов низкого уровня подготовленности (рис. 5.15) показывает такую же картину изменения исследуемых
251
характеристик, что и у спортсменов более высоких разрядов. Это свидетельствует об эффективности применения МАУТВ, которая способна
удерживать уровень ЧСС в оптимальных пределах.
На рис. 5.16 видно, что в условиях МАУТВ спортсмены низкой квалификации способны выполнять двигательное задание с гораздо большей
скоростью, при этом происходящие изменения имеют меньшие отклонения, чем при выполнении упражнения в традиционных условиях тренировки.
Рис. 5.15. График изменения ЧСС у спортсменов низкого уровня мастерства в условиях МАУТВ и в традиционных условиях тренировки
Рис. 5.16. График изменения скорости у спортсменов низкого уровня мастерства в различных условиях тренировки
252
Рис. 5.17. Диаграмма расстояния, пройденного спортсменами низкого
уровня мастерства за 30 мин тренировки в условиях МАУТВ и в традиционных условиях
5.2.2.4.
Средние значения ЧСС, скорости движения и пройденного
расстояния у велосипедистов различного уровня мастерства при тренировке в условиях МАУТВ и в традиционных условиях
Ниже, в табл. 5.2, приведены средние значения параметров исследуемых биомеханических характеристик движения, полученные нами при
проведении эксперимента. Средние значения ЧСС у всех спортсменов в
традиционных условиях тренировки колеблются в диапазоне от 161,34 до
171,14 удара, а в условиях МАУТВ – от 149,7 до 154,9 удара, что достоверно различается. Средний показатель скорости движения достоверно
выше у спортсменов всех уровней подготовленности при тренировке с
применением МАУТВ (33,36 – 32,55 км/ч) по сравнению с традиционными
условиями (30,86 – 31,75 км/ч).
Таблица 5.2
Изменения биомеханических параметров движения у велосипедистов
различной квалификации в различных условиях тренировки
253
Уровень ма-
Традиционные
Условия
Достоверность
стерства
условия
МАУТВ
различий при
ЧСС
Высокий
Средний
Низкий
ЧСС
V
L
V
L
(км/ч)
(км)
(км/ч)
(км)
х ±δ
х ±δ
х ±δ
х ±δ
х ±δ
х ±δ
1
2
3
4
5
6
161,34
31,75
15,46 153,27 33,36
±15,27
±1,09
±0,43 ±14,53 ±1,45 ±0,72
162,9
30,86
15,47
±26,12
±2,63
±0,37 ±22,17 ±1,08 ±0,39
171,14
31,18
15,34
±20,44
±0,56
±0,29 ±12,81 ±0,96 ±0,32
149,7
154,9
32,64
32,55
17,08
16,50
16,29
р<0,05
1-4 2-5 3-6
<
<
<
<
<
<
<
<
<
В условиях использования адаптивной машины управляющего воздействия спортсмены 30 мин проехали за достоверно большее расстояние
по сравнению с традиционными условиями выполнения упражнения.
Так, спортсмены низкой квалификации проехали 16,29 ± 0,32 км и
15,34 ± 0,29 км соответственно. У спортсменов средней квалификации
пройденное расстояние в условиях МАУТВ составило 16,50 ± 0,39 км, а в
традиционных условиях 15,47 ± 0,37 км. У спортсменов высокой квалификации также наблюдалось существенное отличие между расстоянием,
пройденным в традиционных условиях и в условиях тренажерного комплекса: 15,46 ± 0,43 км и 17,08 ± 0,72 км, соответственно.
Результаты исследования показали, что автоматизированная система
управления МАУТВ для велосипедистов качественно справляется со своей
задачей и ЧСС спортсмена находится в заданном коридоре (151 – 161 удар
в минуту или 152 – 162 удара в минуту в наших конкретных случаях). И
если по каким-то причинам ЧСС все-таки выходит из коридора (чего программа управления старается не допускать), то АСУ приводит значения к
норме. Плавность изменения нагрузки АСУ на педалях велотренажера отметили все участники эксперимента.
254
В традиционных условиях ЧСС превышает заданный уровень, что
хорошо видно на рисунках 5.9, 5.12, 5.15. Средние значения ЧСС превышают рекомендуемые (см. табл. 5.2). Во всех случаях у спортсменов различной квалификации обнаружены достоверные отличия по средним значениям ЧСС.
Очень интересные изменения произошли с такой биомеханической
характеристикой, как скорость, у спортсменов высокого уровня мастерства. Одинаковой скорость была только несколько минут в самом начале
дистанции. На остальных участках в условиях МАУТВ она была выше,
чем в традиционных условиях тренировки. Средние величины скорости
показывают, что в традиционных условиях она составляла 31,75±1,09 км/ч,
а в условиях применения МАУТВ – 33,36±1,45 км/ч, результаты достоверно различимы при 5% -ном уровне значимости.
Так как скорость передвижения напрямую связана с пройденной дистанцией, то в традиционных условиях (за 30 мин работы на тренажере)
спортсмены высокого уровня мастерства проезжали 15,46±0,43 км, а в
условиях применения МАУТВ результат улучшился до 17,08±0,72 км, различия статистически значимы.
У спортсменов среднего уровня мастерства средняя скорость в традиционных условиях тренировки составила 30,86±2,63 км/ч, а в условиях
применения МАУТВ – 32,64±1,08 км/ч, что существенно выше и достоверно значимо. Также существенно изменилось пройденное расстояние.
Так, в традиционных условиях оно составило 15,47±0,37 км, а в условиях
применения МАУТВ возросло до 16,50±0,39 км, результаты достоверно
различимы.
У спортсменов низкого уровня мастерства средняя скорость в традиционных условиях составила 31,18±0,56 км/ч, а при тренировке на МАУТВ
возросла до 32,55±0,96 км/ч, что существенно выше и достоверно значимо.
Существенно различимо и пройденное расстояние: в традиционных усло-
255
виях тренировки оно составило 15,34±0,29 км, а в условиях применения
МАУТВ увеличилось до 16,29±0,32 км, результаты достоверно различимы.
Таким образом, по всем биомеханическим показателям были обнаружены статистически значимые различия в пользу условий применения
МАУТВ по сравнению с традиционными условиями тренировки. Это говорит о правильно построенном алгоритме управления устройством и целесообразности его использования в тренировочном процессе.
5.3.
Эффективность применения авторской методики тренировки
велосипедистов-шоссейников на МАУТВ в условиях непрерывного
регулирования внешней нагрузки по ответной реакции организма
Эффективность предлагаемой нами методики тренировки велосипедистов-шоссейников определялась также путём сравнения времени восстановления после нагрузки и пройденного расстояния, зарегистрированных на первом и последнем занятиях при выполнении тестового задания
«Езда на велостанке в течение 30 мин».
Сравнительный анализ результатов тестирования, проведенного по
окончании педагогического эксперимента, представлен в табл. 5.3.
Из таблицы видно, что в обеих группах произошло достоверное
улучшение результатов регистрируемых характеристик движения.
Таблица 5.3
Результаты основного педагогического эксперимента
Регистрируемые
До эксперимента
После эксперимента
Достоверность
контр. гр. эксп. гр. контр. гр. эксп. гр.
различий при
характеристики
х ±δ
р<0,05
х ±δ
1
2
3
4
t восстанов-
124,12
125,02
85,74
64,21
ления (с)
± 1,13
±1,44
±1,13
± 1,03
1-2 1-3 2-4 3-4
>
<
<
<
256
L (км)
15,05
14,82
17,02
19,15
±1,29
±1,29
±0,82
±1,78
>
<
<
<
В экспериментальной группе, которая тренировалась в условиях
МАУТВ, позволяющей регулировать сопротивление по ответной реакции
организма, время восстановления достоверно меньше (64,21 ±1,03 с) по
сравнению с контрольной группой (85,74 ±1,13 с).
Результаты исследований динамики физиологических показателей
организма спортсменов, тренирующихся в стандартных условиях и в условиях МАУТВ, показали, что адаптация к физической нагрузке проходит
быстрее и с меньшим повреждающим эффектом, чем в стандартных условиях. Динамика ЧСС, зарегистрированная в результате экспериментов, показывает, что в условиях МАУТВ сердечно сосудистая система спортсмена
лучше адаптируется к нагрузке, а ее вариативное изменение позволяет
удерживать данный параметр работы сердца в оптимальном «коридоре».
Спортсмены, тренировавшиеся в условиях МАУТВ, быстрее восстанавливались и выполняли больший объем работы, что свидетельствует о развитии у них адаптационного синдрома.
Главное содержание общего адаптационного синдрома, как известно,
составляет значительное возбуждение высших вегетативных центров и как
следствие адренергической и гипофизарно-адреналовой систем. В результате реализуется эффект высоких концентраций катехоламинов и глюкокортикоидов. Оба эти фактора обладают в организме широким диапазоном
действия, главная черта которого состоит в мобилизации энергетических и
структурных ресурсов организма. Катехоламины закономерно увеличивают минутный объем сердца, вызывают мобилизацию гликогенного резерва
печени и гипергликемию, липолиз и увеличение содержания жирных кислот в крови и, соответственно, увеличивают приток кислорода и субстратов окисления к тканям. Глюкокортикоиды, действуя на генетическом
257
уровне, активируют глюконеогенез и трансаминирование и тем самым
преобразование аминокислот в глюкозы – структурного резерва организма
в энергетический. В целом вызванный любым фактором среды стресс
внешне выглядит как генерализованная реакция мобилизации, охватывающая весь организм.
При этом мобилизация энергетических ресурсов при стрессе сочетается с их неравномерным распределением. Так, известно, что состояние
готовности к работе и особенно самой работы характеризуется не только
общей мобилизацией дыхания, кровообращения, но и значительным сужением сосудов органов брюшной полости и неактивных мышц при одновременном расширении сосудов активных мышц (Adams et al., 1971). Этот
факт однозначно свидетельствует, что возникший в результате реакции
мобилизации избыток кислорода, глюкозы и жирных кислот избирательно
направляется в системы, осуществляющие увеличенную функцию.
В настоящее время имеются факты, которые позволяют предположить, что такой эффект перераспределения структурных ресурсов в форме
аминокислот, а, возможно, нуклеотидов и других соединений, составляет
характерную черту стресс-синдрома, а может быть, и существенное биологическое содержание этого неспецифического компонента адаптации.
Известно, что при первых значительных физических нагрузках развивается стресс-синдром: повышается концентрация кортикостерона в
крови, возникают отрицательный азотистый баланс, эозинопения, инволюция тимуса. Одновременно в сердце и скелетных мышцах возникает выраженная активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, в результате которой в мышечных клетках увеличивается масса митохондриальных
структур и развивается выраженная общая гипертрофия [577].
Эти и другие аналогичные факторы приводят к мысли, что при
стресс-синдроме происходит не просто мобилизация энергетических и
258
структурных ресурсов организма, а их дискриминативное перераспределение, или, проще говоря, передача из систем, не участвующих в адаптации к
данному конкретному фактору, в системы, специфически ответственные за
эту адаптацию. Благодаря такому перераспределению кислород, субстраты
окисления, а также предшественники, используемые для синтеза нуклеиновых кислот и белков, направленно поступают в системы, осуществляющие
адаптационную гиперфункцию, в системы, где формируется структурный
след, который в будущем составит основу долговременной адаптации.
Факт, что короткое, заведомо адаптогенное стрессорное воздействие
может в срочном порядке повысить резистентность жизненно важного органа к гипоксии, и эффект этот с большой долей вероятности обеспечивается мобилизацией гликолиза, был установлен сравнительно недавно [393].
Использованное нами короткое стрессорное воздействие (условия
МАУТВ) в отличие от длительного (традиционные условия) не вызвало
нарушений сократительной функции сердца. Основной эффект этого воздействия выявился, когда спортсмены были поставлены в условия миогенной гипоксии. Из полученных нами данных (см. табл. 5.2–5.3, рис. 5.6–5.9,
5.12, 5.15) следует, что спортсмены, перенесшие длительное стрессорное
воздействие, отвечали на гипоксию депрессией основных параметров сокращения и расслабления.
При последующей реоксигенации исчезновение гипоксической контрактуры, характеризуемой уровнем диастолического давления, протекает
у перенесших длительный стресс спортсменов медленнее, чем в условиях
МАУТВ.
Резистентность к миогенной гипоксии сердец спортсменов, перенесших короткое стрессорное воздействие, была существенно повышена.
Из материала тех же таблиц и рисунков следует, что примерно на 40% увеличился индекс расслабления сердечной мышцы и коронарный проток.
259
При гипоксическом воздействии эффект короткого стресса проявился еще
более определенно. Так, при выполнении нагрузки развиваемое сердецами
этих спортсменов давление по сравнению с сердцами контрольных было
увеличено примерно на 45%, скорость развития давления – на 110%, а скорость его падения, т.е. скорость расслабления, оказалась увеличенной в 2,7
раза и как следствие индекс расслабления увеличился почти на 60%. Коронарный приток в сердцах спортсменов, перенесших короткое стрессорное
воздействие, оказался увеличенным в условиях миогенной гипоксии почти
на 90 %.
При реоксигенации все параметры сокращения и расслабления сердец спортсменов, перенесших короткое стрессорное воздействие, полностью восстановились уже на первой минуте. У контрольных спортсменов
(стандартные условия тренировки) на том же этапе реоксигенации развиваемое давление, скорости развития и падения давления оставались сниженными более чем в 2 раза. На позднем этапе реоксигенации эти различия оставались значительными и достоверными для параметров, характеризующих процесс расслабления, т.е. для скорости падения давления и
уровня диастолического давления.
Такой результат означает, что короткое стрессорное воздействие
(работа в условиях МАУТВ) увеличило резистентность сократительной
функции сердца к миогенной гипоксии таким образом, что защищенным
оказался преимущественно процесс расслабления, в осуществлении которого, как известно, решающую роль играет функционирование мембранного кальциевого насоса сарколеммы и СПР кардиомиоцитов, своевременно
удаляющего кальций из миофибрилл.
В целом результаты эксперимента показывают, что работа в условиях МАУТВ вызвала в сердце достаточно стойкие изменения.
Эти изменения, по всей видимости, реализовались в виде двух явле-
260
ний. Во-первых, развивалась активация процесса расслабления в сердечной мышце и в коронарном русле, проявлявшаяся увеличением индекса
расслабления миокарда и снижением сопротивления коронарного русла в
аэробных условиях. Во-вторых, развивалось значительное повышение резистентности сердца к гипоксии, проявлявшееся возросшей устойчивостью
к гипоксии процесса расслабления и резким снижением степени гипоксической контрактуры, а также уменьшением гипоксической потери сердцем
КФК.
Существуют два наиболее вероятных механизма активации системы
расслабления и повышения резистентности сердца к гипоксии при коротком стрессорном воздействии. Во-первых, детерминированная катехоламинами активация гликолиза, который играет роль как в энергообеспечении процесса расслабления, так и в повышении резистентности к гипоксии. Во-вторых, эффект стрессорных гормонов на липидный бислой мембран, который может повысить активность мембранных ферментов, и в
частности ферментов Са++ – насоса.
Известно, что при максимальных физических нагрузках у людей закономерно снижается концентрация АТФ и креатинфосфата в скелетных
мышцах, активируется гликолиз, возникает значительное повышение лактата и снижение рН в крови [19]. Одной из возможных причин недостаточной мощности системы аэробного ресинтеза АТФ, которая составляет основу упомянутых сдвигов, является повреждение клеточных, и прежде
всего митохондриальных мембран. Действительно, доказано, что такие повреждения возникают при максимальных физических нагрузках и проявляются деструкцией внешней мембраны и кристмитохондрий и ферментемией, обусловленной увеличенным выходом цитозольных ферментов через
плазматическую мембрану в плазму крови [579].
В настоящее время известны по меньшей мере две возможные при-
261
чины нарушения мембранных механизмов окислительного фосфорилирования при экстремальных физических нагрузках. Первая из них состоит в
том, что в результате стресса и тканевой гипоксии происходит активация
перекисного окисления липидов в митохондриях. Такая активация обнаружена при физических нагрузках и действительно может вызвать повреждение мембраны [641]. Вторая причина состоит в снижении рН, которое
через те же механизмы активации фосфолипаз и перекисного окисления
липидов (ПОЛ) переключает окисление НАДН на так называемый внешний путь и тем самым существенно снижает эффективность использования
субстратов и кислорода для синтеза АТФ [651].
Представленные выше эффекты стресс-реакции – мобилизация и перераспределение ресурсов, повышение резистентности к гипоксии, связанное с активацией гликолиза; липотропный и антиоксидантный эффекты –
играют самую непосредственную роль в срочной адаптации и создают
предпосылки формирования системного структурного следа, составляющего основу следующего ее этапа – долговременной адаптации.
Вместе с тем в составе стресс-реакции существуют компоненты, которые играют исключительную, преимущественную роль именно в формировании адаптации долговременной.
Первый компонент такого рода состоит в том, что катехоламины,
глюкокортикоиды и, возможно, другие гормоны, секреция которых возрастает при стрессе, обладают прямым влиянием на метаболизм и формирование структур в клетках систем, ответственных за адаптацию.
Другим компонентом является так называемая постстрессорная активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, или анаболическая фаза
стресса, развивающаяся вскоре после завершения любого стрессорного
воздействия, играющая важную роль в формировании системного структурного следа.
262
Стадия перехода от срочной адаптации к долговременной характеризуется активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках системы, специфически ответственной за адаптацию, увеличением мощности
этой
доминирующей
системы,
постепенным
уменьшением
стресс-
синдрома. В дальнейшем в большинстве случаев развивается устойчивая
адаптация. Однако переходная стадия может затягиваться в так называемых безвыходных ситуациях, когда действующий на организм фактор
чрезмерно силен или когда ситуация, возникшая в окружающей среде,
слишком сложна, а потому требуемая приспособительная реакция оказывается неосуществимой. В подобных ситуациях эффективная функциональная система не реализуется, системный структурный след в ней не
формируется. Такие эффекты наблюдаются при использовании традиционных методов тренировки.
В результате первоначальные нарушения гомеостаза сохраняются, а
стимулируемый ими стресс-синдром достигает чрезвычайной интенсивности и длительности. Именно в этой ситуации данный синдром может превращаться из инструмента адаптации в инструмент повреждения и возникают многочисленные стрессорные заболевания.
Следующая стадия сформировавшейся долговременной адаптации
характеризуется наличием системного структурного следа, отсутствием
стресс-синдрома и совершенным приспособлением к определенному фактору или ситуации. При чрезмерно длительной и направленной адаптации
такого рода доминирование определенной системы в соответствии с основным принципом доминанты может привести к одностороннему развитию организма. Так, доказано снижение структурного резерва печени и
почек при адаптации животных к физическим нагрузкам или развитие иммунодефицитного состояния при адаптации к гипоксии. Такое «разоружение» определенных систем организма может стать предпосылкой болезней
263
одностороннего развития.
Стадия изнашивания и функциональной недостаточности не является обязательной, развивается лишь при чрезмерной напряженной адаптации и характеризуется тем, что большая нагрузка на системы, доминирующие в процессе адаптации, приводит к чрезмерной гипертрофии их клеток и как следствие к нарушениям структуры и функции. Это, как показано, может произойти за счет двух механизмов. Первый из них состоит в
том, что при большой гипертрофии рост клеток оказывается несбалансированным и сопровождается избирательным отставанием массы структур,
ответственных за восприятие сигналов управления, ионный транспорт,
энергообеспечение. Такая ситуация, в известном смысле противоположная
структурному комплексу оптимальной адаптации, в деталях была изучена
для большой гипертрофии сердца, где она приводит к депрессии сократительной функции.
Оценивая рассмотренное выше положительное влияние адаптации к
физической нагрузке на общую резистентность организма, т.е. по существу
положительный перекрестный эффект этой адаптации, надо иметь в виду,
что оно проявляется лишь при рациональном дозировании физических
нагрузок, которые адресованы здоровому организму. При адаптировании к
чрезмерным для данного организма физическим нагрузкам в полной мере
реализуется общебиологическая закономерность, которая состоит в том,
что все приспособительные реакции организма обладают лишь относительной целесообразностью.
Иными словами, даже устойчивая, достаточно высокая адаптация к
физической нагрузке может иметь свою биологическую или структурную
цену [393]. Цена адаптации может проявляться в двух различных формах.
Во-первых, в прямом изнашивании функциональной системы, на которую
при адаптации падает главная нагрузка, и, во-вторых, в явлениях отрица-
264
тельной перекрестной адаптации, т. е. в нарушении у адаптированных к
физической нагрузке людей других функциональных систем и адаптационных реакций, не связанных с физической нагрузкой.
Прямая функциональная недостаточность может реализоваться в
условиях остро возникшей большой нагрузки, при которой описаны прямые повреждения структур сердца [396], мышц [175], ферментемия [121,
639] и другие изменения, являющиеся как итогом самой перегрузки, так и
возникающей при этом стресс-реакции. Эта цена срочной адаптации ярко
проявляется при первых нагрузках нетренированных людей. Как показывают результаты наших исследований, вышеперечисленных последствий
можно избежать в случае проведения тренировок в условиях МАУТВ.
При длительной устойчивой адаптации также могут наблюдаться явления повреждений структур в функциональной системе, ответственной за
адаптацию. Действительно, в настоящее время даже в отношении такого
оптимального случая адаптации, как адаптация на выносливость, имеется
противоречивая информация. Так, с одной стороны, имеются убедительные данные, что при секционном исследовании погибших от случайных
причин марафонцев [634], пастухов племени Масаи [650], индейцев Тарахумара, в структуре поведения которых большое место занимают бег и
ритуальные танцы, в сердце не обнаружено патоморфологических изменений, коронарные сосуды широкие, не имеют атеросклеротических изменений: в некоторых случаях диаметр коронарных артерий увеличен по сравнению со средней нормой в 2 – 3 раза [672].
У спортсменов самой различной специализации и квалификации часто наблюдается блокада правой ножки пучка Гисса и нередко – блокада
ветвей левой ножки Гисса. Поскольку повторные максимальные физические нагрузки у спортсменов, а также у людей многих других профессий
часто реализуются в соревновательных и других стрессорных ситуациях,
265
весьма вероятно, что эти нарушения проводимости – результат стрессорного по своему происхождению очагового кардиосклероза [396]. В соответствии с современными представлениями такие нарушения проводимости составляют важную предпосылку так называемого повторного входа
возбуждения (reentry mechanism), играющего решающую роль в возникновении фибрилляции сердца [579].
Таким образом, при повторных нагрузках в экстремальных условиях
изнашивание сердца в форме очагового некоронарогенного кардиосклероза может лимитировать совершенство адаптации и составляет пример
структурной цены долговременной адаптации [15].
Цена адаптации в форме нарушения функции систем, которые не
принимают непосредственного участия в реакциях организма на физическую нагрузку при интенсивном режиме адаптации или при ее осуществлении на ранних этапах онтогенеза, выражена еще более резко.
Учитывая вышеизложенное и результаты наших исследований, можно утверждать, что тренировки в условиях МАУТВ резко снижают возможности повреждения организма спортсмена чрезмерными для него
нагрузками, вызывают устойчивую, адекватную адаптацию к физической
нагрузке, позволяющую выполнять большую работу и обусловливающую
быстрое и эффективное восстановление исходного состояния.
Основными факторами, подтверждающими эффективность предлагаемой нами методики тренировки велосипедистов-шоссейников низкого
уровня подготовленности, являются результаты проведенного педагогического эксперимента. Как видно из представленного материала, результаты
тестирования достоверно выше в группе, тренирующейся с применением
МАУТВ, позволяющей автоматически регулировать сопротивление по ответной реакции организма.
Расстояние, пройденное спортсменами за 30 мин в условиях вело-
266
станка, в экспериментальной группе (19,15±1,78 км) достоверно больше,
чем в контрольной (17,02±0,82 км). Полученное достоверное различие параметров исследуемых характеристик свидетельствует об эффективности
предлагаемой нами методики тренировки велосипедистов низкого уровня
спортивного мастерства.
Выводы по главе
1.
Разработана, создана и апробирована на практике машина ав-
томатизированного управления для тренировки велосипедистов, представляющая собой компьютеризованный велотренажерный комплекс, позволяющий непрерывно регулировать физическую нагрузку по заданной ЧСС
на основе отрицательной обратной связи.
2.
Зарегистрирована динамика ЧСС и насыщения гемоглобина
артериальной крови кислородом, которая показывает, что в условиях
МАУТВ организм спортсмена лучше адаптируется к нагрузке, а ее вариативное изменение позволяет удерживать параметры ЧСС в оптимальном
«коридоре»: 149,7 – 154,9 удара в минуту, тогда как в традиционных условиях тренировки этот коридор составляет 161,34 – 171,4 удара в минуту,
достоверно превышая оптимальный уровень.
3.
Спортсмены, тренирующиеся в условиях МАУТВ, быстрее
восстанавливаются (время восстановления в экспериментальной группе
составляет 64,2±1,03 с против 85,7 ± 1,13 с в контрольной) и выполняют
больший объем работы, что свидетельствует о развитии у них адаптационного синдрома.
4.
Методика занятий в условиях МАУТВ для велосипедистов с
оптимальной ЧСС способствует улучшению параметров биомеханических
характеристик движения. Это выражается в увеличении скорости движения и пройденного расстояния у всех испытуемых.
Так, если скорость движения, развиваемая спортсменами высокой
267
квалификации в традиционных условиях тренировки, составляет 31,7 ±1,09
км/ч, то в условиях МАУТВ она равна 33,3 ± 1,45 км/ч; у спортсменов
средней квалификации эти показатели равны 30,8 ± 2,63 и 32,6 ± 1,08 км/ч,
у спортсменов низкой квалификации – 31,1 ±0,56 и 32,5 ± 0,96 км/ч соответственно.
Расстояние, пройденное в традиционных условиях тренировки, составляет 15,4 ± 0,43 км/ч – 15,3 ± 0,29 км/ч, а при тренировке на МАУТВ –
17,1 ± 0,72 км/ч – 16,3 ±0,32 км/ч в зависимости от уровня спортивного мастерства.
5.
Разработанная нами методика применения МАУТВ, позволя-
ющей непрерывно автоматически регулировать нагрузку по ответной реакции организма спортсмена, является эффективным средством оптимизации управления тренировочным процессом в циклических видах спорта
вообще и в велосипедном спорте в частности и служит повышению результативности тренировочного процесса.
268
ГЛАВА VI
ТЕХНОЛОГИЯ ТРЕНИРОВКИ СПОРТСМЕНОВ-АРМРЕСТЛЕРОВ
ВЫСШЕЙ КВАЛИФИКАЦИИ В УСЛОВИЯХ АДАПТИВНОГО
УПРАВЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНОЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ
6.1.
Предпосылки создания безынерционного тренажера адаптивного
управления для армспорта
В настоящее время все более широкое использование средств элек-
тронно-вычислительной техники в различных областях человеческой деятельности справедливо обусловлено высокой эффективностью ее применения. Создаваемые сегодня АСУ значительно облегчают профессиональный труд человека, беря на себя выполнение неинтеллектуальной, однообразной работы, зачастую связанной с обработкой больших массивов данных.
Литературный обзор показал, что в области спорта большинство из
существующих АСУ уже устарели, а новейшие разработки только
начинают внедряться [280, 281, 282, 283, 284, 292, 293, 318, 335, 336, 352,
358, 372, 373, 374, 398, 437, 447, 462, 481, 484, 487, 502, 503, 517, 538, 540,
568, 570, 593, 594, 597, 621].
Актуальность данного исследования обусловлена потребностью
спорта в разработке систем управления и сбора данных, способствующих
решению проблемы выдачи экспресс – информации о качестве выполнения
двигательного действия, формировании управляющих (корректирующих)
воздействий на спортсмена. Наряду с этим существуют проблемы адаптивного управления тренировочной нагрузкой на основе индивидуальных
особенностей спортсмена. Недостаточно развита индустрия производства
тренажерных средств, реализующих возможности современных информационных технологий.
269
Применительно к спорту разработка АСУ преследует цели
улучшения качества тренажерных средств и увеличения спортивных
результатов, облегчения работы тренерского состава по учету и контролю
за тренировочным процессом спортсменов. Но главным результатом,
которого очень трудно добиться без применения новейших разработок в
области компьютерной техники и электроники, является раскрытие
человеческих возможностей, понимание сути процессов, происходящих в
его организме под воздействием физических нагрузок. До сих пор нет
научнообоснованной
теории,
применение
которой
позволило
бы
достаточно точно рассчитать тренировочную нагрузку на каждый день, на
каждое движение внутри подхода. Поэтому тренировочный процесс,
особенно спортсменов высокой квалификации, связан с определённым,
порой, весьма значительным риском. Этот риск обусловлен возможностью
превышения допустимой для организма физической нагрузки, что часто
приводит не только к временному снижению результатов спортсмена, но и
к большому ущербу для его здоровья. Порой, преследуя цели достижения
все более и более высоких результатов, спортсмен травмируется так, что
навсегда выбывает из спортивной жизни. Поэтому тренер несет большую
ответственность, планируя каждую тренировку.
Тренировочный процесс спортсменов высокой квалификации отличается увеличением влияния их индивидуальных показателей на расчет
параметров тренировочной нагрузки [253, 537]. Исходя из этого перспективной представляется возможность применения индивидуальных программ тренировок. Использование современных информационных технологий, средств компьютерной вычислительной техники и электроники
позволяет решить большинство из существующих проблем автоматизации
в спорте. Применение АСУ тренировочным процессом исключает ошибки,
присущие субъективной оценке тренером объема физической нагрузки
спортсмена в процессе выполнения им того или иного упражнения, повышает качество и эффективность тренировки. Например, известен факт, ко-
270
гда применение АСУ, в основе которой лежала математическая модель
спортивного движения, позволило добиться нового олимпийского рекорда.
Поэтому проектирование подобных систем обусловлено их реальной потребностью в организации учебно-тренировочного процесса.
Необходимо отметить, что существующие в настоящее время в
спорте проблемы автоматизации тренировочного процесса, контроля за
правильностью выполнения упражнений, автоматизации эксперимента
ставят перед разработчиком задачи построения гибкой, легко настраиваемой АСУ, обладающей «дружественным» интерфейсом для конечного
пользователя, которая реально облегчит профессиональную работу тренера. Создаваемая система, по нашему мнению, должна строиться по блочномодульному принципу с максимальной унификацией входящих в нее узлов
и агрегатов. Это позволит дополнить ее новыми возможностями, а в случае
необходимости заменить морально устаревшие блоки технологически новыми. Все это добавляет «плюсы» подходу, основанному на принципе программного управления выполнением измерительно-вычислительных операций, предоставлением срочной информации, формированием воздействия в соответствии с конкретными задачами управления.
Современному тренеру чемпионов для свободного ориентирования
в новых технологиях, основанных на АСУ, необходимы дополнительные
знания в таких областях, как: механика, электроника, теория измерений,
теория аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований, метрология, математическая статистика, теория баз данных, теории автоматического управления.
6.2. Конструкция безынерционного тренажера адаптивного
управления для армспорта
Конструкция безынерционного тренажера адаптивного управления
для армспорта представлена на рис. 6.1.
271
Рис. 6.1. Безынерционный тренажер адаптивного управления
для армспорта
1. Стойка.
14. АСУ.
2. Стол для армспорта.
15. Отверстия.
3 и 4. Ползуны.
16. Трос.
5 и 11. Крепления.
17. Электродвигатель.
6. Пружина.
18. Ось.
7. Датчики перемещения.
19. Фиксатор.
8 и 9. Держатели.
20. Электродомкрат.
10. Рукоятка.
21 и 22. Специальные ползуны.
12 и 13. Блоки.
23. Датчик силы.
272
Тренажер содержит трубчатую стойку 1, выполненную из телескопически сочлененных между собой частей и прикрепленную к столу для
армспорта 2 с помощью креплений 5 и 11; два ползуна 3 и 4, установленные на части трубчатой стойки 1 с наибольшим диаметром; средство создания нагрузки, включающее пружину 6, соединенную с держателями
пружин 8 и 9. Трособлочная система включает рукоятку 10, два блока 12 и
13, установленные на части стойки 1 с наименьшим диаметром. Один конец троса 16 соединен с датчиком силы 23, который, в свою очередь, соединен с рукояткой 10, а другим концом, огибая блоки 12 и 13, закрепляется на держателе пружин 8 в отверстие 15.
Первый держатель пружин 8 установлен на первом сверху ползуне
3 посредством оси 18 для обеспечения его углового поворота в вертикальной плоскости и имеет фиксатор 19 его углового поворота, установленный
на втором ползуне 4.
Второй держатель пружин 9 и электродомкрат 20 являются червячной парой, которая крепится к стойке 1 специальными ползунами 21 и 22.
Пружина 6 установлена в держателях пружин 8 и 9 посредством их
размещения в отверстиях 15.
Электродомкрат 20 представляет собой червячный домкрат с двигателем постоянного тока 17. Управление электродвигателем 17 производится АСУ 14 (включающей в себя персональный компьютер и блок ввода–
вывода аналоговой информации) по данным, получаемым от датчиков перемещения 7 и силы 23.
Тренажером пользуются следующим образом.
Прежде чем выполнить то или иное упражнение, необходимо установить фиксатор ползуна 4 в такое положение, при котором держатель
пружин 8 принял бы в исходном положении заданный угол (обычно он
располагается горизонтально, см. рис. 6.1). Затем необходимое количество
пружин 6 устанавливается в определенном положении между первым 8 и
вторым держателем пружин 9. Положение пружин зависит от их крепле-
273
ния в отверстиях 15 держателей пружин 8 и 9. Изменяя положения пружин
и первого держателя, можно создать множество (большое количество) режимов сопротивления.
Изменение положений пружин становится возможным за счет
предусмотренного значительно большего количества отверстий 15 на первом 8 и втором держателях пружин 9, чем количество используемых пружин 6.
При выполнении тягового движения наряду с перемещением рукоятки 10 происходит поворот на определенный угол первого держателя
пружин 8. Повороту первого держателя противодействуют пружины(а) 6.
При возвращении рукоятки в исходное положение пружины 6 возвращают
в исходное положение первый держатель пружин 8.
6.3.
Режимы сопротивления, создаваемые на безынерционном
тренажере адаптивного управления для армспорта
Для создания на безынерционном тренажере адаптивного управле-
ния (БТАУ) возрастающего режима сопротивления пружину необходимо
закрепить, как показано на рис. 6.2. Разница между закреплением пружины
под углом или ее вертикально состоит в том, что под углом сопротивление
возрастает более плавно (рис. 6.3).
Рис. 6.2. Способы закрепления пружины для создания возрастающего
274
режима сопротивления
Рис. 6.3. Графики типичного изменения силы при
возрастающих режимах сопротивления
Для создания убывающего режима сопротивления пружину необходимо закрепить, как показано на рис. 6.4.
Рис. 6.4. Способы закрепления пружины для создания убывающего режима
275
сопротивления
Разница между углом закрепления пружины состоит в том, что в
первом случае сопротивление убывает более резко (рис. 6.5).
F
0
L
F
0
L
Рис. 6.5. Графики типичного изменения силы при
убывающих режимах сопротивления
F
0
Рис. 6.6. Способы закрепления пружины
L
Рис. 6.7. График проявления
276
для создания постоянного режима
силы при постоянном режиме
Рис. 6.8. Способ закрепления пружины для создания возрастающего с
переходом на убывающий режим сопротивления
F
0
L
Рис. 6.9. График проявления силы при возрастающе-убывающем режим
сопротивления
Для создания убывающе-возрастающего режима сопротивления
необходимы определенные условия. Так, на разработанном нами безынерционном тренажере адаптивного управления для армспорта необходимо
закрепить пружины, как показано на рис. 6.10. Пружина 6 создает убывающее сопротивление, а пружина 6.1 (коэффициент жесткости которой
должен быть в два раза выше, чем пружины 6) – возрастающее, но не сразу, а через определенное расстояние. Это происходит в результате того,
277
что у пружины 6.1 конструктивно предусмотрен трос 14.
6.1
6
14
η
λ
Рис. 6.10. Способ закрепления пружин для создания убывающего с переходом на возрастающий режима сопротивления
На рис. 6.11 представлены 4 графика изменения силы при применении моделируемого нами убывающе-возрастающего режима сопротивления в зависимости от места крепления пружин 6 и 6.1, величины их жесткости, а также от точки перехода смены режимов с убывающего на возрастающий (что достигается изменением длины троса 14).
В зависимости от конкретных задач, решаемых в тренировочном
процессе, тренер (спортсмен) может использовать необходимый режим
изменения силы.
Длина троса 14 может регулироваться специальным устройством
для его крепления к концу пружины. Именно длина троса (при всех прочих
278
равных условиях) определяет момент начала действия возрастающего сопротивления мышцам спортсмена. Длину троса 14 необходимо регулировать в зависимости от анатомических размеров руки армрестлера и некоторых конструктивных особенностей тренажера (жесткости, длины, места
закрепления используемых пружин и др.), а также от выбранного тренером
характера изменения силы (рис. 6.11).
110
F%
100
90
80
70
L
60
Рис. 6.11. Графики изменения силы при убывающем с
переходом на возрастающий режиме сопротивления
Чем короче трос, тем быстрее убывающее сопротивление сменяется возрастающим. Это зависит и от расстояния между верхним и нижним
держателями: чем больше расстояние между ними, тем быстрее убывающее сопротивление сменяется возрастающим.
Чем выше упругость (жесткость) пружины, тем «круче» изменения
проявления силы по ходу выполнения движения.
Изменение в проявлении силы по ходу выполнения движения зависит также от величины угла, под которым закреплены пружины (см. рис.
6.10). Чем меньше угол η, образованный пружиной 6 и нижним держателем, тем быстрее происходит убывание во второй фазе движения. Чем
меньше угол λ, образованный тросом 14, прикрепленным к пружине 6 (при
натянутом состоянии) и нижним держателем, тем меньше возрастает величина силы сопротивления мышцам армрестлера в конце второй и третьей в
фазе движения.
279
6.4.
Принцип работы безынерционного тренажера адаптивного
управления для армспорта
6.4.1. Общие принципы работы безынерционного тренажера адаптивного управления для армспорта
Все
функциональные
компоненты
разработанной
системы
управления можно условно разделить на три группы: механическая часть,
аппаратное и программное обеспечение. В свою очередь, программная
часть
системы
реализует
функции
методического
обеспечения
и
использует математическую модель цифрового фильтра.
В состав разработанной АСУ входит машина адаптивного управления для армспорта, представляющая собой тренажер (см. рис 6.1), моделирующий спортивное движение. Начальное натяжение пружин регулируется АСУ электромеханическим способом. Датчики 23 и 7, АСУ 14, блок изменения нагрузки (электродомкрат 20) образуют контур адаптивной обратной связи. Настоящая система в качестве АСУ использует ЭВМ, что
дает некоторые преимущества перед традиционными тренажерными
устройствами, а именно: позволяет не только осуществлять автоматическое регулирование величины нагрузки, но и задавать ее индивидуально
каждому спортсмену, помещать в базу данных результаты каждого выполненного упражнения. Так как результаты выполнения каждого упражнения
сохраняются в базе данных и используются в дальнейшем для управления
нагрузкой, эту систему можно отнести к адаптивным автоматическим
системам управления дуального класса [216, 278, 456]. Преимущества
программной обработки очевидны. Во-первых, это универсальность: небольшим изменением настроек программы из пользовательского интерфейса можно радикально изменить алгоритм обработки и критерии принятия решения о формировании уровня нагрузки на испытуемого; во-вторых,
280
результаты измерений могут быть записаны и воспроизведены любое количество раз без потери качества; в-третьих, записанные данные могут
быть использованы в более сложных расчетах для получения новых данных из уже проведенного эксперимента и их статистической обработки.
Все эти преимущества в конечном счете улучшают результаты тренировок.
Предложенный программно-аппаратный комплекс имеет структуру,
представленную
динамических
на
и
рис.
других
6.12.
Информация
параметрах
о
движения
кинематических,
преобразуется
соответствующими датчиками в электрические сигналы [555]. Затем они
усиливаются
блоком
усилителей
до
величины
(необходимой
для
регистрации платой сбора данных), которая осуществляет аналогоцифровое преобразование поступивших на нее сигналов [303]. После этого
информация о характеристиках движения представляется в цифровом
виде, и вся ее дальнейшая обработка осуществляется программно.
Рис. 6.12. АСУ тренировочным процессом армрестлеров
Подпрограмма сбора и первичной обработки данных считывает с
платы сбора данных информацию о движении, представляет ее в удобном
281
для дальнейших вычислений виде и заносит в массив данных. Основная
программа забирает измеренные данные из массива, вычисляет основные
характеристики движения, сравнивает их со значениями, которые задал
тренер, и решает вопрос об изменении тренировочной нагрузки.
Далее подпрограмма формирования управляющих сигналов для
нагрузочного устройства по результатам работы основной программы
выставляет на порт параллельного ввода–вывода сигнал о направлении
изменения
величины
нагрузки.
При
этом,
периодически
получая
управление через интервал времени, определенный таймером, она каждый
раз проверяет соответствие величины нагрузки заданной и в случае ее
достижения снимает управляющий сигнал.
Следующий блок осуществляет гальваническую развязку сигналов
управления с порта ввода–вывода ЭВМ и конечной схемы электропривода,
что исключает выход ЭВМ из строя в случае короткого замыкания или
перегрузки и поражение электрическим током спортсмена [151, 305].
Схема защиты от сбоев, входящая в этот блок, разработана для
исключения
ситуаций
противоречивости
управляющих
сигналов
(включение электропривода сразу в обе стороны вращения). Таким
образом,
функционирование
электромеханического
привода
не
представляет опасности ни для ЭВМ, ни для спортсмена.
В начале тренировки спортсмену дается нагрузка, зависящая от
его индивидуальных характеристик. Это отличает данную систему
управления от подобных, которые, как правило, задают в начале
выполнения упражнения какой-то определенный уровень нагрузки и лишь
затем подстраивают его под индивидуальные возможности тренируемого.
Управление
тренировочной
нагрузкой
в
данной
АСУ
осуществляется на основе вычисления скорости выполнения движения. В
начале тренировки спортсмену выставляется нагрузка, соответствующая
какому-то процентному значению его максимальных возможностей,
282
хранящихся в базе данных. Далее он выполняет упражнения по заданному
тренером плану тренировки. Если спортсмен показывает «хорошие
результаты», это проявляется в превышении максимальной скорости
выполнения упражнения, задаваемой тренером. В этом случае АСУ
увеличивает
нагрузку
пропорционально
превышению
скорости.
Нарастающее в процессе тренировки утомление мышц спортсмена
является причиной снижения скорости. Поэтому АСУ постепенно, от
упражнения к упражнению, снижает нагрузку для поддержания заданной
скорости выполнения движения. Выполнение подхода прекращается после
заданного тренером количества повторений упражнения либо в случае
падения
скорости
выполнения
движения
до
некоторого
(программируемого) минимального значения. Спортсмену подается сигнал
о прекращении выполнения упражнений и необходимости отдыха.
6.4.2. Механическая часть системы управления безынерционного тренажера адаптивного управления для армспорта
В состав механической части системы управления входят: тренажер
с нагрузочным устройством, электромеханический привод и датчики
измерения физических величин.
В АСУ использованы три измерительных датчика: два датчика,
регистрирующие биомеханические параметры движения спортсмена,–
силу выполнения движения и перемещение, и один датчик перемещения
для контроля величины задаваемой тренировочной нагрузки.
В качестве датчика силы используется измерительный мост,
состоящий из 4 тензодатчиков резистивного типа, наклеенных на
внутреннюю поверхность пружины кольцевого типа. Измерительный мост
питается от отдельного усилителя переменным напряжением. Так как
выходной
сигнал
детектированию
в
датчика
также
том
усилителе.
же
переменный,
он
Применение
подвергается
такой
схемы
обусловлено необходимостью получения значения величины силы,
283
развиваемой спортсменом в каждый момент времени, т. е. как в
динамическом, так и в статическом режиме.
6.4.3. Аппаратное обеспечение автоматизированной системы
адаптивного управления
Регистрируемых каналов получения аналоговой информации три,
т. е. данная система является многоканальной. Для ее построения остановимся на выборе систем с мультиплексированием. Учитывая, что время
выполнения движения на разработанном нами тренажере с нагрузкой 95 %
от максимума у армрестлеров высшего уровня мастерства составляет около 0,5 с, частота оцифровки АЦП должна составлять не менее 1000 Гц на
один канал (около 500 измерений за упражнение).
В настоящее время на рынке измерительных приборов представлен
большой ассортимент плат сбора и обработки информации от различных
фирм-производителей. В состав таких плат обычно входит быстродействующее 10–24 - битное АЦП, мультиплексор с числом каналов мультиплексирования от 4 до 32, устройство выборки и хранения, ЦАП, а также
набор линий для ввода–вывода цифровой информации [644]. В разработанной АСУ, ввиду доступности используется плата сбора и обработки
информации L-780 фирмы L-Card. В состав платы входят:
 14 - битное АЦП с максимальной частотой дискретизации в 400
кГц и возможностью параллельной оцифровки до 32 каналов аналоговой
информации и пределами измерения ±5В, ±1,25В, ±0,3125В, ±0,078В;
 12 - разрядный 2 - канальный ЦАП, максимальная частота
преобразования которого – 125 кГц, а выходной диапазон значений
выходного напряжения составляет ±5В;
 цифровые входы и выходы (по 16).
Для стыковки платы АЦП с измерительными датчиками понадобилось согласовать диапазон выходных значений напряжения блока усилителей с входным диапазоном АЦП. Электробезопасность всей системы обес-
284
печена применением надежного заземления всех ее аппаратных частей, а
также гальванической развязкой устройства изменения нагрузки и компьютера.
Плата аналого-цифрового преобразователя установлена в системный блок компьютера. Компьютер является центром всей измерительновычислительной системы, поэтому требования к его быстродействию тем
выше, чем более сложные расчеты предполагается на нем производить.
Для разработанного нами безынерционного тренажера адаптивного управления оказалось достаточным мощности ПК на базе Celeron 1300/128/30G.
Обязательным условием функционирования АСУ является наличие свободного параллельного порта ввода-вывода, предустановленной операционной системы Windows 9x (из-за ограничений доступа к аппаратной части
ЭВМ из других ОС).
Устройство изменения нагрузки состоит из двух частей:
1. Механической
–
используется
для
непосредственного
регулирования величины тренировочной нагрузки: увеличения либо
уменьшения натяжения пружин тренажера, создающих сопротивление
движению. Представляет собой две последовательно соединенные и
приводимые в движение тяговым электродвигателем червячные пары.
2. Электрической – реализует функции управления направлением
вращения тягового электродвигателя в зависимости от управляющих
сигналов.
Работа данного узла АСУ происходит следующим образом.
Сигналы управления, сформированные по результатам выполненного упражнения, выводятся через параллельный порт компьютера на
устройство сопряжения (УС). Оно представляет собой электронную схему
управления направлением вращения тягового двигателя электропривода.
Из всего набора сигналов параллельного интерфейса Centronics задействованы три линии регистра данных Data 0–Data 2. Управляющие сигналы, выработанные программой, по линиям Data 0–Data 1 подаются на
285
входы логических элементов DD 1.1 – DD 1.3 микросхемы DD1. Данные
логические элементы реализуют схему защиты выходных цепей устройства сопряжения от перегрузки по току в случае одновременной подачи
управляющих сигналов сразу на оба входа УС. Такая ситуация возникает,
например, при включении питания компьютера, когда происходит стандартная инициализация параллельного порта. Из таблицы истинности работы данного узла схемы (приложение 2) следует, что в случае подачи
управляющего сигнала (лог. 1) только на один из входов устройства на выходе соответствующего элемента установится уровень логического 0, который соединит микромощную лампу накаливания оптопары (U1 или U2
соответственно) с общим проводом. Сопротивление резистора, входящего
в эту оптопару, уменьшится, что приведет к замыканию цепи управляющего электрода тиристора. Таким образом на тяговый электродвигатель поступит питающее напряжение, полярность которого зависит от управляющего сигнала, его якорь придет во вращение и сопротивление на тренажере
возрастет. Тиристор будет находиться в открытом состоянии до тех пор,
пока не будет снят управляющий сигнал. Как только он будет снят, тиристор отключит тяговый двигатель от источника питания и изменение
нагрузки прекратится.
Диодный мост VD5–VD9 обеспечивает неизменное направление
электрического тока в возбуждающей обмотке электродвигателя. Направление же электрического тока в цепи якоря двигателя меняется в зависимости от того, какой тиристор включен – VS1 или VS2, т. е. при смене
управляющего сигнала. Если бы питание обмотки и якоря электродвигателя осуществлялось током одного направления, изменения направления
вращения якоря не происходило бы.
Диодный мост, собранный на элементах VD1–VD4, обеспечивает
выпрямление пониженного трансформатором T1 сетевого напряжения. Так
как после моста нет сглаживающего конденсатора, форма тока, питающего
электродвигатель через тиристорные ключи, имеет импульсный характер с
286
частотой, в два раза превышающей частоту сетевого напряжения. Это приводит к периодическому выключению и включению питания тиристора и
электродвигателя с той же частотой. Ввиду того что эта частота довольно
велика – 100 Гц – по сравнению с инерционностью электродвигателя, на
работе устройства данный факт не сказывается. Напротив, при снятии
управляющего сигнала тиристор не может отключиться сразу – этот процесс происходит лишь при переходе сетевого напряжения от одной полуволны к другой.
В схеме УС использованы микромощные оптопары, микросхема
DD1 типа К1533ЛА3 с малым энергопотреблением, поэтому данную часть
схемы стало возможным питать непосредственно от параллельного порта
компьютера, через линию Data 2. Тем самым в схеме УС реализуется гальваническая развязка цепей компьютера и электродвигателя, что повышает
электробезопасность схемы.
6.4.4. Методическое обеспечение автоматической системы
адаптивного управления
В основе разработанной нами АСУ лежит метод управления тренировочной нагрузкой спортсмена, основанный на анализе скорости движения. Суть метода заключается в следующем (приложение 2 б).
Тренер
задает
процентное
отношение
требуемой
величины
скорости (KVT и силы KFT ) к максимальным показателям каждого из
спортсменов (Vmax и Fmax соответственно) перед началом каждого подхода,
производимого в течение тренировки. Как правило, план тренировки
представляет
собой
последовательность
чередующихся
подходов,
направленных на развитие либо силы, либо скорости, либо выносливости.
Задаваемая тренером нагрузка зависит от многих параметров и выбирается
тренером
индивидуально
с
учетом
конкретных
требований
тренировочного процесса.
В начале тренировки из базы данных выбираются максимальные
287
результаты спортсмена за указанный промежуток времени и затем
умножаются на процентные соотношения, заданные тренером. Величина
скорости (V=VmaxKVT) поступает на первый суммирующий элемент, где
вычитается из текущей скорости выполнения движения. Величина силы
(F0=FmaxKFT) используется в качестве начального значения, определяющего
тренировочную нагрузку, и поступает на вход второго суммирующего
элемента, где из нее вычитается рассчитанное значение контрольной силы:
FK=KLL+CL,
где KL – коэффициент пропорциональности между максимальной
силой сопротивления пружин и длиной L нити датчика координаты
электромеханического привода, зависящий от расположения пружин и
коэффициента их упругости,
CL – коэффициент аддитивности, зависящий от длины пружин.
Полученная разность используется для определения направления
вращения ротора тягового двигателя электромеханического привода в
соответствии с правилом трехпозиционного реле с гистерезисом:
нагрузки
 уменьшение

 нет изменения
 увеличение
нагрузки

Fi  Fk   G
при
при  G  Fi  Fk  G
при
,
G  Fi  Fk
где Fi – требуемая величина нагрузки;
i – номер упражнения, выполняемого внутри подхода;
G
–
половина
значения
максимальной
величины
рассогласования системы.
Таким образом, тренировочная нагрузка начнет изменяться в
сторону уменьшения разности Fi–Fk. Как только величина рассогласования
системы управления попадет в отрезок [–G; G], изменение нагрузки
прекратится.
Величина
гистерезиса
обусловлена
максимальным
данной
интервалом
системы
времени,
управления
через
который
288
проверяется рассогласованием.
При
 V  X  V
выполнении
упражнения
рассогласование
по
скорости
пропорционально изменяет требуемую величину нагрузки:
Fi=Fi–1+KV∆V,
где KV – коэффициент пропорциональности. Он подбирается
достаточно малым, чтобы обеспечить устойчивость системы.
Вычисленная скорость движения
X
, а также измеренная величина
максимальной силы Fmax , проявленной спортсменом, поступают в базу
данных для дальнейшего анализа и подсчета статистических показателей.
В зависимости от внутреннего состояния организма спортсмена
(усталость, стресс и т. д.), от количества выполненных упражнений
результаты, которые показывает спортсмен, будут изменяться. На основе
этих результатов будет проводиться дальнейшее регулирование величины
нагрузки. В том случае, когда спортсмен проявляет высокую скорость
выполнения упражнения, тренировочная нагрузка увеличивается и
фиксируется ее новое значение, от которого будет производиться
дальнейший отсчет нагрузки. В процессе выполнения упражнения
спортсмен проходит стадию врабатывания, характеризующуюся ростом
результатов. В этот период скорость выполняемых им движений
возрастает
и
программа
управления
постепенно
увеличивает
тренировочную нагрузку. Ближе к концу выполнения подхода мышцы
тренируемого постепенно утомляются, что приводит к уменьшению
скорости выполнения движений, и тренировочная нагрузка будет снижена.
По выполнении заданного количества движений в подходе данные об их
результативности сохраняются в файл, спортсмену подается сигнал для
отдыха, и работа программы управления завершается.
6.4.5. Программное обеспечение автоматизированной системы
управления
Программное
обеспечение
АСУ
тренировочной
нагрузкой
289
реализует описанный метод управления и состоит из базы данных и
программы,
реализующей
функции
автоматического
управления
нагрузкой. В качестве системы управления базой данных использована
СУБД Access из поставки Microsoft Office Professional 97. Такой выбор
обусловлен простотой разработки и программирования в данной среде. К
тому же нет необходимости приобретать отдельный программный продукт
СУБД: – Microsoft Office установлен практически на любом современном
компьютере.
При разработке АСУ тренировочным процессом необходимо было
провести анализ предметной области.
В рамках данной предметной области можно выделить следующие
объекты: тренер, спортсмены, адаптивная АСУ, тренировочные занятия,
спортивно-тренировочные показатели.
Объекты предметной области имеют следующие свойства:
сущности: тренер, спортсмен, адаптивная АСУ, подход,
o
биомеханический параметр;
атрибуты:
o
– спортсмена: индивидуальный код, фамилия, имя, отчество, рост,
вес, пол, спортивный разряд, вид спорта, учебная группа, группа по
функциональному признаку;
–
подхода:
тип
упражнения,
инструкция
по
выполнению
упражнения;
– биомеханического параметра: тип, дата измерения, допустимые
пределы изменения, порядковый номер.
o типы связей:
– выполняет: спортсмен выполняет подход (В),
– проявляет: спортсмен проявляет биомеханические параметры (П),
– состоит: подход состоит из серии биомеханических параметров
(С).
Из представленной на рис. 6.13 инфологической модели видно, что
290
спортсмен выполняет подход (серию упражнений), проявляя при этом
некоторые биомеханические параметры, а подход, в свою очередь, состоит
из серии биомеханических параметров.
В
Подход
Код типа упражнения
Спортсмен
Индивидуальный
номер
Тип упражнения
Фамилия
Описание типа
упражнения
Имя
Отчество
С
Рост
Вес
Пол
Спортивный разряд
Биомеханический
Вид спорта
параметр
П
Код параметра
Учебная группа
Функциональная
группа
Тип параметра
Дата измерения
Допустимые пределы
измерения
Порядковый номер
Рис. 6.13. Инфологическая модель предметной области
Даталогическая
модель представлена на рис. 6.14. Выбор
достаточно сложной и разветвленной даталогической модели при
сравнительно низкой насыщенности инфологической модели обусловлен
стремлением разработать максимально гибкую модель, не привязанную к
ограниченному
числу
измеряемых
биомеханических
параметров.
291
Некоторые атрибуты спортсмена имеют динамический характер и не могут
быть сохранены в виде статических данных. Поэтому для их хранения
выделены новые отношения.
Рис. 6.14. Даталогическая модель базы данных
Разработанная база данных выполняет функции хранения и
статистической обработки результатов тренировок, предоставляет тренеру
необходимые функции по ведению журнала тренировок и учету
спортивных показателей спортсменов.
Интерфейс программы представлен на рис 6.15 и рис. 6.16. В
регистрационной форме заполняется информация о спортсмене: его
292
спортивный разряд, вес и членство в группах по функциональным
признакам. В форме для выбора режима работы сначала задается тип
упражнения, выбирается испытуемый и период, за который оценивается
предыдущий уровень физической подготовленности. После этого тренер
нажимает кнопку «Старт», которая запускает программу автоматического
управления тренировочной нагрузкой через интерфейс командной строки,
задавая ей требуемую силу сопротивления пружин, скорость движения и
количество повторов.
Рис. 6.15. Регистрационная форма спортсмена
Рис. 6.16. Форма для выбора режима работы и запуска программы
293
автоматического управления
Для разработки программы управления была выбрана среда
визуального
программирования
Delphi
3.0.
Основным
языком
программирования в Delphi считается Object Pascal, являющийся языком
высокого уровня. Синтаксис Object Pascal построен таким образом, чтобы
максимально эффективно использовать программный код, написанный
программистом. Для задач программирования внешних (аппаратных)
устройств, работы с регистрами в Object Pascal имеется ряд битовых
функций, существует поддержка программного кода ассемблера. Данные
возможности стали определяющими при выборе языка программирования
[303].
Алгоритм работы программы в целом представлен приложении 3 в
виде блок-схемы. Программа запускается базой данных из командной
строки с переданными в нее параметрами: требуемой величиной силы и
скорости движения и количеством движений, которые необходимо
выполнить.
Задача программы – автоматическое регулирование величины
тренировочной нагрузки для поддержания ее на уровне, заданном
тренером.
Функционально проект включает три модуля (рис. 6.17):
294
Рис. 6.17. Схема подчинения модулей программы
 модуль ADC_Init – содержит процедуры для работы с платой
АЦП: первичная инициализация платы; настройка платы на конкретные
каналы и установка таких параметров, как частота дискретизации,
межкадровая задержка, количество памяти, отводимой под буфер сбора
данных; считывание данных из буфера и первичная обработка;
 модуль Data_Comput – в нем реализованы процедуры цифровой
обработки данных;
 модуль IO_Unit – содержит процедуры для работы с файлом
настроек и файлом сохранения результатов. В файле настроек хранятся
значения
тарировочных
коэффициентов,
настройки
платы
АЦП,
принимаемые по умолчанию.
В модуле цифровой обработки данных Data_comput реализованы
процедуры
цифровой
фильтрации,
нахождения
максимального
и
минимального значения по цифровому каналу данных, вычисления
скорости изменения величины в канале.
Так как измерительные датчики могут быть подключены к любому
каналу АЦП, процедуры цифровой обработки не настроены на какие-либо
заранее выбранные каналы и обрабатывают переданные в них данные:
массив данных, номер цифрового канала, по которому следует проводить
обработку.
Процедура нахождения максимального значения в массиве данных
реализована обычным последовательным перебором. Вычисление же
скорости изменения оцифрованной физической величины представляет
более сложную задачу численного дифференцирования. Для ее решения
обычно применяются сложные вычислительные методы, требующие
значительных затрат процессорного времени. Поэтому в процедуре
нахождения
максимума
скорости
в
канале
Max_Speed_In_Channel
295
реализован более простой разностный способ:
Vi 
li  li
t
 1
,
где Vi – скорость изменения оцифрованной физической величины;
li – li – 1 – последовательные значения измеренной величины;
∆t = 1/ f – интервал времени между отсчетами величины;
f – частота дискретизации АЦП по одному цифровому каналу.
Ввиду того что сигнал содержит высокочастотную составляющую,
присутствие которой обусловлено шумом квантования, полученные
значения величины скорости оказываются нестабильными и постоянно
колеблются около действительного значения. Точность данного метода
повышается с использованием предварительной фильтрации сигнала.
Краткое
заключение.
В
качестве
основных
компонентов
автоматизированных систем сбора, обработки информации и управления
исполнительными устройствами должны выступать датчики физических
величин,
аналого-цифровые
преобразователи,
электромеханические
приводы и сочетание системных и прикладных программных средств,
составляющих единый технологический цикл измерения, обработки и
выдачи управляющих воздействий. Для наиболее эффективного решения
поставленных задач представляется целесообразным применение АСУ
адаптивного типа, т.к. объект управления подвержен заведомо не
известным воздействиям.
Данный метод управления тренировочной нагрузкой позволяет
моделировать работу системы управления, отличающуюся главным
образом
тем,
что
изменение
нагрузки
происходит
с
учетом
индивидуальных возможностей тренируемого. В процессе тренировки
данная АСУ не допускает губительного для здоровья спортсмена
превышения нагрузки, приводящего к «перетренировке» и соответственно
296
к падению спортивных результатов.
6.5.
Математическое обоснование расчета моментов сил на безынер-
ционном тренажере адаптивного управления для армспорта при различных режимах сопротивления
Целью математического обоснования является возможность реализации с помощью узла переменного сопротивления возрастающего, убывающего, убывающе-возрастающего и постоянного режимов сопротивления. Узел переменного сопротивления предназначен для использования в
тренировочных устройствах, комплексах как нагрузочное устройство.
Впервые в этом качестве он применен Ю.Т. Черкесовым, В.Г. Свечкаревым и А.С. Кожемовым (1996 г.) в тренажерном устройстве для развития
силы мышц [439] и представляет большой практический интерес. Такой
узел полезно применять при тренировке дифференцированной мышечной
силы при занятиях армспортом и другими видами спорта, где важна не
только силовая характеристика мышц, но и ловкость, точность движений и
координация.
Исследуя графики силы реальных движений, выполненных на тренажере с таким узлом переменного сопротивления, Ю.Т. Черкесов [601],
В.Г. Свечкарев [505] и А.А. Кожемов [309] показали, как на нем реализуются названные режимы сопротивления, и доказали их методическую
ценность. Однако до настоящего времени не производился теоретический
расчет силы, проявляемой при использовании данного узла переменного
сопротивления и ее зависимости от положения рукоятки. Кроме того, на
первый взгляд кажется невероятным, что с помощью пружин (для которых
справедлив закон Гука) можно реализовать постоянную величину силы
натяжения троса на некотором участке перемещения рукоятки, а тем более
убывание этой силы.
Для расчета момента силы на рукоятку, создаваемой пружиной
297
(пружинами), мы использовали формулы, применяемые в физике, геометрии, математике. На основании этих расчетов построены графики изменения силы, математически доказывающие возможности создания на безынерционном тренажере управляющего воздействия различных режимов
сопротивления. Графики изменения силы, рассчитанные математически,
не отличаются от графиков силы, полученных инструментальным путем
исследований.
Необходимо отметить, что ни один из этих режимов нельзя реализовать с помощью системы грузов и блоков, так как грузы обладают инерционностью, которая искажает режим сопротивления при наличии ускорения
движения рукоятки.
Для обоснования последующих рассуждений мы опираемся на уже
существующее устройство – узел переменного сопротивления, который
реализует в нашем тренажере (см. рис. 6.10) принцип безынерционного
управления нагрузкой.
Рассмотрим узел переменного сопротивления с упрощающими допущениями: все элементы конструкции будем считать невесомыми, все
(кроме пружин) нерастяжимыми, радиусом блока пренебрежем, пренебрежем силой трения и изменением коэффициента жесткости реальных пружин при их растяжении. При таких условиях систему можно считать квазистатической и применять к ней законы статики.
Момент, создаваемый пружиной, можно найти как произведение силы на плечо:
М = FX2 cosβ3 = k(Y2 – Y20)X2 cos β3,
где Y20 – длина расслабленной пружины (рис. 6.18).
Момент, создаваемый тросом:
M = FтросаXlcоs β2.
Значения cos β3 и cos β2 можно найти, исходя из теоремы косинусов:
С12 + С32 = X12 + Y12 – 2Х1 Y1 cos(90° – β2),
298
где Y1= Y10 – Х
Рис. 6.18. Информационная модель
С22 + X32 = Х22 + Y22 –2X2Y2 cos(90° – β3),
где Y22 =(C2 +X2 cos β)2 +(X2 sin β–X3)2.
Угол β находим также из теоремы косинусов:
Y12 = С12 + С32 + X12 –2
С
2
1
С
2
3
X1cos

     arctan
 

 С 
 3 
 С 
 1 
Решая приведенные уравнения в системе с учетом того, что моменты
сил со стороны пружины и троса уравновешиваются, получаем силу натяжения троса:
Х
Fнатяжения троса = k
Х
2
1
(Y2 Y20)
2
2
2
2

 Y  C  Х 
 Х
2
2
2
3
1 

2X Y


2
2


2
2
2
2

 Y  C  C 
 Х
1
1
1
3
1 

2X Y


1
1


2
2
299
где Y1 рассчитывается так же, как записано ранее,

С 2  С 2  Х 2 Y 2
3
1
1
β=arccos  1

2
2
2X
С С

1
1
3



  arctan



C 
 3 
 C 
 1 
Y10 – значение величины Y1 при горизонтальном положении верхнего рычага, k – коэффициент жесткости пружин, X – перемещение рукоятки.
Рассмотрим математическую модель с параметрами, присущими реальному узлу переменного сопротивления: расстояние от блока до верхнего рычага C1=0,5 (м), расстояние от верхнего рычага до нижнего C2 =0,71
(м), расстояние от стойки до оси вращения С3 =0,045 (м).
С помощью такого узла нетрудно реализовать режим возрастающего сопротивления. Для этого достаточно проложить расстояние от оси
вращения верхнего рычага до точки прикрепления троса X1=0,315 (м), от
оси вращения верхнего рычага до верхней точки прикрепления пружины
X2 =0,315 (м), от проекции оси вращения на нижний рычаг до точки прикрепления нижнего конца пружины X3=0,515 (м). Столь высокая точность
исходных данных взята не с целью получения наиболее чистого режима, а
потому, что опираются на конкретное устройство, которое имеет ограниченное число точек прикрепления пружин и троса (по девять позиций закрепления на каждом рычаге).
Убывающий режим сопротивления реализуется также достаточно
просто: X1=0,315 (м), X2=0,315(м), X3=0,115 (м).
Постоянный (квазипостоянный) режим (при 5%-ом уровне точности) реализуется с помощью двух групп пружин, расположенных в рассмотренных ранее двух положениях. Первая группа пружин, создающая
возрастающий режим сопротивления, обладает коэффициентом жесткости
в два раза большим, чем вторая. Для расчета нескольких групп пружин достаточно сложить значения силы для каждой из групп пружин. Величину
натяжения троса можно менять с помощью изменения расстояния C2, из-
300
менения количества пружин и, если не нужно точно придерживаться режима сопротивления, то изменением положения точек прикрепления пружин и троса.
Для создания убывающе-возрастающего режима сопротивления
необходимо добавить еще один упругий элемент, который конструктивно
представляет собой пружину, один конец которой соединен с верхним рычагом, а другой – с тросом, длина которого может регулироваться в зависимости от необходимости включения упругого элемента в нагрузку в
нужной фазе движения (см. рис. 6.10).
Для расчета момента, создаваемого этим элементом, нужно ввести
координаты прикрепления верхнего (Х5) и нижнего конца (Х4), начальную
длину всего упругого элемента (Y3n) и его собственно упругой части (Y30)
(рис. 6.19), тогда:
Рис. 6.19. Расчет момента упругого элемента
Mпт = FптX5cоs β4, где
301
 k ( Y 3  Y 30 ), еслиY
Fпт= 
 0 , еслиY
3
 Y3n
3
 Y3n
– сила натяжения упругого элемента (пру-
жины с тросом),
k – коэффициент жесткости пружины,
β4 – находится из теоремы косинусов:
(С22 + Х42 = X52 + Y32 – 2Х5 Y3 cos(90° – β4)).
Сумму моментов, создаваемых группой упругих элементов и тросом
с рукояткой, можно приравнять к нулю, следуя ранее введенным упрощающим допущениям. Для создания выраженного убывающе-возрастающего
режима сопротивления необходимо взять пружину для упругого элемента
в два раза жестче. Прикрепить пружину необходимо, как показано на рис.
6.10.
Используя приведенные выше параметры, можно построить графики
зависимости величины силы от положения рукоятки. На графиках рис.
6.20 отображены виды функций для различных режимов сопротивления.
Рис. 6.20. Изменение моментов силы при различных режимах сопро-
302
тивления, рассчитанное математическим путем
Таким образом реализована возможность использования четырех основных режимов сопротивления. Этот результат имеет важное практическое значение, поскольку позволит легко ориентироваться в подборе режимов сопротивления и заранее предсказать, какой из них реализуется при
том или ином положении пружин.
6.6. Методика тренировки армрестлеров высокого класса с
применением адаптивной системы управления
Разработанная нами технология тренировки армрестлеров высокого
класса на безынерционном тренажере адаптивного управления для
армспорта состоит в следующем:
 Тренер (или армрестлер) с помощью АСУ устанавливает на безынерционном тренажере адаптивного управления сопротивление, равное
95 % (или необходимое другое) от максимального (за выбранный промежуток времени или на данный момент). С таким сопротивлением
армрестлер высокого класса может выполнить рабочее движение около
трех раз. Однако физиологическая нагрузка на его организм будет равна
95 % только при первом выполнении. При повторном выполнении движения она составит уже 97–98 %, причем скорость выполнения упражнения
несколько уменьшится. При третьем повторении физиологическая нагрузка будет равна 100 %, причем скорость выполнения упражнения еще
уменьшится. Такой вид нагрузки не всегда оправдан: организм очень
быстро к нему привыкает.
 При использовании безынерционного тренажера адаптивного
управления картина выполнения подхода меняется подбором АСУ оптимальной (плавно изменяющейся по ходу выполнения движения) величины
сопротивления мышцам спортсмена на основе зарегистрированной скорости движения. Таким образом, получается, что армрестлер выполняет по-
303
следующие повторения с физиологической нагрузкой, также равной 95 %,
за счет изменения (как правило, уменьшения) нагрузки по ходу выполнения подхода.
Повторений в подходе может быть любое количество (три, пять,
семь и др.). Оно определяется тренером и заносится в АСУ. После выполнения заданного количества повторений АСУ подает звуковой сигнал о
прекращении выполнения движений, что освобождает спортсмена от
необходимости их считать.
Интенсивный, с переходом в экстенсивный, режим нагружения (такое название дано нами методу по рекомендации Л.П. Матвеева), реализованный нами на безынерционном тренажере адаптивного управления для
армспорта, по нашему мнению, является естественным для опорнодвигательного аппарата человека. Так, при тренировке армрестлеров в
естественных условиях, когда первый спортсмен выполняет (отрабатывает) атакующее действие, а второй создает ему сопротивление (и одновременно отрабатывает действия и развивает двигательные качества в проигрышном положении), происходит утомление мышц как у первого, так и у
второго борца. За счет этого уменьшается сила тяги у первого армрестлера
и сила противодействия – у второго, что позволяет борцам продолжать
выполнение движений.
Так тренировались армрестлеры раньше, так они тренируются и
сейчас. Однако у этого «естественного» метода есть существенный недостаток – необходимое (желанное) сопротивление невозможно удерживать
за счет субъективности ощущения величины его силы и различной скорости утомления мышц у обоих армрестлеров. Поэтому величина сопротивления изменяется в большом диапазоне. Кроме того, при этом методе
практически невозможно создавать переменные сопротивления.
Все вышеперечисленные недостатки отсутствуют при занятиях на
предлагаемом нами тренажере для армспорта. Это достигается за счет ис-
304
пользования АСУ тренировочным процессом на основе обратной связи по
скорости выполнения движения.
6.7. Результаты сравнительного педагогического эксперимента
Перед началом и после завершения сравнительного педагогического
эксперимента было проведено тестирование армрестлеров по специальной
физической подготовленности. Эти данные, а также достоверность их различия приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Показатели специальной физической подготовленности армрестлеров до и после проведения сравнительного педагогического эксперимента
№
Вид упражнения
Контрольная группа
Эксп. группа
До эксп. После эксп. До эксп. После экср.
1
2
3
4
х ±δ
х ±δ
х ±δ
х ±δ
Статика, начало
643,92±
648,64±
648,64±
683,78±
движения (Н)
18,102
19,232
19,232
19,556
Статика, середина
675,42±
681,07±
681,07±
714,50±
движения (Н)
19,231
19,387
19,387
19,913
3 Статика, конец дви- 816,07±
822,21±
822,21±
848,92±
1
2
4
жения (Н)
9,783
10,090
10,090
9,567
Время выполнения
0,44±
0,43±
0,43±
0,40±
движения с сопр-ем
0,010
0,007
0,007
0,005
2,85±
2,92±
2,92±
3,71±
0,183
0,170
0,170
0,130
Подтягивание на
2,71±
2,78±
2,78±
2,92±
одной руке (раз)
0,169
0,160
0,160
0,131
Достоверность различий при р<0,05
1-2
1-3
2-4
3-4
>
>
<
<
>
>
<
<
>
>
<
<
>
>
<
<
>
>
<
<
>
>
>
>
95 % (с)
5 Кол-во выполнения
упражнений с сопротивлением 95 %
(раз)
6
Сравнительный анализ представленных величин свидетельствует о
305
том, что в контрольной группе небольшой прирост (от 0,733 до 2,583 %) и
улучшение результатов произошли по всем параметрам нашего исследования, однако статистически достоверной значимости этих результатов мы
не обнаружили.
В экспериментальной же группе выявлен существенный прирост
результатов (от 3,248 до 27,05 %) по всем параметрам проведенного исследования. Статистически достоверную значимость результатов мы обнаружили во всех тестах за исключением последнего – «Подтягивание на одной
руке», хотя прирост там составил 5,035 %.
По нашему мнению, отсутствие достоверно значимого прироста результата в тесте «подтягивание на одной руке» связано с тем, что при работе на тренажере рабочее (атакующее) движение у армрестлеров начинается при угле в локтевом суставе около 90º, а в подтягивании на одной руке исходное положение составляет около 180º.
В процессе сопоставительного анализа результатов, полученных в
сравнительном педагогическом эксперименте, выявлена эффективность
методического приема, основанного на выполнении соревновательного
упражнения в тренировочном процессе на безынерционном тренажере
адаптивного управления для армспорта за счет подбора АСУ тренажера
оптимальной (изменяющейся бездискретно по ходу выполнения движения)
величины сопротивления мышцам спортсмена на основе обратной связи по
скорости движения.
Особенно эффективным в плане «ломки» косных двигательных стереотипов, возникающих у спортсменов при достижении максимальных
спортивных результатов, становится применение комплексного вариативного использования переменных сопротивлений [627]. Создаются возможности (условия) управления биомеханическими параметрами движения и
формирования рациональной техники движения в армспорте.
Другим фактором результирующего воздействия на повышение специальной физической подготовленности армрестлеров в эксперименталь-
306
ной группе является методика тренировки в условиях адаптивного (индивидуального) формирования нагрузки. Создавая оптимальные условия (исключающие перенапряжения организма) для тренировки армрестлеров
высшего уровня мастерства, мы тем самым создаем благоприятные условия для повышения адаптационных возможностей их организма. А это –
одно из фундаментальных требований для дальнейшего стабильного повышения спортивных результатов.
Высокую результативность в развитии скоростно-силовых способностей в экспериментальной группе мы связываем также с эффективностью
применения интенсивного режима нагружения с переходом в экстенсивный режим нагружения на безынерционном тренажере адаптивного управления для армспорта за счет использования АСУ.
Анализ проведенных исследований позволяет сделать следующее заключение.
Применение разработанной нами новой технологии тренировки
армрестлеров высшего уровня мастерства на основе использования тренажёра адаптивного управления для армспорта за счет подбора АСУ оптимальной величины силы сопротивления мышцам спортсмена на основе обратной связи (информации о скорости движения), делает учебнотренировочный процесс более эффективным.
Перспективным представляется дальнейшее совершенствование
АСУ безынерционного тренажера адаптивного управления для армспорта
на основе учета нескольких биомеханическим показателей, а также изменения мощности нагрузки с учетом ответной реакции вегетативных систем
организма.
307
Выводы по главе
1.
Безынерционный тренажер адаптивного управления для
армспорта позволяет автоматически управлять сопротивлением (по линии
обратной связи от датчиков физических величин), создаваемым мышцам
спортсмена на основе модельных характеристик тренируемого, а также
предварительно накопленной статистической информации о спортивных
результатах армрестлера.
2.
Новая технология тренировки армрестлеров обеспечивает
подбор АСУ тренажера адаптивного типа оптимальной (бездискретно изменяющейся по ходу выполнения движения) величины сопротивления
мышцам спортсмена на основе обратной связи по скорости движения.
3.
Проведенный математический анализ изменения момента си-
лы на безынерционном тренажере управляющего воздействия показал, что
на нем реализуются переменные и квазипостоянный режимы сопротивления. Изменения момента силы, рассчитанного математически, подтверждают результаты практических исследований.
4.
Результаты сравнительного педагогического эксперимента по-
казали высокую эффективность технологии применения автоматизированного управления адаптивного типа в тренировке армрестлеров в сравнении
с ранее применяемым комплексным вариативным использованием переменных сопротивлений.
308
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
I. В работе рассмотрены вопросы применения АСУ величиной
нагрузки, причем это сделано в нескольких аспектах:
1. В возрастном диапазоне:

дети,

подростки,

юноши,

мужчины.
2. С учетом уровня спортивного мастерства:

не занимающиеся спортом,

спортсмены массовых разрядов,

спортсмены среднего уровня мастерства,

спортсмены высокого уровня мастерства,

спортсмены высшего уровня мастерства.
3. С применением автоматизированных систем управления:

адаптивные,

с заданным качеством.
При этом, все разработанные нами АСУ имеют принципиально
разное техническое исполнение и принцип работы.
4. С управлением по ответной реакции:

сердечно-сосудистой системы,

опорно-двигательного аппарата.
5. По способам оптимизации двигательных действий:

посредством управляющих воздействий,

посредством управляющих сигналов.
6. С учётом специфики педагогического процесса:

в учебной деятельности,

в спортивной деятельности.
309
По всем вышеперечисленным аспектам получен положительный
(педагогический и технический) результат, что подтверждает правильность
нашей концепции, ее соответствие цели и гипотезе исследования.
Результаты проделанной работы показывают, что разработанная
нами АСУ построена на адекватных задачам исследования алгоритмах и
может быть эффективно использована в педагогическом процессе для повышения эффективности труда тренера (учителя).
Однако педагогу для эффективного использования предложенных
нами технологий необходим целый ряд дополнительных знаний по механике, электронике, теории автоматизированного управления, он должен на
хорошем уровне владеть современными компьютерными технологиями.
Разработанные нами технологии безопасны, что подтверждается медико-биологическими и психологическими исследованиями.
На данном этапе исследования нам пока не удалось создать адаптивную систему управления нагрузкой по ответной реакции вегетативных систем организма. Однако такая работа ведется нами довольно успешно, и в
ближайшее время мы надеемся представить хорошо работающую систему.
Дальнейшие перспективы развития адаптивных систем управления в
спорте и физическом воспитании мы видим:
 в применении магнито-реологической жидкости для системы сопротивления тренажёрных устройств;
 в применении многоконтурного управления, осуществляемого на
основе информации о характере ответной реакции вегетативных
функций и опорно-двигательного аппарата человека;
 в использовании технологий искусственного интеллекта.
Однако такой подход требует применения современных технических
средств, привлечения ведущих специалистов из различных областей деятельности и вложения значительных денежных средств, усилий и времени.
II.
Рассмотрены терминологические аспекты проблемы разработ-
310
ки адаптивных систем управления в тренажеростроении.
Некоторые авторы к интерпретации содержательной сути сугубо
технического понятия «адаптивные тренажеры (роботы, машины, системы)» подходят с педагогических позиций, где «адаптивным элементом»
является тренер, который и подстраивает (настраивает – адаптирует) АСУ
тренажера. Тренажерно-обучающий комплекс принудительно вовлекает
человека в выполнение программно-детерминированного спортивного
действия, что позволяет причислить его к новому классу тренажеров с
функциями адаптивных роботов.
Необходимо понимать следующее: если при работе на тренажере
что-либо изменяется автоматически – это еще не значит, что он становится
адаптивным.
Обучение, осуществляемое с помощью тренажёра, также не является
определяющим фактором, характеризующим тренажерные автоматизированные комплексы адаптивного типа.
АСУ или сам тренажер могут быть адаптированы к каким-то заданным параметрам, но от этого он автоматически не становится адаптивным.
При разработке и описании таких комплексов необходимо исходить
из технических позиций (и соответственно пользоваться традиционной
терминологией, принятой в технических науках), а к процессу обучения и
воспитания – с педагогических, не подменяя одну систему терминологии
другой.
Все чаще в физической культуре звучит словосочетание «адаптивные тренажеры», в которое люди вкладывают значение «тренажеры для
занятий инвалидов», аналогично «адаптивной физической культуре», что
приводит к путанице. По нашему мнению, чтобы избежать этой путаницы,
правильнее говорить «тренажеры для инвалидов» или «тренажеры для людей с ограниченными возможностями».
III.
В аспекте управления тренировочным процессом.
311
При любом развитии техники и АСУ ведущая роль в управлении
тренировочным процессом останется за тренером (педагогом), поскольку
ни одна искусственная система не может учесть все множество различных
факторов, которые хороший тренер воспринимает на уровне подсознания.
Но АСУ займет достойное место, как помощник и хороший консультант,
взяв на себя большую часть работы и освободив тренера от рутинной, нетворческой работы.
312
ВЫВОДЫ
1.
Изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта
показало недостаточность обоснования в физическом воспитании и спорте
условий автоматизированного управления (регулирования) взаимодействия человека и предметной среды. Это обусловлено ограниченным объемом накопленных знаний в системе физического воспитания и спортивной тренировки, которые могли бы обеспечить успешную разработку современных компьютеризированных технологий повышения эффективности спортивных упражнений на основе управления по ответной реакции
организма занимающегося.
2.
Решение всего комплекса стратегических задач физического
воспитания и специализированной спортивной тренировки может стать реальностью только при условии обеспечения возможностей для разработки
и широкого внедрения в практику учебно-тренировочной деятельности автоматизированных систем управления физическими нагрузками, позволяющими каждому занимающемуся достаточно быстро и основательно, без
ущерба для здоровья адаптироваться к индивидуально приемлемым (по
параметрам необходимости и достаточности) нагрузкам, предъявляемым в
строгом соответствии с текущим морфофункциональным состоянием и
особенностями ответной реакции организма занимающегося в процессе
организации каждого тренирующего воздействия. На наш взгляд, одной из
важнейших задач теории и методики физического воспитания, спортивной
тренировки, оздоровительной физической культуры и биомеханики на современном этапе является обоснование именно такого подхода. Данное
положение должно рассматриваться в качестве ключевого при разработке
и внедрении современных концепций совершенствования управления физкультурно-спортивной деятельностью.
3.
Среди причин недостаточной эффективности решения пробле-
313
мы внедрения АСУ в учебно-тренировочный процесс можно выделить одну, имеющую, на наш взгляд, первостепенное значение. Это преобладание
частнонаучного подхода над общетеоретическим, ведущее к появлению
своеобразного концептуального анархизма, не опирающегося на должные
методологические основания. Такое положение приводит к попыткам решать частные вопросы по разработке отдельных тренажерных устройств
или их комплексов без предварительного решения задач более общего характера, что противоречит принципам диалектики. Одним из примеров реализации такого подхода являются попытки разработки и внедрения в
практику учебно-тренировочной деятельности тренажерных устройств без
решения проблемы автоматизированного управления параметрами индивидуально приемлемой нагрузки для каждого занимающегося.
4.
Полученные в исследовании данные убеждают в недостаточно
глубоком осознании большинством практических работников многих истинных
причин
неудовлетворительной
эффективности
учебно-
тренировочного процесса, где одним из определяющих является вопрос об
адаптивном управлении параметрами физической нагрузки. Они порождают необходимость в тщательном обосновании исключительной актуальности вопроса о внедрении АСУ в процесс управления физическими нагрузками, доведении всесторонне обоснованной аргументации по этому поводу
до сознания практических работников, разработки научно- и учебнометодического обеспечения процесса их внедрения.
5.
Широко распространенная практика учебно-тренировочной
работы, предполагающая возможность достаточно успешного решения задач физического воспитания и спортивной тренировки без решения проблемы автоматизированного управления индивидуально приемлемыми для
каждого занимающегося параметрами физической нагрузки, в значительной мере ущербна и оказывает дезориентирующее влияние на представления
о
содержательной
сущности
процесса
организации
учебно-
тренировочного занятия и управления им. Уникальная функция АСУ – эф-
314
фективное содействие реализации принципа индивидуализации параметров физической нагрузки в зависимости от текущего состояния основных
морфофункциональных систем организма каждого занимающегося и его
реакции на конкретную нагрузку, что в других условиях организации
учебно-тренировочного процесса оказывается принципиально невозможным.
6.
Внедрение АСУ в учебно-тренировочный процесс не означает
подмены ими деятельности преподавателя, тренера, их противопоставления. Оно представляет собой мощнейшее средство, содействующее значительному облегчению решения целого ряда принципиальных проблем и
противоречий учебно-тренировочного процесса, решение которых в других условиях оказывается принципиально невозможным.
Привлекая внимание к проблеме разработки и внедрения АСУ в
практику физического воспитания и специализированной спортивной тренировки, мы преследуем цель повышения эффективности воздействий на
физическую природу человека без риска нанесения вреда организму неадекватными его текущему состоянию физическими нагрузками. Благодаря этому открываются замечательные возможности для подлинной реализации (не на словах, а на деле) принципа оздоровительной направленности
занятий физическими упражнениями, спортом, создаются реальные условия для ответа на сложнейший и важнейший вопрос современности: «Как
обезвредить спорт?». Широкое внедрение таких систем способствует
практической реализации монистического подхода в понимании взаимодействия, единства психического и физического в человеке, их гармонического взаимообусловленного совершенствования.
7.
Реализуемое в исследовании представление о роли АСУ в ор-
ганизации и управлении физкультурно-спортивной деятельностью не
только обеспечивает им равноправное положение в ряду других современных средств, направленных на достижение социально значимого эффекта в
315
этой деятельности, но и возводит это средство в ранг одной из фундаментальных основ совершенствования учебно-тренировочного процесса,
главной и наиболее социально значимой функцией которого является содействие формированию полноценной биологической основы для высокоэффективной психической, интеллектуальной и физической деятельности,
успешной социализации личности в жизни современного общества.
8.
Результаты исследования позволили прийти к заключению о
необходимости расширения представлений о комплексе средств физического воспитания и спортивной тренировки, в составе которого наряду с
другими средствами должны рассматриваться автоматизированные системы управления основными параметрами нагрузки. Основанием, обусловливающим необходимость их включения в число средств физического
воспитания, является принципиальная невозможность успешного решения
без их применения целого ряда проблем и противоречий учебнотренировочного процесса, главная из которых – индивидуализация, персонализация воздействий физическими нагрузками, без решения которой
учебно-тренировочная деятельность во многом теряет смысл.
9.
В решении понятийно-терминологической проблемы, связан-
ной с разработкой и внедрением АСУ в практику учебно-тренировочного
процесса, приоритетное внимание должно быть сосредоточено не столько
на введении новых терминов, сколько на конструктивных попытках,
направленных на устранение разночтений в понимании сути уже давно и
прочно вошедших в научный обиход, но до сих пор дискутируемых понятий. Нововведения, так же как и отказ от устаревших понятий, должны
иметь место, но только при условии очевидной целесообразности и всесторонней обоснованности. Предпринятое в работе исследование понятийнотерминологических аспектов проблемы разработки и внедрения АСУ в
практику учебно-тренировочного процесса может способствовать формированию более четких представлений о сути основных понятий этой сферы
и более корректному и конструктивному их использованию.
316
10.
Материалы проведенного исследования свидетельствуют о
том, что несмотря на еще довольно широко распространенное (особенно в
среде практических работников) скептическое отношения к возможным
перспективам внедрения АСУ в практику учебно-тренировочного процесса, необходимо с полной ясностью осознавать: другого столь же действенного способа решения проблемы существенного повышения его эффективности в настоящее время фактически не существует.
11.Установлено повышение эффективности освоения и выполнения
физических упражнений в циклических видах спорта (на выносливость)
происходит в условиях использования:

автоматизировано-управляемого внешнего сопротивления по
ответной реакции сердечно-сосудистой системы при оптимальном «коридоре» значений частоты сердечных сокращений (в условиях использования
машины автоматизированного управления для тренировки велосипедистов);

автоматизировано-изменяемого сигнала, регулирующего темп
выполнения движений по ответной реакции сердечно-сосудистой системы
при оптимальной частоте сердечных сокращений (в условиях использования машины автоматизированного управления для циклических упражнений).
Обосновано, что улучшение выполнения упражнений преимущественно силового характера происходит с использованием адаптивного
управления внешним сопротивлением регулируемого на основе изменений
ответной реакции опорно-двигательного аппарата за счет обеспечения рационального и непрерывного регулирования процесса взаимодействия
внутренних и внешних сил (в условиях использования безынерционного
тренажера адаптивного управления и компьютерного игрового тренажерного комплекса адаптивного воздействия).
12.
Совершенствование биомеханической структуры выполняемых
317
упражнений в условиях АСУ, связано с улучшением работы различных систем организма благодаря «щадящему» режиму функционирования вегетативных систем организма, о чем свидетельствует положительная динамика
восстановительных процессов сердечно-сосудистой и других систем, которые развертываются значительно быстрее за счет непрерывного управления двигательными действиями на основе ответной реакции организма, по
сравнению с традиционными условиями выполнения движений.
13.
Теоретико-методологическое обоснование разработанных в
процессе исследования биомеханических и педагогических подходов к
разработке и внедрению АСУ в практику учебно-тренировочной деятельности создает условия для более полного учета индивидуальных особенностей и возможностей занимающихся, имеющихся у них в каждый конкретный момент этой деятельности. Ее использование позволяет более рационально управлять основными параметрами нагрузки, устранить диспропорцию тренирующих воздействий и ответной реакции организма, обеспечивает создание и реализацию уникальных возможностей для подлинной
индивидуализации учебно-тренировочного процесса.
318
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1.
Методика, направленная на стимулирование физической под-
готовленности детей в школе, предусматривает введение дополнительного
времени для занятий на компьютерном игровом тренажерном комплексе
адаптивного воздействия в виде подвижных перемен, «часа здоровья» и
т.п., в объеме 15-30 мин (с соблюдением норм гигиенических требований
работы детей данной возрастной группы в условиях компьютерного обучения).
При занятиях, превышающих продолжительность отведенного времени, необходимо использовать жидкокристаллический монитор (для
предотвращения снижения зрения и облучения организма), использовать
компьютер (монитор, видеокарту, процессор и т.д.) с «хорошими» характеристиками и параметрами.
Данная технология может эффективно использоваться в практике
физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной физической культуры, так как нагрузка регулируется для каждого ребенка в зависимости от индивидуальных возможностей его организма.
Реализация авторской методики позволяет создать средства для рекреации в игровой форме, что способствует гармоническому развитию
двигательных способностей детей.
Разработанный компьютерный игровой тренажерный комплекс адаптивного воздействия рекомендуется использовать и в домашних условиях,
для игр детей за компьютером, возможно и в неадаптивном режиме, как
например, в работах С.А. Харенко [591], Е.В. Пискуновой [450] и Д.А.
Вишникина [119].
2.
Разработанная технология с применением машины автомати-
зированного управления для циклических упражнений может использоваться для измерения и обработки различных биомеханических, медикобиологических и других параметров и управления двигательными дей-
319
ствиями занимающегося (на основе отрицательной обратной связи) по необходимому алгоритму. Данная технология может эффективно использоваться в практике физического воспитания, спортивной тренировки и
оздоровительной физической культуры.
Нами
рекомендуется
метод
автоматизированного
управления
нагрузкой с использованием МАВЦУ в практике физического воспитания
студентов с оптимальной ЧСС (ЧСС опт = (205 – возраст/2) × 0,8), как более
эффективный для укрепления здоровья и улучшения физической подготовленности по сравнению с традиционными методами.
3.
Рекомендуемый
метод
автоматизированного
управления
нагрузкой с использованием МАУТВ в спортивной тренировке велосипедистов при оптимальном коридоре ЧСС, который рассчитывается по кривой J. San Gupt, вместо работы на традиционных технических устройствах.
В связи с тем что у подавляющего большинства спортсменов ЧСС
держится ближе к верхнему значению коридора, эту особенность необходимо иметь в виду и при необходимости корректировать для более точного
дозирования физической нагрузки на организм в дальнейшем.
Разработанная нами методика применения МАУТВ может использоваться для измерения, контроля и обработки различных биомеханических,
медико-биологических и других параметров и управления двигательными
действиями человека (спортсмена) на основе отрицательной обратной связи по частоте сердечных сокращений.
Авторская методика может эффективно применяться в процессе
спортивной тренировки велосипедистами разных специализаций и различного уровня подготовленности, а также спортсменами других циклических
видов спорта. При соответствующей корректировке алгоритма управления
она может быть полезна в практике физического воспитания и оздоровительной физической культуры.
4.
В качестве основных компонентов автоматизированных систем
320
сбора, обработки информации и управления исполнительными устройствами должны выступать датчики физических величин, аналогоцифровые преобразователи, электромеханические приводы и сочетание
системных и прикладных программных средств, составляющих единый
технологический цикл измерения, обработки и выдачи управляющих воздействий. Для наиболее эффективного управления двигательными действиями армрестлера в тренировочном процессе представляется целесообразным применение АСУ адаптивного типа, т.к. объект управления подвержен заведомо не известным воздействиям.
Автоматизированное управление БТАУ для армспорта в тренировочном процессе целесообразно осуществлять на основе обратной связи по
скорости выполнения движения.
5.
Тренеру (а также спортсмену и обслуживающему персоналу)
рекомендуется следить за измерительными датчиками (точностью их измерения, правильностью крепления, отсутствием помех от различных
устройств). В случае неадекватной реакции организма занимающегося –
прекратить занятия, выяснить причину происшедшего и ликвидировать ее.
321
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. 214013, СССР. Способ тренировки выносливости человека к
напряженной мышечной работе / В.М. Зациорский. – Приор. от 22.03.1967.
2. А.с. 1085605 СССР, Кл. А 63 В 1/00. Устройство для тренировки
бегунов / Ю.Т. Черкесов, А.М. Доронин. – Заяв. 03.08.82; Опубл. 15.04.84.
– Бюл. №14.
3. А.с. 766608 СССР; МКИ А 63 В 69/00. Устройство для тренировки бегунов / Ю.Т. Черкесов (СССР). – № 2546149/28-12; Заяв. 21.11.77;
Опубл. 23.09.80. Бюл. №36. – С. 14.
4. А.с. 622474 (СССР). Устройство для тренировки легкоатлетов /
И.П. Ратов, В.В. Кузнецов, И.Н. Маркушкин. – Опубл. 1978. – Бюл. № 33.
5. А.с. 622475 (СССР). Легкоатлетическая дорожка / И.П. Ратов,
Г.И. Попов, А. Петрушин. – Опубл. 1978.– Бюл. №1
6. А.с. 1367986 (СССР). Устройство для тренировки легкоатлетов/
И.П. Ратов, Ю.Т. Черкесов. – Опубл. 1988. – Бюл. №3.
7. А.с. 3442174 (ФРГ). Способ и устройство для определения состояния человека. – Опубл. 1987. – Бюл. № 2.
8. А.с. 961724 СССР; МКИ А 63 В 69/16. Устройство для тренировки велосипедистов / В.Е. Чурсинов (СССР). – № 2875921/28–12; Заяв.
28.01.80; Опубл. 30.09.82. Бюл. № 36. – С.26.
9. Абзалов, Р.А. Адаптация детского организма к различным физическим нагрузкам / Р.А. Абзалов // Теория и практика физ. культуры. –
1976. – № 3. – С. 39–40.
10.
Абрамова, Т.Ф. Управление тренировкой должно опираться
прежде всего на биологические законы / Т.Ф. Абрамова // Теория и практика физ. культуры. – 1991. – № 6. – С. 37–39.
11.
Аверкович, Н.В. Непараметрические зависимости между силой
и выносливостью / Н.В. Аверкович // Теория и практика физ. культуры. –
1970. – №12. – С.16–18.
322
12.
Аверкович, Н.В. Факторный анализ тестов силовой подготов-
ленности / Н.В. Аверкович, В.М. Зациорский // Теория и практика физ.
культуры. – 1966. – № 10. – С. 47–49.
13.
Автоматизированная система «ОФИС»: оценка состояния здо-
ровья и назначение физических упражнений / П.В. Бундзен [и др.]. // Теория и практика физ. культуры. – 1991. – № 8. – С. 24–27.
14.
Авцын, А.П. Адаптация и дизадаптация с позиций патолога /
А.П. Авцын // Клиническая медицина. – 1974. – №5. – С.13-15.
15.
Агаджанян, М.Г. Кардиологические показатели, отражающие
долговременную
и
срочную
адаптацию
борцов
к
нагрузкам
/
М.Г. Агаджанян, Ф.Г. Бурякин // Теория и практика физ. культуры. – 2002.
– № 2. – С. 5–8.
16.
Аграненко, В.С. О некоторых факторах, лимитирующих адап-
тацию сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам / В.С. Аграненко, О.К. Калачева, В.В. Федошкин // Теория и практика физ. культуры.
– 1986. – № 10. – С. 15–17.
17.
Адаптивная саморегуляция функций / Под ред. Н.Н. Василев-
ского. – М.: Медицина, 1977. – 327 с.
18.
Айзерман, М.А. Теория автоматического регулирования / М.А.
Айзерман. – М.: Наука, 1966. – 452 с.
19.
Активация внешнего пути окисления НАДФ в митохондриях
при снижении рН / А.И. Агуреев [и др.]. // Биохимия. – 1981. – №11. – С.
1945–1956.
20.
Александров, А.Г. Оптимальные и адаптивные системы /
Александров А.Г. – М.: Высшая школа, 1989.
21.
Александров, В.И. Кардиоритм в оценке функционального со-
стояния организма при выполнении физической нагрузки / А.Г. Александров // Теория и практика физ. культуры. – 1994. – № 1/2. – С. 5–8.
22.
Александровский, Н.М. Методы определения динамических
характеристик нелинейных объектов (обзор) / Н.М. Александровский,
323
А.М. Дейч // Автоматика и телемеханика. – 1968. – №1. – С. 167–188.
23.
внутренних
Алешинский, С.Ю. Определение межзвенных моментов и
сил,
возникающих
при
движении
человека
/
С.Ю. Алешинский, В.М. Зациорский // Теория и практика физ. культуры. –
1974. – № 11. – С. 5–9.
24.
Амосов, Н.М. Физически активность и сердце / Н.М. Амосов,
Я.Л. Бендет. – Киев: Знание, 1975.
25.
Ананьев, Б.Г. О проблемах современного человекознания / Б.Г.
Ананьев. – М.: Просвещение, 1997, с. 300.
26.
Ананьев, Б.Г. Человек как предмет познания / Б.Г. Ананьев. –
Л.: ЛГУ, 1968. – 338 с.
27.
Андриевский, Б.Р. Избранные главы теории автоматического
управления с примерами в системе MatLab / Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков. СПб.: Наука, 1999.
28.
Андриевский, Б.Р. Упрощенный метод синтеза и идентифика-
тора состояний / Б.Р. Андриевский. – М.: НС по кибернетике, 1977.
29.
Анкетиль, Ж. Велосипедный спорт: пер. с франц. / Ж. Анке-
тиль, П. Шани. – М.: Физкультура и спорт, 1978. – 96 с.
30.
Анохин, П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлек-
са / П.К. Анохин. - М.: Медицина, 1968. – 547 с.
31.
Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем /
П.К. Анохин. – М.: Медицина, 1975. – 444 с.
32.
Анохин, П.К. Принципиальные вопросы общей теории функ-
циональных систем / П.К. Анохин // Принципы системной организации
функций. – М.: Наука, 1973, с. 5–61.
33.
Анохин, П.К. Системогенез как общая закономерность эволю-
ционного процесса / П.К. Анохин // Бюл. экспериментальной биологии и
медицины. – 1948. – № 8. – С. 81–99.
34.
Анохин, П.К. Теория функциональной системы / П.К. Анохин
// Третий Международный симпозиум по техническим и биологическим
324
проблемам управления (Ереван, 24–28 сент. 1968 года). Общие вопросы
физиологических механизмов. Анализ и моделирование биологических систем. – М.: Наука, 1970.
35.
Антипов, А.Е. Применение метода ААУ к прогнозированию
временных рядов. Труды Института системного программирования: Том 7,
Новые подходы в нейроноподобных и основанных на знаниях системах /
А.Е. Антипов. – М.: ИСП РАН, 2004. c. 161–170.
36.
Антомонов, Ю.Г. Моделирование биологических систем.
Справочник / Ю.Г. Антомонов. – Киев: Наукова Думка, 1977. – 260 с.
37.
Антоненко, П.А. Автоматизированная система врачебного кон-
троля функционального состояния организма / П.А. Антоненко, В.Н. Литвинов // Теория и практика физ. культуры. – 1983. – № 1. – С. 42–44.
38.
Аруин, А.С. Биомеханические основы создания предметной
среды человека / А.С. Аруин // Теория и практика физ. культуры. – 1993. –
№ 1. – С. 20–23.
39.
Аруин, А.С. Биомеханические свойства мышц нижних конеч-
ностей / А.С. Аруин, В.М. Зациорский, Л.М. Райцин // Теория и практика
физ. культуры. – 1977. – № 9. – С. 8–14.
40.
Аршавский, И.А. К физиологическому обоснованию системы
физического воспитания детей в различные возрастные периоды / И.А.
Аршавский // Физиологические механизмы адаптации к мышечной деятельности: тез. докл. ХIХ Всесоюзной конф. – Волгоград, 1988. – С. 25–26.
41.
Аршавский, И.А. Очерки по возрастной физиологии / И.А.
Аршавский. – М.: Медицина, 1967. – 476 с.
42.
Афанасьев, В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управ-
ление/ В.Г. Афанасьев. – М.: Политиздат, 1986. – 334 с.
43.
Ахметжанов, А.А. Следящие системы и регуляторы / А.А. Ах-
метжанов, А.В. Кочемасов. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
44.
Бабанский, Ю.К. Оптимизация процесса обучения: Общеди-
дактический аспект / Ю. К. Бабанский. – М.: Педагогика, 1977.
325
45.
Бабанский, Ю.К. Проблемы повышения эффективности педа-
гогических исследований / Ю. К. Бабанский. – М.: Педагогика, 1982.
46.
Баевский, Р.М. Кибернетический анализ процессов управления
сердечным ритмом. Актуальные проблемы физиологии и патологии кровообращения / Р.М. Баевский. – М.: Медицина, 1976.
47.
Баевский, Р.М. Математический анализ изменений сердечного
ритма при стрессе / Р.М. Баевский, О.И. Кириллов, С.З. Клецкин. – М.:
Наука, 1984. – С. 220.
48.
Баевский, Р.М. Оценка адаптационных возможностей организ-
ма и риск развития заболеваний / Р.М. Баевский, А.П. Берсенева. – М.: Медицина, 1997. – С. 265.
49.
Баевский, Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и
патологии / Р.М. Баевский. – М.: Медицина, 1979. – С. 295.
50.
Байченко, И.П. Адаптивные изменения в организме спортсме-
на по мере роста тренированности и развития спортивной формы / И.П.
Байченко // Теория и практика физ. культуры. – 1965. – № 4. – С. 70–73.
51.
Бальсевич, В.К. Исследование локомоторной функции в пост-
натальном онтогенезе человека (5–65 лет): автореф. дис. д-ра биол. наук /
В.К. Бальсевич. – М., 1971. – 38 с.
52.
Бальсевич, В.К. Конверсия основных положений теории спор-
тивной подготовки в процессе физического воспитания / В.К. Бальсевич,
Г.Г. Наталов, Ю.К. Чернышенко // Теория и практика физ. культуры. 1997,
№ 6, с. 15-24.
53.
Бальсевич, В.К. Методология эволюционного подхода к управ-
лению процессом многолетней подготовки / В.К. Бальсевич // Управление
процессом подготовки спортсменов высших разрядов: Материалы III Всероссийской конф. – Ленинград, 1976. – С. 241–244.
54.
Бальсевич, В.К. Непрерывное физкультурное образование /
В.К. Бальсевич, Г.И. Попов, Н.И. Санникова // Теория и практика физ.
культуры. – 2004. – № 12. – С. 10–13.
326
55.
Бальсевич, В.К. Онтокинезиология человека / В.К. Бальсевич. –
М.: Теория и практика физической культуры, 2000. – 275 с., ил.
56.
Бальсевич, В.К. Феномен физической активности человека как
социально-биологическая проблема / В.К. Бальсевич // Вопр. философии. –
1981. – №8. – С. 78–89.
57.
Бальсевич, В.К. Физическая активность человека / В.К. Бальсе-
вич. – Киев: Здоровье, 1987. – 224 с.
58.
Бальсевич, В.К. Физкультура для всех и для каждого / В.К.
Бальсевич. – М.: Физкультура и спорт, 1988. – 208 с.
59.
Бассан, Л. Радиотелеметрические исследования частоты сер-
дечных сокращений при гребле в условиях соревнований / Л. Бассан //
Теория и практика физ. культуры. – 1968. – № 10. – С. 75–76.
60.
Бауэр, Э.С. Физические основы в биологии / Э.С. Бауэр. – М.,
1930. – С.37.
61.
Бахрах, И.И. Медико-биологические аспекты тестирования в
циклических видах спорта: Лекция для студентов ин-тов физ. культуры /
И.И. Бахрах, Я.С. Татаринов, Р.Н. Дорохов. – Смоленск, 1985.
62.
Безруких, М.М. Возрастная физиология: физиология развития
ребенка / М.М. Безруких. – М.: Академия, 2002. – 416 с.
63.
Безынерционный тренажер адаптивного воздействия для
армспорта с управлением сопротивлением по биомеханическим параметрам движения / А.М. Базоркин [и др.]. // Новые технологии: Сб. науч. тр.
МГТУ. – Майкоп, 2005. – С. 261–263.
64.
Беленов, В.Н. Формирование ценностного отношения старше-
классников к здоровью в процессе физического воспитания: автореф. дис.
… канд. пед. наук / В.Н. Беленов. – Самара, 2000. – 16 с.
65.
Берг, А.И. Проблемы программированного обучения / А.И.
Берг, И.И. Тихонов // Сб.: Программированное обучение. – Л., 1968. – С.
17 – 28.
66.
Бернштейн, Н.А. О построении движений / Н.А. Бернштейн. –
327
М.: Медгиз, 1947. – 252 с.
67.
Бернштейн, Н.А. Очерки по физиологии движений и физиоло-
гии активности / Н.А. Бернштейн. – М.: Медицина, 1966. – 349 с.
68.
Бернштейн, Н.А. Физиология движений и активность / Н.А.
Бернштейн. – М.: Наука, 1990.
69.
Бесекерский, В.А. Системы автоматического управления с
микроЭВМ / В.А. Бесекерский, В.В. Изранцев. – М.: Наука, 1987.
70.
Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирова-
ния / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – М.: Наука, 1975.
71.
Биологическая обратная связь в комплексе методов подготовки
спортсменов / С.А. Бугаев [и др.] // Теория и практика физ. культуры. –
1986. – № 9. – С. 20–23.
72.
Биомеханизмы как основа развития биомеханики движений
человека (спорта) / В.Н. Селуянов [и др.] // Теория и практика физ. культуры. – 1995. – № 7. – С. 6–10.
73.
Биомеханика двигательного аппарата человека / В.М. Зациор-
ский [и др.]. – М.: Физкультура и спорт, 1981.
74.
Биомеханика: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г.И.
Попов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 256 с.
75.
Биомеханические аспекты управления спортивной трениров-
кой / В.К. Братковский [и др.] // Теория и практика физ. культуры. – 1990. –
№ 4. – С. 29–32. 2 обл.
76.
Биомеханический анализ техники бега сильнейших спортсме-
нов мира / В.Д. Кряжев [и др.] // Теория и практика физической культуры.
– 1988. – № 10. – С. 30–32, 3 обл.
77.
Биомеханический анализ техники прыжка в высоту у сильней-
ших спортсменок мира / В.Д. Кряжев [и др.] // Теория и практика физ.
культуры. – 1989. – № 9. – С. 7–9.
78.
Биотехнические системы для исследования и саморазвития
двигательной активности и мышления детей / Г.П. Иванова [и др.] // Тези-
328
сы докладов Международного конгресса. – М., 1998. – С. 25.
79.
Биохимия: Учебник для ин-тов физ. культуры / Под ред. В.В.
Меньшикова, Н.И. Волкова. – М.: ФиС, 1986. – 384 с.
80.
Бирюкова, О.В. Электрофизиологическая характеристика адап-
тационных изменений сердца в условиях индивидуально дозированных
физических нагрузок: автореф. дис. … канд. биол. наук / О.В. Бирюкова. –
Горький, 1975.
81.
Боджер, В.А. Системы управления летательными аппаратами /
В.А. Боджер. – М.: Машиностроение, 1973.
82.
Бойко, А.Ф. Исследование восстановительных реакций у бегу-
нов на средние дистанции после тренировочных занятий различной
направленности / А.Ф. Бойко, Н.И. Волков, В.М. Зациорский // Теория и
практика физ. культуры. – 1963. – № 3. – С. 32–35.
83.
Бойко, Н.П. САУ на базе микро-ЭВМ / Н.П. Бойко, В.К. Стек-
лов. – Киев: Тэхника, 1989.
84.
Бондаренко, C.А. Принятие решений в автономных адаптив-
ных системах управления, основанное на выявлении закономерных последовательностей действий. Труды Института системного программирования: Том 7, Новые подходы в нейроноподобных и основанных на знаниях
системах / C.А. Бондаренко, А.А. Жданов, Б.М. Магомедов – М.: ИСП
РАН, 2004. С. 61–69.
85.
Борилкевич, В.Е. Физическая работоспособность в экспери-
ментальных условиях мышечной деятельности / В.Е. Борилкевич. – Л.:
ЛГУ, 1982. – С.97.
86.
Борцов, Ю.А. Электромеханические системы с адаптивным и
модальным управлением. – Л.: Энергоатомиздат, 1984.
87.
Борцов, Ю.А. ЭМС с адаптивным и модальным управлением /
Ю.А. Борцов, Н.Д. Поляхов, В.В. Путов. – Л.: Энергоатомиздат, 1984.
88.
Брусин, В.А. Об управлении динамическими системами в
условиях неопределенности / В.А. Брусин // Соросовский Образователь-
329
ный Журнал. – 1996. – № 6. – С. 115–121.
89.
Брускин, Д.Э. Электрические машины. В 2 частях / Д.Э. Брус-
кин. – М.: Высшая школа, 1987.
90.
Брюханов, В.Н. Теория автоматического управления / В.Н.
Брюханов. – М: Высшая школа, 2000.
91.
Булатова, М.М. Оптимизация тренировочного процесса на ос-
нове изучения мощности и экономичности системы энергообеспечения у
велосипедистов / М.М. Булатова // Теория и практика физ. культуры. –
1986. – № 6. – С. 46–48.
92.
Булгаков, Э.В. К применению кибернетических методов оцен-
ки для педагогического контроля за состоянием тренированности спортсмена / Э.В. Булгаков // Электроника и спорт – VII: тез. докл. Всесоюз. науч.
техн. конф. – Тула, 1983. – С. 73.
93.
Булич, Э.Г. Современные достижения науки о здоровье / Э.Г.
Булич // Теория и практика физ. культуры. – 2004. – № 1. – С. 62–63.
94.
Буров, В.Д. Автокардиолидер на интегральных микросхемах с
дистанционным контролем / В.Д. Буров, Ю. Г. Насыров, С. Б. Макаров //
Теория и практика физ. культуры. – 1975. – № 6. – С. 63–66.
95.
Вавилов, Ю.Н. Экспериментальное обоснование рациональных
режимов тренировки на основе изучения динамики физической работоспособности и состояния кардио-респираторных функций юных конькобежцев: автореф. дис. … канд. пед. наук / Ю.Н. Вавилов. – М., 1977.
96.
Вайль, С.С. Функциональная морфология нарушений деятель-
ности сердца / С.С. Вайль. – Л.: Медгиз, 1960.
97.
Вайцеховский, С.М. Оперативное управление процессом спор-
тивной тренировки (на примере плавания) / С.М. Вайцеховский // Теория и
практика физ. культуры. – 1979. – № 1. – С. 47–50.
98.
Васильев, О.С. Движение в пространстве, пространство движе-
ния и геометрический образ движения: опыт топологического подхода /
О.С. Васильев, Н.Г. Сучилин // Теория и практика физ. культуры. – 2004. –
330
№ 3. – С. 13–21.
99.
Васильева, В.В. Сосудистые реакции у спортсменов /
В.В. Васильева. – М.: Медицина, 1973. – 140 с.
100. Васильева, И.А. Психологические аспекты применения информационных технологий / И.А. Васильева, Е.М. Осипова // Вопросы
психологии. – 2002. – №3. – С. 80–86.
101. Верхошанский, Ю.В. Актуальные проблемы современной теории и методики спортивной тренировки / Ю.В. Верхошанский // Теория и
практика физ. культуры. – 1993. – № 8. – С. 21–28.
102. Верхошанский, Ю.В. Методика оценки скоростно-силовых
способностей спортсменов / Ю.В. Верхошанский // Теория и практика физ.
культуры. – 1979. – № 2. – С. 7–11.
103. Верхошанский, Ю.В. Модель динамики состояния спортсмена
в годичном цикле и ее роль в управлении тренировочным процессом /
Ю.В. Верхошанский, И.Н. Мироненко, Т.М. Антонова // Теория и практика
физ. культуры. – 1982. – № 1. – С. 14–19.
104. Верхошанский, Ю.В. Некоторые предпосылки к оптимальному
управлению процессом становления спортивного мастерства / Ю.В. Верхошанский // Теория и практика физ. культуры. – 1966. – №4. – С. 21 – 23.
105. Верхошанский, Ю.В. Об оптимальном управлении процессом
становления спортивного мастерства // Теория и практика физ. культуры. –
1969. – № 10. – С. 2–6.
106. Верхошанский, Ю.В. Опыт изучения биомеханической структуры спортивной техники методом многомерного статистического анализа
/ Ю.В. Верхошанский // Теория и практика физ. культуры. – 1971. – № 9. –
С. 9–14.
107. Верхошанский, Ю.В. Основы специальной силовой подготовки
в спорте / Ю.В. Верхошанский. – М.: Физкультура и спорт, 1977. – 215 с.
108. Верхошанский, Ю.В. Основы специальной физической подготовки спортсменов / Ю.В. Верхошанский. – М.: ФиС, 1988. – 336 с.
331
109. Верхошанский, Ю.В. Программирование и организация тренировочного процесса / Ю.В. Верхошанский. – М.: ФиС, 1985. – 176 с.
110. Верхошанский, Ю.В. Теоретико-методические подходы к реализации идеи управления тренировочным процессом / Ю.В. Верхошанский
// Теория и практика физ. культуры. – 1981. – № 4. – С. 8–11.
111. Визитей, Н.Н. Спортивная деятельность как социальный феномен: автореф. дис. ... д-ра филос. наук / Н.Н. Визитей. – Свердловск, 1985.
– 38 с.
112. Визитей, Н.Н. Физическая культура и спорт как социальное явление / Н.Н. Визитей. – Кишинев: Штиинца, 1986. – 162 с.
113. Визитей, Н.Н. Физическая культура личности (проблемы человеческой телесности: методологические, социально-философские, педагогические аспекты) / Н.Н. Визитей. – Кишинев: Штиинца, 1989. – 108 с.
114. Викторов, Ф.В. Автотемполидер для плавания / Ф.В. Викторов
// Теория и практика физ. культуры. – 1981. – № 9. – С. 51–52. 3 обл.
115. Вилковыский, А.Л. Врачебные наблюдения над баскетболистами / А.Л. Вилковыский, Е.В. Куколевская. – М.: ФиС, 1956.
116. Винер, Н. Кибернетика: пер. с англ. 2-е изд. / Н. Винер – М.:
1968.
117. Винер, Н. Кибернетика или управление и связь в животном и
машине / Н. Винер. – М.: Наука, 1983.
118. Виру, А.А. Физиологические основы оздоровительного эффекта физической тренировки / А.А. Виру // Теория и практика физ. культуры.
– 1984. – № 2. – С.11.
119. Вишникин, Д.А. Сопряженное интегрированное развитие физических и интеллектуальных способностей детей 6–7 лет в условиях применения
биомеханического
комплекса:
Дис.
…
канд.
пед.
наук
Д.А. Вишникин. – Нальчик, 2004. – 178 с.
120. Власов, В.Н. Исследование методики воспитания быстроты у
школьников / В.Н. Власов, В.П. Филин // Теория и практика физ. культуры.
332
– 1971. – № 10. – С. 48–51.
121. Влияние антиоксиданта на резистентность нетренированного
организма к максимальной физической нагрузке / Ф.З. Меерсон [и др.] //
Бюл. экспериментальной биологии. – 1982. – №7. – С. 17–19.
122. Влияние вариативных образовательных программ на уровень
здоровья младших школьников / А.В. Шаханова [и др.] // Валеология. –
2001. – №3. – С. 23–29.
123. Влияние на организм человека программно-аппаратных комплексов с компьютерными играми / Е.В. Комарова [и др.] // Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров: мат. Междунар. науч.- практ. конф. – Пенза, 2001. – С. 110–111.
124. Волков, В.К. Современные и традиционные оздоровительные
системы / В.К. Волков // Теория и практика физ. культуры. – 1996. – № 12.
– С. 45–47.
125. Волков, В.М. Восстановительные процессы в спорте / В.М.
Волков. – М.: Физкультура и спорт, 1977. – 142 с.
126. Волков, В.М. Спортивный отбор / В.М. Волков, В.П. Филин. –
М.: Физкультура и спорт, 1983. – 176 с.
127. Волков, В.Н. Клиническая оценка утомления во врачебноспортивной практике / В.Н. Волков. – Челябинск, 1973. – 164 с.
128. Волков, В.Ю. Компьютерные технологии в физической культуре, оздоровительной деятельности и образовательном процессе / В.Ю.
Волков // Теория и практика физ. культуры. – 2001. – № 4. – С. 60–63; № 5.
– С. 56–61.
129. Волков, Л.В. Возрастные механизмы адаптации организма детей и подростков к тренировочным нагрузкам / Л.В. Волков // Тезисы докладов ХIХ Всесоюзной конф. «Физиологические механизмы адаптации к
мышечной деятельности». – Волгоград, 1988. – С. 82–83.
130. Волков, Л.В. Физическое воспитание учащихся: Пособие для
учителя / Л.В. Волков. – Киев: Рад. шк., 1986. – 182 с.
333
131. Волков, Н.И. Некоторые вопросы теории тренировочных
нагрузок / Н.И. Волков, В.М. Зациорский // Теория и практика физ. культуры. – 1964. – № 6. – С. 20–24.
132. Волков, Н.И. Электромашинные устройства автоматики / Н.И.
Волков, В.П. Миловзоров – М.: В.ш., 1986.
133. Волков, Н.И. Энергетический обмен и работоспособность человека в условиях напряженной мышечной деятельности: автореф. дис. ...
канд. биол. наук / Н.И. Волков. – М., ГЦОЛИФК, 1969. – 27 с.
134. Воробьев, А.Н. Современная тренировка тяжелоатлетов / А.Н.
Воробьев. – М.: Физкультура и спорт, 1958. – 256 с.
135. Воробьев, А.Н. Тяжелоатлетический спорт: Очерки по физиологии и спортивной тренировке. – 2-е изд., перераб. и доп. / А.Н. Воробьев.
– М.: Физкультура и спорт, 1977. – 255 с.
136. Воронов, А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость /
А.А. Воронов. – М.: Наука, 1979. – 336 с.
137. Врачебные наблюдения за спортсменами в процессе тренировки: Сборник статей / Н.Д. Граевская [и др.]. – М.: ФиС, 1966.
138. Вукобратович, М. Неадаптивное и адаптивное управление манипуляционными роботами / М. Вукобратович, Д. Стокич, Н. Кирчански. –
М.: Мир, 1989. – 376 с.
139. Выготский, Л.С. Педагогическая психология / Л.С. Выготский.
– М.: Педагогика, 1991.
140. Выготский, Л.С. Развитие высших психических функций / Л.С.
Выготский. – М.: Изд-во АПН РСФСР, 1960. – 600 с.
141. Высочин, Ю.В. Современные представления о физиологических механизмах срочной адаптации организма спортсменов к воздействиям физических нагрузок / Ю.В. Высочин, Ю.П. Денисенко // Теория и
практика физ. культуры. – 2002. – № 7. – С. 2–6.
142. Гавердовский, Ю.К. Забытая проблема. Опыт трактовки ортодоксальной дидактики в современном контексте обучения спортивным
334
упражнениям / Ю.К. Гавердовский // Теория и практика физ. культуры. –
1991. – № 8. – С. 12–20.
143. Гавердовский, Ю.К. О каузальной структуре спортивных движений / Ю.К. Гавердовский // Теория и практика физ. культуры. – 2003. –
№ 2. – С. 14–19.
144. Гавердовский, Ю.К. Программированное обучение при физической подготовке по круговому методу тренировки / Ю.К. Гавердовский,
В.Н. Лисицкий // Теория и практика физ. культуры. – 1981. – № 8. – С. 18–
19. 3 обл.
145. Гайдук, А.Р. К исследованию устойчивости линейных систем /
А.Р. Гайдук // Автоматика и телемеханика. – 1997. – №3. – С. 153–160.
146. Галичаев, М.П. Биомеханические аспекты обоснования операционного пространства при проектировании подвижных видеоигр / М.П.
Галичаев // Проблемы биомеханики спорта: тез. докл. 7-й Всесоюз. науч.
конф. – Пенза, 3–6 окт. 1991 г. – М, 1991. – С. 28–29.
147. Гандельсман, А.Б. Физиологические основы спортивной тренировки / А.Б. Гандельсман, К.М. Смирнов. – М.: Физкультура и спорт,
1970. – 232 с.
148. Гандельсман, А.Б. Функция системы крови и мышечная деятельность / А.Б. Гандельсман //Физиология мышечной деятельности труда
и спорта. – Л., 1969. – С. 242.
149. Гаркави, Л.Х. Адаптационные реакции и резистентность организма / Л.Х. Гаркави, Е. Б. Квакина, М. А. Уколов. – Ростов-на-Дону, 1977.
– 118 с.
150. Гегель, Г.В. Сочинения / Г.В. Гегель. – М.: Соцэкгиз, 1959.
151. Гель, П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер. с франц. – 2-е изд., испр. / П. Гель. – М.: ДМК,
1999.
152. Гельфан, А.М. Сердечно-сосудистая система в подростковом и
юношеском возрасте: автореф. дис. … д-ра биол. наук / А.М. Гельфан. –
335
М., 1944. – 190 с.
153. Гергей, Т. Психолого-педагогические проблемы эффективного
применения компьютера в учебном процессе / Т. Гергей, Е.И. Машбиц //
Вопросы психологии. – 1985. – №3. – С. 41–49.
154. Гигиенические требования к условиям обучения школьников в
различных видах современных общеобразовательных учреждений. Санитарно-эпидемиологические
правила
СП
2.4.2.782–99:
Утверждено
Г.Г. Онищенко 4 августа 1999 г. – М.: Верховный Совет Российской Федерации, 1999.
155. Гилев, Г.А. Принципы построения процесса специальной физической подготовки / Г.А. Гилев, Т.М. Абсалямов, В.В. Беляев // Теория и
практика физ. культуры. – 1981. – № 8. – С. 13–15.
156. Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. – М.:
Практика, 1998. – 459 с.
157. Глушков, В.М. Введение в АСУ / В.М. Глушков. – К.: Тэхника,
1974.
158. Годик, М.А. Контроль тренировочных и соревновательных
нагрузок / М.А. Годик. – М.: Физкультура и спорт, 1980. – 135 с.
159. Годик, М.А. Спортивная метрология: Учебник для ин-тов физ.
культ / М.А. Годик. – М.: Физкультура и спорт, 1988. – 192 с.: ил.
160. Головко, И.Ф. Автономный программный ритмолидер /
И.Ф. Головко // Теория и практика физ. культуры. – 1968. – № 9. – С. 63–
65.
161. Голубчиков, А.М. Кардиоинтервалометрия и омега-потенциал
в экспресс-анализе функционального состояния спортсменов различного
возраста и специализации: автореф. дис. … канд. мед. наук / А.М. Голубчиков. – М., 1988. – 28 с.
162. Голубчиков, А.М. Ритм и частота сердечных сокращений у
спортсменов различной квалификации и специализации / А.М. Голубчиков
// Теория и практика физ. культуры. – 1987. – № 1. – С. 43–44.
336
163. Горбацевич, Е.Д. Аналоговое моделирование систем управления / Е.Д. Горбацевич, Ф.Ф. Левинзон. – М.: Наука. 1984.
164. ГОСТ 17562-72. Приборы измерительные для функциональной
диагностики. Термины и определения. Переиздание (апрель 1985 г.) с Изменениями № 1,2, утвержденными в марте 1983 г., ноябре 1984 г. Пост. №
4025 от 28.11.84 (ИУС 7-83;2-85).
165. ГОСТ 20790-82. (СТ СЭВ 2479-80,СТ СЭВ 3930-82) Приборы,
аппараты и оборудование медицинские. Общие технические условия.
166. ГОСТ 23256-78. Изделия медицинской техники. Требования к
надежности и методы испытаний.
167. ГОСТ 24878-81. (СТ СЭВ 2483-80) Электроды для съема биоэлектрических потенциалов. Термины и определения.
168. ГОСТ 26.203-81. Единая система стандартов приборостроения.
Комплексы измерительно-вычислительные. Признаки классификации.
Общие требования.
169. ГОСТ 8.326-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение разработки, изготовления и
эксплуатации нестандартизованных средств измерения. Основные положения.
170. ГОСТ 8.437-81 Государственная система обеспечения единства
измерений. Системы информационно-измерительные. Метрологическое
обеспечение. Основные положения.
171. Гостев, В.И. Системы управления с цифровыми регуляторами:
Справочник / В.И. Гостев. – К.: Тэхника. 1990.
172. Гостев, Э.В. Повышение эффективности процесса освоения
маховых гимнастических упражнений на основе обучающих устройств
адаптивного типа: автореф. дис. ... канд. пед. наук / В.И. Гостев. – М., 1982.
173. Граевская, Н.Д. Влияние спорта на сердечно-сосудистую систему / Н.Д. Граевская. – М., 1975.
174. Гросс, Х.Х. Рационализация спортивной техники на основе
337
моделирования систем движения / Х.Х. Гросс, Д.Д. Донской // Теория и
практика физ. культуры. – 1974. – № 11. – С. 9–11.
175. Гудзь, П.З. Адаптационные, патологические и компенсаторные
реакции дыхательной мускулатуры в условиях длительных динамических
и статических нагрузок / П.З. Гудзь // Адаптация человека и животных в
норме и патологии. – Ярославль, 1975. – С. 151–153.
176. Гудзь, П.З. Об изменениях иннервации сердца при больших
физических нагрузках по данным экспериментально-морфологических исследований / П.З. Гудзь // Вопросы врачебного контроля и лечебной физической культуры. – Киев, 1969. – С. 13–15.
177. Гусев, А.Н. Основы теории автоматического управления / А.Н.
Гусев, В.А. Вьюжанин, В.Д. Закаблуковский. – Самара: Самарский аэрокосм. ун-т, 1996. – 110 с.
178. Давиденко, Д.Н. Система физиологических резервов спортсмена / Д.Н. Давиденко, А.С. Мозжухин, В.В. Телегин // Характеристика
функциональных резервов спортсмена. – Л., 1982. – С. 3–8.
179. Давиденко, Д.Н. Физиологические основы физической культуры и спорта: Учебн. пос. / Д.Н. Давиденко. – С.-Пб., 1996.
180. Давыдов, В.В. Проблемы развивающего обучения: Опыт теоретического и экспериментального психологического исследования / В.В.
Давыдов. – М.: Педагогика, 1986.
181. Дворкин, Л.С. Методика силовой подготовки школьников 13–
15 лет с учетом их соматической зрелости / Л.С. Дворкин, А.А. Хабаров,
С.Ф. Евтушенко // Теория и практика физ. культуры. – 1999. – № 3. – С. 34.
182. Дворкин, Л.С. Тяжелая атлетика и возраст / Л.С. Дворкин. –
Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1989. – 200 с.
183. Дедковский, С.М. Оптимальная интенсивность физических
упражнений / С.М. Дедковский // Теория и практика физ. культуры. – 1966.
– № 10. – С. 63–65.
184. Дейч, А.М. Методы идентификации динамических объектов /
338
А.М. Дейч. – М.: Энергия, 1979.
185. Дембо, А.Г. Врачебный контроль в спорте / А.Г. Дембо. – М.:
Медицина, 1988.
186. Дембо, А.Г. Нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы у спортсменов / А.Г. Дембо // Сердце и спорт. – 1968. – С. 374–466.
187. Дибнер, Р.Д. Критерии оценки фонокардиограммы спортсменов с учетом направленности тренировочного процесса / Р.Д. Дибнер //
Критерии оценки функционального состояния и диагностики тренированности спортсменов. – Л, 1975. – С. 7–15.
188. Дмитриев, О.Б. Совершенствование учебного процесса по курсу «Биомеханика» на основе применения компьютерных мультимедиа информационных технологий / О.Б. Дмитриев, Э.Р. Ахмедзянов, Е.А. Калинина // Теория и практика физ. культуры. – 1999. – № 10. – С. 10–14.
189. Добровольский, В.К. Профилактика повреждений, патологических состояний и заболеваний при занятиях спортом / В.К. Добровольский.
– М.: Физкультура и спорт, 1967.
190. Донской, Д.Д. Двигательная задача в спортивных действиях /
Д.Д. Донской, С.В. Дмитриев // Теория и практика физ. культуры. – 1994. –
№ 11. – С. 40–43.
191. Донской, Д.Д. Законы движения в спорте: Очерки по теории
структурности движения / Д.Д. Донской. – М.: Физкультура и спорт, 1968.
192. Донской, Д.Д. Научное обоснование спортивной техники / Д.Д.
Донской, И.Н. Преображенский, М.Л. Укран // Теория и практика физ.
культуры. – 1967. – № 11. – С. 14–17.
193. Донской, Д.Д. Новое видение двигательных действий: [Духовный акмеизм биомеханики] / Д.Д. Донской // Теория и практика физ. культуры. – 2000. – № 9. – С. 60–61.
194. Донской, Д.Д. Основы антропоцентрической биомеханики:
Методология, теория, практика / Д.Д. Донской, С.В. Дмитриев. – Нижний
Новгород, 1993.
339
195. Донской, Д.Д. Психомоторное единство управления физическими упражнениями как двигательными действиями (от «механики живого» к «психобиомеханике действий») / Д.Д. Донской // Теория и практика
физ. культуры. – 1995. – № 5/6. – С. 23–24, 37.
196. Донской, Д.Д. Психосемантические механизмы управления
двигательными действиями человека / Д.Д. Донской, С.В. Дмитриев // Теория и практика физ. культуры. – 1999. – № 9. – С. 2–6.
197. Донской, Д.Д. Теория сравнения действий и вопросы преподавания техники в физкультурных вузах / Д.Д. Донской // Теория и практика
физ. культуры. – 1989. – № 10. – С. 48–51.
198. Донской, Д.Д. Теория строения действий / Д.Д. Донской // Теория и практика физ. культуры. – 1991. – № 3. – С. 9–12. 2 обл.
199. Доронин, A.M. Физические упражнения как результат интеграции активности двигательного аппарата в качестве анализатора, двигателя
и рекуператора энергии: автореф. дис. ... д-ра. ... пед. наук / A.M. Доронин.
– Майкоп. – 1999. – 50 с.
200. Дорохов, Р.Н. Место и роль оценки физического развития и
соматотипирования при отборе и ориентации детей и подростков в спорте /
Р.Н. Дорохов // Спортивно-медицинские аспекты подросткового возраста:
Сб. ст. – Смоленск, 1979. – С. 3–17.
201. Дубинин, Н.П. Биологические и социальные факторы в развитии человека / Н.П. Дубинин // Вопросы философии. – 1977. – № 2.
202. Дубинин, Н.П. Что такое человек / Н.П. Дубинин. – М.: Мысль,
1983.
203. Дудников, Е.Г. Автоматическое управление в химической
промышленности / Е.Г. Дудников. – М.: Химия, 1987.
204. Дышко, Б.А. Современные методики биомеханических измерений: компьютеризированный динамометрический комплекс / Б.А. Дышко // Теория и практика физ. культуры. – 2000. – № 7. – С. 24–26.
205. Дьячков, В.М. Комплексная методика исследования влияния
340
различной тренировочной нагрузки на организм спортсмена / В.М. Дьячков, В.Л. Федоров // Теория и практика физ. культуры. – 1960. – Т. XXIII. –
Вып. 10. – С. 760–762.
206. Дьячков, В.М. Объективные критерии оценки высшего технического мастерства в спорте / В.М. Дьячков // Теория и практика физ.
культуры. – 1967. – № 4. – С. 12–15.
207. Дьячков, В.М. Проблемы спортивной тренировки / В.М. Дьячков. – М.: Физкультура и спорт, 1961. – 194 с.
208. Евсеев, С.П. Как разместить отягощения на звеньях тела
спортсмена? / С.П. Евсеев // Теория и практика физ. культуры. – 1991. – №
4. – С. 47–49.
209. Евсеев, С.П. Классификация спортивных тренажеров / С.П. Евсеев // Теория и практика физ. культуры. – 1986. – № 3. – С. 49–51.
210. Евсеев, С.П. Классификация спортивных тренажеров, применяемых для формирования движений / С.П. Евсеев // Теория и практика
физ. культуры. – 1986. – № 10. – С. 18–20.
211. Евсеев, С.П. Методика освоения силовых и статических двигательных действий с помощью тренажеров / С.П. Евсеев, Г.В. Бармин, Ю.Н.
Рыкунов // Теория и практика физ. культуры. – 1994. – № 5/6. – С. 19–21.
212. Евсеев, С.П. Особенности процесса формирования двигательных действий спортсмена с помощью тренажеров / С.П. Евсеев // Теория и
практика физ. культуры. – 1987. – № 4. – С. 34–36.
213. Евсеев, С.П. Применение технических средств управления суставными движениями спортсмена / С.П. Евсеев // Теория и практика физ.
культуры. – 1985. – № 4. – С. 47–49.
214. Евсеев, С.П. Теория и методика формирования двигательных
действий с заданным результатом: дис. ... д-ра. пед. наук (в виде научного
доклада) / С.П. Евсеев. – М., 1996. – С. 79.
215. Евстигнеева, Ю.М. Психологические особенности обращения к
компьютерным играм в подростковом возрасте: дис. … канд. псих. наук /
341
Ю.М. Евстигнеева. – М., 2003.
216. Емельянов, А.И. Исполнительные устройства промышленных
регуляторов / А.И. Емельянов, В.А. Емельянов. – М.: Машиностроение,
1975.
217. Еремин, Е.Л. Гиперустойчивость системы управления нелинейным объектом с запаздыванием / Е.Л. Еремин // Автоматизация технологических процессов. – Фрунзе: Фрунзенск. политех. ин-т, 1987.
218. Ермаченко, А.И. Методы синтеза линейных систем управления
низкой чувствительности / А.И. Ермаченко. – М.: Радио и связь, 1981.
219. Жбанков, О.В. Компьютеризованная система как средство
управления психофизическим состоянием спортсмена / О.В. Жбанков, А.Н.
Лебедев // Теория и практика физ. культуры. – 1994. – № 11. – С. 46–48.
220. Жданов А.А. AdCAS – система автономного адаптивного
управления активной подвеской автомобиля / А.А. Жданов, Д.Б. Липкевич
// Труды Института системного программирования: Т. 7, Новые подходы в
нейроноподобных и основанных на знаниях системах. – М.: ИСП РАН,
2004. С. 119–159.
221. Жданов, А.А. Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления /
А.А. Жданов, А.Е. Устюжанин // Тр. Ин-та системного программирования:
Т. 2. – М.: ИСП РАН, 2001. С. 141–179.
222. Жданов, А.А. Возможности представления измерительной информации с помощью формальных нейронов / А.А. Жданов, К.В. Одинцов
// Сб. научн. тр. «Искусственный интеллект в технических системах». Вып.
20. – М.: Гос. ИФТП. 1999, С. 111–146.
223. Жданов, А.А. Использование принципа автономного адаптивного управления в системе угловой стабилизации космического аппарата
«Спектр РГ» / А.А. Жданов, Б.Б. Беляев, В.В. Мамаев // Сборник «Информационная бионика и моделирование». Изд-во ГосИФТП, 1995, С. 87–114.
224. Жданов, А.А. Метод автономного адаптивного управления /
342
А.А. Жданов // Известия Академии Наук. Теория и системы управления. –
1999, № 5. – С. 127–134.
225. Жданов, А.А. Накопление и использование информации при
управлении в условиях неопределенности / А.А. Жданов // Информационная технология и численные методы анализа pаспpеделенных систем: сб.
науч. тp. ИФТП РАH. – М., 1992, – С. 112–133.
226. Жданов, А.А. Нейронная адаптивная система управления /
А.А. Жданов, М.В. Крыжановский, Н.Б. Преображенский // Труды международной конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы». IMS 2002, С. 115–118.
227. Жданов, А.А. Нейросетевой метод автономного адаптивного
управления / А.А. Жданов, А.Н. Винокуров // Нейрокомпьютеры: Разработка, Применение. – 2001. – № 2.
228. Жданов, А.А. Нейросетевой самообучаемый метод адаптивного управления динамическими объектами / А.А. Жданов, А.Е. Устюжанин,
М.В. Караваев // Материалы XXIX академических чтений по космонавтике, 2005 год. – М., 2005. – С. 93.
229. Жданов, А.А. Некоторые практические приложения метода автономного адаптивного управления / А.А. Жданов, Н.А. Норкин, М.А. Гуриев // Сб. науч. тр. Искусственный интеллект в технических системах.
Вып. 19. – М.: Гос. ИФТП, 1998. – С. 72–99.
230. Жданов, А.А. О возможности создания систем автономного
искусственного интеллекта / А.А. Жданов, М.В. Крыжановский, Н.Б. Преображенский // Интеллектуальные и многопроцессорные системы –2001:
Тезисы докладов Международной научной конференции. Таганрог: Изд-во
ТРТУ, 2001. – С. 245–248.
231. Жданов, А.А. О понятии автономного искусственного интеллекта / А.А. Жданов // Искусственный интеллект в технических системах:
сб. науч. тр. – М., Гос. ИФТП., 1997. – С. 142–157.
232. Жданов, А.А. Об одной методологии автономного адаптивного
343
управления / А.А. Жданов, С.В. Арсеньев, В.А. Половников // Тр. ин-та системного программирования РАН. 1999. Т. 1. – М.: Биоинформсервис,
2000. – С. 66–83.
233. Жданов, А.А. Об одном имитационном подходе к адаптивному
управлению / А.А. Жданов // Вопросы кибернетики: Научный совет по
комплексной проблеме «Кибернетика» РАН. – М., 1996. – С. 171–206.
234. Жданов, А.А. Применение генетических алгоритмов для оптимизации нейросетевой базы знаний адаптивной системы стабилизации углового движения космического аппарата / А.А. Жданов, Л.В. Земских, Б.Б.
Беляев // Сб. тезисов докладов XXV академических чтений по космонавтике, Москва, 24–26 января 2001 г. – М.: «Война и мир», 2001. – С. 128–129.
235. Жданов, А.А. Применение нечеткой логики в имитационной
системе автономного адаптивного управления / А.А. Жданов, М.В. Караваев // Тр. Ин-та системного программирования: Т. 3. – М.: ИСП РАН, 2002.
– С. 119–135.
236. Жданов, А.А. Принципы построения системы управления угловым движением космического аппарата на основе имитации нервной системы / А.А. Жданов, Б.Б. Беляев // Сб. тезисов докладов XXV академических чтений по космонавтике, Москва, 24–26 января 2001 г. – М.: «Война и
мир», 2001. – С. 126–127.
237. Жданов, А.А. Разработка адаптивной системы биоэлектрического управления протезом руки / А.А. Жданов, Е.Л. Полян, С.В. Синицын
// Труды Института системного программирования: Т. 7, Новые подходы в
нейроноподобных и основанных на знаниях системах. – М.: ИСП РАН,
2004. – С. 170–176.
238. Жданов, А.А. Формальная модель нейрона и нейросети в методологии автономного адаптивного управления / А.А. Жданов // Вопросы
кибернетики: Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика»
РАН. Вып. 3. – М., 1997. – С. 258–274.
239. Жиляев, А.А. Биомеханическая диагностика оптимального вы-
344
полнения циклических движений / А.А. Жиляев // Теория и практика физ.
культуры. – 2001. – № 10. – С. 41–43.
240. Жимерин, Д.Г. Автоматизированные и автоматические системы управления / Д.Г. Жимерин, В.А. Мясников. – М., 1975.
241. Жуков, В.И. Оптимизация выполнения силовых и скоростносиловых упражнений / В.И. Жуков. – Майкоп: Изд-во Адыг. ун-та, 1999. –
110 с.
242. Жуков, В.И. Оптимизация двигательных действий спортсменов
в видах спорта силовой и скоростно-силовой направленности: автореф.
дис. … д-ра. пед. наук / В.И. Жуков. – Майкоп, 1999.
243. Журавлева, А.И. Спортивная медицина и лечебная физкультура / А.И. Журавлева, Н.Д. Граевская. – М.: Медицина, 1993. – 260 с.
244. Заболевания и повреждения при занятиях спортом / А.Г. Дембо
[и др.]. – Л.: Медицина, 1984.
245. Заболевания и повреждения при занятиях спортом / А.Г. Дембо
[и др.]. – Л.: Медицина, 1991. – 335 с.
246. Завадский, К.М. Философские проблемы современной биологии / К.М. Завадский, А.С. Мамзин. – Л., 1970. – 39 с.
247. Загрядский, В.П. Физиологические резервы организма и боеспособность человека / В.П. Загрядский // Избранные лекции по физиологии военного труда. – Л.: ВМА им. С.М. Кирова, 1979. – С. 31–41.
248. Заикин, В.А. Энергетическая и пульсовая стоимости общеразвивающих гимнастических упражнений / В.А. Заикин, В.Л. Уткин, О.В.
Зимина // Теория и практика физ. культуры. – 1987. – № 9. – С. 45–47.
249. Зайцев, Г.К. Время педагогики здоровьесозидающей / Г.К.
Зайцев // Народное образование. – 2002. – №6. – С. 193–194.
250. Зайцев, Г.Ф. Основы автоматического управления и регулирования / Г.Ф. Зайцев, В.И. Костюк, П.И. Чинаев. – Киев: Технiка, 1975. – С.
48.
251. Закономерности построения игровой соревновательной дея-
345
тельности и пути повышения ее эффективности / Л.А. Латышкевич [и др.].
// Теория и практика физ. культуры. – 1990. – № 4. – С. 13–15.
252. Запорожанов, В.А. Изменение состояния спортсмена как многомерный случайный процесс / В.А. Запорожанов, В.М. Зациорский // Теория и практика физ. культуры. – 1968. – № 1. – С. 5–16.
253. Запорожанов, В.А. Индивидуализация – важнейшая проблема
спорта высших достижений / В.А. Запорожанов // Теория и практика физ.
культуры. – 2002. – № 7. – С. 62–63.
254. Запорожанов, В.А. Комплексный контроль в современном
спорте / В.А. Запорожанов // Теория и практика физ. культуры. – 1982. – №
2. – С. 41–43.
255. Запорожанов, В.А. Контроль в спортивной тренировке / В.А.
Запорожанов. – Киев: Здоровье, 1988. – 141 с.
256. Запорожанов, В.А. Рационализация методов управления тренировочным процессом на основе диагностики текущего состояния легкоатлетов: автореф. дис. … канд. пед. наук / В.А. Запорожанов. – М., 1969.
257. Зациорский В.М. Исследование точности воспроизведения
мышечной работы, дозируемой по частоте сердечных сокращений / В.М.
Зациорский, Ю.Д. Ярмицкий // Теория и практика физ. культуры. – 1972. –
№ 5. – С. 27–31.
258. Зациорский, В.М. Автономный кардиолидер для программирования режима частоты сердечных сокращений спортсмена / В.М. Зациорский, В.Д. Чепик, В.Л. Уткин // Приборы и методы спортивной тренировки
и эксперимента. – Л., 1963. – С. 32 –33.
259. Зациорский, В.М. Влияние наследственности и среды на развитие двигательных качеств человека / В.М. Зациорский, Л.П. Сергиенко //
Теория и практика физ. культуры. – 1975. – №6. – С. 22.
260. Зациорский, В.М. Вопросы теории и практики педагогического
контроля в современном спорте / В.М. Зациорский, В.А. Запорожанов,
И.А. Тер-Ованесян // Теория и практика физ. культуры. – 1971. – № 4. – С.
346
59–63.
261. Зациорский, В.М. Кибернетика и физическое воспитание / В.М.
Зациорский // Теория и практика физ. культуры. – 1965. – № 5. – С. 22–30.
262. Зациорский, В.М. Кибернетика, математика, спорт / В.М. Зациорский. – М.: Физкультура и спорт, 1969. – 199 с.
263. Зациорский, В.М. Моторика человека как N-мерный континуум / В.М. Зациорский, М.А. Годик // Теория и практика физ. культуры. –
1966. – № 4. – С. 12–21.
264. Зациорский, В.М. О величине и системе нагрузок в спортивной
тренировке / В.М. Зациорский // Теория и практика физ. культуры. –
1961.– Т. XXIV, вып. 3. – С. 212–215.
265. Зациорский, В.М. О двух типах показателей выносливости /
В.М. Зациорский, Н.И. Волков, Н.Г. Кулик // Теория и практика физ. культуры. – 1965. – № 2. – С. 21–24.
266. Зациорский, В.М. Основы спортивной метрологии / В.М. Зациорский. – М.: Физкультура и спорт, 1979. – 152 с.
267. Зациорский, В.М. Оценка тренировочных нагрузок методом
суммационной пульсометрии / В.М. Зациорский, Н.Г. Кулик // Теория и
практика физ. культуры. – 1966. – № 3. – С. 44–47.
268. Зациорский, В.М. Программированное управление сердечным
ритмом в процессе спортивной тренировки / В.М. Зациорский, В.Д. Чепик,
С.Д. Неверкович // Медицинские проблемы исследования и управления
тренировкой спортсменов. – М., 1969. – С. 35.
269. Зациорский, В.М. Спортивная метрология: Учеб. для ин-тов
физ. культ. / В.М. Зациорский. – М.: Физкультура и спорт, 1982. – 256 с.
270. Зациорский, В.М. Сравнительная биодинамика локомоций /
В.М. Зациорский, С.Ю. Алешинский, Л.М. Райцин // Теория и практика
физ. культуры. – 1977. – № 12. – С. 10–17.
271. Зациорский, В.М. Физические качества спортсмена / В.М. Зациорский. – М.: Физкультура и спорт, 1970. – 199 с.
347
272. Заявка на патент с приоритетом от 15.10.99 г., / А.П. Ткачук [и
др.] – М., РГАФК, Научно-технологический центр исследовательской
практики.
273. Зимкин, Н.В. Физиология в теснейшей связи с запросами спорта / Н.В. Зимкин, В.М. Зациорский // Теория и практика физ. культуры. –
1975. – № 12. – С. 64–65.
274. Зинковский, А.В. Имитационное динамическое моделирование
движений человека / А.В. Зинковский // Кибернетика и вычислительная
техника: Сб. науч. тр. – Вып. 66. – Киев, Наукова думка, 1985. – С. 99–103.
275. Зинковский, А.В. О методике оценки мышечных усилий при
биомеханическом анализе спортивной техники / А.В. Зинковский // Теория
и практика физ. культуры. – 1973. – №9.
276. Зинковский, А.В. Синтез оптимальных движений в спорте с
помощью ЭВМ / А.В. Зинковский, В.П. Колесов, В.А. Чистяков // Теория и
практика физ. культуры. – 1980, – № 10. – С. 6–9.
277. Зинковский, А.В. Средства и методы системного анализа в физической культуре / А.В. Зинковский, Н.Ф. Гришин. – Л.: Б. и., 1988.
278. Иванов, В.А. Теория дискретных систем автоматического
управления / В.А. Иванов, А.С. Ющенко. – М.: Наука, 1983.
279. Иванов, В.В. Вопросы совершенствования тренировочного
процесса в спорте на основе применения специализированных технических
средств обучения и контроля: автореф. дис. ... канд. пед. наук / В.В. Иванов. – М., 1976. – 18 с.
280. Иванов, В.В. Комплексный контроль в подготовке спортсменов
/ В.В. Иванов. – М.: Физкультура и спорт, 1987. – 256 с.
281. Иванов, В.В. Научно-технический прогресс и спортивная наука /
В.В. Иванов // Теория и практика физ. культуры. – 1983. – № 11. – С. 16–17.
282. Иванов, В.В. Проблемы и пути научно-технического перевооружения спортивной науки и практики / В.В. Иванов, Г.П. Семенов, И.П.
Чиженков // Теория и практика физ. культуры. – 1989. – № 8. – С. 13–18.
348
283. Иванов, В.В. Современные тенденции и приоритетные направления развития технологий и технических средств подготовки спортсменов
высокой квалификации / В.В. Иванов // Теория и практика физ. культуры.
– 1993. – № 9/10. – С. 34–35.
284. Иванов, В.В. Цифровое устройство регистрации временных
характеристик бега / В.В. Иванов, И.П. Маракушкин, А.А. Майструк //
Теория и практика физ. культуры. – 1977. – № 10. – С. 70–71.
285. Иванова, В.С. Основы математической статистики / В.С. Иванова. – М.: Физкультура и спорт, 1990. – 173 с.
286. Иванова, Г.П. Особенности развития у дошкольников двигательных качеств при использовании спортивно-компьютерно-игрового
комплекса / Г.П. Иванова, Е.В. Гамаль // Вестник Балтийской академии. –
1997. – Вып. 10. – С. 9–12.
287. Ивахненко, А.Г. Кибернетические системы с комбинированным управлением / А.Г. Ивахненко. – Киев. Тэхника, 1967.
288. Иващенко, Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем / Н.Н. Иващенко. – М.: Машиностроение, 1978.
289. Изерман, Р. Цифровые системы управления / Р. Изерман. – М.:
Мир, 1984.
290. Инструментальные методы исследования в кардиологии (Руководство) / Под науч. ред. Г.И. Сидоренко. – Минск, 1994. – 272 с.
291. Ипполитов, Ю.А. Оптимизация условий выполнения спортивных упражнений / Ю.А. Ипполитов, В.С. Чебураев // Теория и практика
физ. культуры. – 1994. – № 1/2. – С. 44–46.
292. К обоснованию приоритетов социальной поддержки направлений научных исследований и новых форм целевой ориентированности
научных знаний / И.П. Ратов [и др.] // Теория и практика физ. культуры. –
1997. – № 5. – С. 2–5.
293. К проблемам выбора перспективных направлений в использовании нетрадиционных методов и средств оздоровительной физической
349
культуры / И.П. Ратов [и др.] // Теория и практика физ. культуры. – 1999. –
№ 5. – С. 9–13.
294. Кадомцев, Б.Б. Динамики и информация / Б.Б. Кадомцев //
Успехи физ. наук. – 1994. – Т. 164. – № 5. – С. 487–530.
295. Казначеев, В.П. Донозологическая диагностика в практике
массовых обследований населения / В.П. Казначеев, Р.М. Баевский, А.П.
Берсенева. – Л.: Медицина, Ленингр. отд., 1980. – 207 с.
296. Казначеев, В.П. Массовые физиологические обследования
населения как метод экологической физиологии. – В кн.: Общие вопросы
экономической физиологии / В.П. Казначеев, Р.М. Баевский, А.П. Берсенева. – Л.: Медицина, Ленингр. отд., 1977.
297. Казначеев, В.П. Современное состояние проблемы адаптации /
В.П. Казначеев // Вестник АМН СССР. – 1975. – № 10. – С. 5–15.
298. Казначеев, В.П. Современные аспекты адаптации / В.П. Казначеев. – Новосибирск: Наука, 1980. – 191 с.
299. Караваев, М.В. Применение нечеткой логики в имитационной
системе автономного адаптивного управления / М.В. Караваев // Новые
подходы в нейроноподобных и основанных на знаниях системах: труды
Института системного программирования. Т. 7. – М.: ИСП РАН, 2004. – С.
41–53.
300. Карпман, В.Л. Определение минутного объема кровотока у
спортсменов методом возвратного дыхания СО2 / В.Л. Карпман, Р.А. Меркулова, Б.Г. Любина // Теория и практика физ. культуры – 1974. – № 6. –
С. 69.
301. Карпман, В.Л. Тестирование в спортивной медицине / В.Л.
Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков. – М.: Физкультура и спорт,
1988. – 208 с.
302. Киселев, Л.В. Системный подход к оценке адаптации в спорте /
Л.В. Киселев. – Красноярск: Изд-во КГУ, 1986. – 176 с.
303. Клаассен, К.Б. Основы измерений. Электронные методы и
350
приборы в измерительной технике / К.Б. Клаассен. – М.: Постмаркет, 2000.
– 352 с.
304. Классификация тренажеров и тренировочных приспособлений
для массовой физической культуры / И.П. Ратов [и др.] // Теория и практика физ. культуры. – 1985. – № 11. – С. 35–37.
305. Клюев, А.С. Наладка средств измерений и систем технологического контроля. Справочное пособие / А.С. Клюев. – М.: Энергоатомиздат,
1990.
306. Клюев, А.С. Наладка средств автоматизации и АСР: Справочное пособие / А.С. Клюев. – М.: Энергоатомиздат. 1986.
307. Ковалев, В.А. Биомеханика и синергетика / В.А. Ковалев //
Теория и практика физ. культуры. – 2000. – № 3. – С. 46–48.
308. Коваль, В.А. Спектральный метод анализа и синтеза распределенных управляемых систем / В.А. Коваль. – Саратов: Сарат. гос. техн. унт, 1997. – 192 с.
309. Кожемов, А.А. Совершенствование двигательных способностей студентов факультетов физической культуры в условиях комплексного вариативного применения переменных сопротивлений на занятиях гимнастикой: автореф. дис. … канд. пед. наук / А.А. Кожемов. – Майкоп, 1996.
– 24 с.
310. Козлов, И.М. Биомеханические факторы организации движений у человека: автореф. дис. ... д-ра. биол. наук / И.М. Козлов. – Л., 1984.
– 31 с.
311. Козлов, И.М. Биомеханические факторы организации спортивных движений: Монография / И.М. Козлов. – СПб: ГАФК им. П.Ф. Лесгафта, 1998. – 141 с.
312. Козлов, И.М. Взаимосвязь темпа и ритма биомеханической
структуры спортивных движений / И.М. Козлов, А.В. Самсонова, В.Н. Томилов // Теория и практика физ. культуры. – 2003. – № 2. – С. 10–13.
313. Козлов, И.М. Новая глава биомеханики спорта / И.М. Козлов,
351
А.Н. Лапутин // Теория и практика физ. культуры. – 1985. – № 2. – С. 54–
55.
314. Козлов, И.М. Центральные и периферические механизмы формирования биомеханической структуры спортивных движений: автореф.
дис. ... д-ра. пед. наук / И.М. Козлов. – Майкоп, 1999. – 46 с.
315. Козлова, О.И. Проблема адаптации в спорте и оптимальность
физической нагрузки / О.И. Козлова // ФКС и туризм юга России в XXI
столетии. – Ставрополь, 2001. – С.194–197.
316. Компьютеризированный велотренажерный комплекс с биологической отрицательной обратной связью / Ю.Т. Черкесов [и др.] // Актуальные проблемы валеологии, воспитания учащихся в условиях новой
концепции физкультурного образования: мат. Междунар. науч.-практ.
конф. – Нальчик, 2002. – С. 153–155.
317. Компьютерная силовая тренажер-игра с адаптивной системой
управления / В.Г. Свечкарев [и др.] // Новые технологии: сб. науч. тр.
МГТУ. – Майкоп, 2004. – С. 135–137.
318. Компьютерное программирование оздоровительных физических упражнений / В.Д. Сонькин [и др.] // Теория и практика физ. культуры. – 1988. – № 6. – С. 5–6.
319. Кондратьева, М.К. Какой быть физкультуре в новой школе? /
М.К. Кондратьева // Физкультура и спорт. – 1989. – №4. – С. 28.
320. Копылов, В.С. К вопросу о регуляции психического состояния
у тяжелоатлетов / В.С. Копылов // Тяжелая атлетика: Ежегодник. 1976. –
М., 1976. – С. 34.
321. Коренберг В.Б. Надежность решения двигательных задач / В.Б.
Коренберг // Теория и практика физ. культуры. – 1997. – № 10. – С. 18-23.
322. Коренберг, В.Б. Качественный кинезиологический анализ как
педагогическое средство: автореф. дис. ... д-ра. пед. наук / В.Б. Коренберг.
– Малаховка, МГАФК, 1995.
323. Коренберг, В.Б. Основы качественного биомеханического ана-
352
лиза / В.Б. Коренберг. – М.: ФиС, 1979. – 208 с.
324. Коренберг, В.Б. Проблемы физических и двигательных качеств
/ В.Б. Коренберг // Теория и практика физ. культуры. 1996, №7, с. 2-5.
325. Коренев, Г.В. Очерки механики целенаправленного движения /
Г.В. Коренев. – М.: Наука, 1980.
326. Космическая кардиология / В.В. Парин [и др.]. – Л.: Медицина,
Ленингр. отд., 1967. – 206 с.
327. Костюк, В.Н. Адаптивные системы идентификации / В.Н. Костюк. – Киев: Тэхника, 1975. – 256 с.
328. Краевский, В.В. Дидактика как теория образования / В.В. Краевский. – М.: Просвещение, 1982.
329. Краевский, В.В. Общие основы педагогики / В.В. Краевский. –
М.: Академия, 2003. – 256 с.
330. Краевский, В.В. Проблемы научного обоснования обучения:
(Методологический анализ) / В.В. Краевский. – М.: Педагогика, 1977.
331. Красовский, А.А. Справочник по теории автоматического
управления / А.А. Красовский. – М.: Физматлит, 1987.
332. Красовский, Н.Н. Теория управления движением / Н.Н. Красовский. – М.: Наука, 1968. – 476 с.
333. Краус, М. Измерительные информационные системы / М. Краус, Э. Вошни. – М.: Мир, 1975.
334. Кретти, Б.Д. Психология в современном спорте / Б.Д. Кретти. –
М.: Физкультура и спорт, 1978. – 224 с.
335. Крылатых, Ю.Г. Динамические характеристики тренировочных упражнений велосипедистов при работе с разной программной частотой сердечных сокращений / Ю.Г. Крылатых, В.Л. Уткин, В.Д. Чепик //
Теория и практика физ. культуры. – 1970. – № 3. – С. 15–18.
336. Крылатых, Ю.Г. Радиотелеметрическое измерение частоты
пульса у велосипедистов в соревнованиях / Ю.Г. Крылатых, О.А. Никифоров // Теория и практика физ. культуры. – 1972. – № 5. – С. 16–18.
353
337. Кряжев, В.Д. Биомеханические и биоэнергетические принципы
оздоровления организма человека / В.Д. Кряжев // Теория и практика физ.
культуры. – 1990. – № 1. – С. 28–31.
338. Кузин, В.В. Интегративная педагогическая антропология / В.В.
Кузин, Б.А. Никитюк. – М., 1996. – 128 с.
339. Кузнецов, В.В. Специальная силовая подготовка спортсмена /
В.В. Кузнецов. – М.: Сов. Россия, 1975.
340. Кузнецов, А.И. Совершенствование двигательной функции человека при направленной мышечной нагрузке / А.И. Кузнецов // Теория и
практика физ. культуры. – 1967. – № 4. – С. 67–68.
341. Кузнецов, В.С. Управление процессом обучения по специальности «Легкая атлетика» с применением средств программированного
обучения: автореф. дис. … канд. пед. наук / В.С. Кузнецов. – М., 1984.
342. Куликов, Л.М. Определение и направленное совершенствование ведущих параметров движений квалифицированных лыжников–
гонщиков / Л.М. Куликов, В.В. Рыбаков, В.Н. Посохов // Проблемы оптимизации учебно-воспитательного процесса в ИФК: мат. науч.- метод. конф.
– Челябинск, ЧГИФК. 1994. – Вып. 4. – С. 126–128.
343. Куликов, Л.М. Управление спортивной тренировкой: системность, адаптация, здоровье / Л.М. Куликов. – М.: ФОН, 1995. – 395 с.
344. Куликов, Л.М. Управление спортивной тренировкой: системность, адаптация, здоровье: автореф. дис. ... д-ра пед. наук / Л.М. Куликов.
– М., 1996. – 48 с.
345. Куо, Б. Теория и проектирование цифровых систем управления
/ Б. Куо. – М.: Машиностроение, 1986.
346. Купер, К. Аэробика для хорошего самочувствия / К. Купер. –
М.: Физкультура и спорт, 1987. – 192 с.
347. Кураев, Г.А. Валеологическая система сохранения здоровья
населения России / Г.А. Кураев, С.К. Сергеев, Ю.В. Шлепов // Валеология.
– 1996, – № 1, С. 7–18.
354
348. Кураев, Г.А. Использование метода омегаметрии в экспресс–
обследованиях школьников / Г.А. Кураев, Г.И. Морозова, М.И. Леднова //
Валеология. – 1999. – № 4. С.38 – 44.
349. Кураев, Г.А. Практикум по валеологии / Г.А. Кураев. – Ростовна-Дону: Валеология, 1999. – 194 с.
350. Куропаткин, Н.В. Теория автоматического управления / Н.В.
Куропаткин. – М.: Высшая школа, 1973.
351. Курысь, В.Н. Основы познания физического упражнения:
Учеб. пособие / В.Н. Курысь. – Ставрополь: Изд-во СГУ, 1998. – 130 с.
352. Кучкин, С.Н. Биоуправление в медицине и физической культуре / С.Н. Кучкин // Теория и практика физ. культуры. – 1997. – № 10. – С.
41–44.
353. Лапутин, А.H. Биомеханические аспекты теории обучения двигательным действиям / А.H. Лапутин // Теория и практика физ. культуры. –
1990. – № 4. – С. 16–18.
354. Лапутин, А.Н. Управление тренировочным процессом тяжелоатлетов / А.H. Лапутин, В.Т. Олешко. – Киев: Здоров'я, 1982. – 120 с.
355. Лебедев, К.А. Понятие нормы в оценке иммунного статуса человека / К.А. Лебедев, И.Д. Понякина, Н.В. Козаченко // Физиология человека. – 1989. – Т.15, №6. – С. 34–45.
356. Левандо, В.А. Спорт. Стресс. Иммунитет / В.А. Левандо, Р.С.
Суздальницкий // Вестник спортивной медицины России. – 1999, – № 3
(24). С. 36.
357. Левшина, Е.С. Электрические измерения физических величин:
Измерительные преобразователи / Е.С. Левшина, П.В. Новицкий. Л.: Эаи,
1983.
358. Леликов, С.И. Тренажерное устройство срочной информации с
обратной связью / С.И. Леликов // Теория и практика физ. культуры. –
1976. – № 12. – С. 55–56. 2-я обл.
359. Лернер, А.Я. Введение в теорию автоматического регулирова-
355
ния / А.Я. Лернер. М., 1958.
360. Летунов, С.П. Врачебный контроль в физическом воспитании /
С.П. Летунов, Р.Е. Мотылянская. – М.: Физкультура и спорт, 1961. – С.
286.
361. Лиознова, Э.А. Структура гемодинамической реакции на изометрическую нагрузку в зависимости от исходного уровня артериального
давления / Э.А. Лиознова, М.В. Лиознов // Физиология человека. – 1994. –
Т. 20.
362. Лиопо, А.В. Биомеханика и спорт / А.В. Лиопо, В.А. Лиопо,
В.К. Филиппов // Теория и практика физ. культуры. – 1982. – № 2. – С. 55–
56.
363. Лубышева, Л.И. Социальное и биологическое в физической
культуре человека в аспекте методологического анализа / Л.И. Лубышева //
Теория и практика физ. культуры. – 1996. – № 1. – С. 2–4.
364. Луговой, С.И. Новые технические решения проблем повышения мощности гребли и способ их реализации в лодке и на тренажерах /
С.И. Луговой, А.П. Ткачук // Мат. совместной науч.- практ. конф. РГАФК,
МГАФК и ВНИИФК. – М.: ФОН. – 2001. – С. 56–61.
365. Лукас, В.А. Теория автоматического управления / В.А. Лукас.
– М.: Недра, 1990. – 416 с.
366. Лукьяненко, В.П. Физическая культура: основы знаний: Учеб.
пособие / В.П. Лукьяненко. – Ставрополь, 2001. – 224 с.
367. Ляпунов, А.А. О кибернетических вопросах биологии (В кн.: О
некоторых вопросах кодирования и передачи информации в управляющих
системах живой природы) / А.А. Ляпунов, М.А. Беликова. – Новосибирск,
1971.
368. Лях, В.И. Двигательные способности: Общая характеристика и
основы теории и методики развития в практике физической культуры /
В.И. Лях // Физическая культура в школе. – 1996. – №2. – С. 26.
369. Макаров, И.М. Линейные автоматические системы (элементы
356
теории, методы расчета и справочный материал). / И.М. Макаров, Б.М.
Менский. – М.: Машиностроение, 1982. – 504 с.
370. Макаров, И.М. Управляющие системы промышленных роботов
/ И.М. Макаров, В.А. Чиганов. – М., 1984.
371. Максвелл, Д.К. Теория автоматического регулирования / Д.К.
Максвелл, И.А. Вышнеградский, А. Стодола. – М., 1949.
372. Малиновский, С.В. Алгоритмизация учебно-тренировочного
процесса в спорте / С.В. Малиновский // Теория и практика физ. культуры.
– 1976. – № 2. – С. 41–45.
373. Малиновский, С.В. Использование вычислительной техники в
физическом воспитании студентов / С.В. Малиновский // Теория и практика физ. культуры. – 1986. – № 6. – С. 17–19. 3-я обл.
374. Малиновский, С.В. Применение систем программированного
обучения в спорте / С.В. Малиновский // Теория и практика физ. культуры.
– 1972. – № 3. – С. 48–52.
375. Малиновский, С.В. Универсальная комплексная система подготовки в физическом воспитании студентов // Теория и практика физической культуры. – 1991. – № 6. – С. 13–15.
376. Малкин, И.Г. Теория устойчивости движения / И.Г. Малкин.–
М., Л.: 1952. – 432 с.
377. Марищук, В.Л. Информационные аспекты управления спортсменов / В.Л. Марищук, Л.К. Серова. – М.: Физкультура и спорт, 1983. – 111
с.
378. Марищук, В.Л. Напряженность в полете / В.Л. Марищук, К.К.
Платонов, Е.А. Плетницкий. – М.: Воениздат, 1969. – 117 с.
379. Мартыненко, И.И. Проектирование систем автоматики / И.И.
Мартыненко, В.Ф. Лысенко. – М.: Агропромиздат, 1990.
380. Мартьянов, С.С. Компенсаторные приспособления в движениях легкоатлетов / С.С. Мартьянов, Г.И. Попов // Теория и практика физ.
культуры. – 1991. – № 12. – С. 48–51.
357
381. Мартьянов, С.С. Методические приемы адаптивной коррекции
движений в тяжелоатлетических упражнениях и их реализация при помощи программирующих устройств: автореф. дис. ... канд. пед. наук / С.С.
Мартьянов. – М., 1989.
382. Марчук, Г.И. Адаптивная АСУ производством / Г.И. Марчук. –
М.: Статистика, 1981. – 176 с.
383. Матвеев, А.П. Развитие выносливости и функциональных возможностей мальчиков от 7–8 до 11–12лет / А.П. Матвеев // Теория и практика физ. культуры. – 1984. – № 1. – С. 24–25.
384. Матвеев, Л.П. Категории «развитие», «адаптация» и «воспитание» в теории физической культуры и спорта (давние, но не стареющие и
новые идеи) / Л.П. Матвеев // Теория и практика физ. культуры. – 1999. –
№ 1. – С. 2–11.
385. Матвеев, Л.П. Основы спортивной тренировки: Учеб. пособие
для ин-тов физ. культ. / Л.П. Матвеев – М.: ФиС, 1977. – 271с.
386. Матвеев, Л.П. Принципы теории тренировки и современные
положения теории адаптации к физическим нагрузкам / Л.П. Матвеев, Ф.З.
Меерсон // Очерки по теории физической культуры. – М., 1984. – С. 224–
241.
387. Матвеев, Л.П. Теория и методика физического воспитания:
Учеб. для ин-тов физической культуры / Л.П. Матвеев, А.Д. Новиков. – М.:
ФиС, 1976. – Т. 2. – 265 с.
388. Матвеев, Л.П. Теория и методика физической культуры: Учеб.
для ин-тов физ. культ. / Л.П. Матвеев – М.: ФиС, 1991. – 543 с.
389. Материалы к оптимальному построению годичного цикла тренировки велосипедистов в условиях программированного управления частотой сердечных сокращений / В.М. Зациорский [и др.] // Теория и практика физ. культуры. – 1975. – № 1. – С. 26–34.
390. Мачин, А.М. Автокардиолидер – прибор для программирования мышечной работы по частоте сердечных сокращений / А.М. Мачин,
358
Н.В. Аверкович // Теория и практика физ. культуры. – 1967. – № 11. – С.
65–68.
391. Меерсон, Ф.3. Основные закономерности индивидуальной
адаптации / Ф.3. Меерсон // Физиология адаптационных процессов. – М.:
Наука, 1986. – С. 10–76.
392. Меерсон, Ф.З. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам / Ф.3. Меерсон, М.Г. Пшенникова. – М.: Медицина, 1988.
393. Меерсон, Ф.З. Адаптация, стресс, профилактика / Ф.3. Меерсон. – М.: Наука, 1981. – 225 с.
394. Меерсон, Ф.З. Гиперфункция, гипертрофия. Недостаточность
сердца / Ф.3. Меерсон. – Берлин, 1968.
395. Меерсон, Ф.З. Общий механизм адаптации и профилактики /
Ф.3. Меерсон. – М.: Медицина, 1973. – 230 с.
396. Меерсон, Ф.З. Роль стресса в развитии долговременной адаптации / Ф.3. Меерсон // Сб. науч. тр. ин-та общей патологии и патофизиологии. – М., 1979. – № 2. – С. 4–13.
397. Мирошник, И.В. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами / И.В. Мирошник, В.О. Никифиров, А.Л.
Фрадков. – СПб.: Наука, 2000.
398. Михайлов, В.В. Регистрация частоты сердечных сокращений
во время мышечной деятельности / В.В. Михайлов, В.Л. Федоров // Теория
и практика физ. культуры. – 1959. – Т. XXII. – Вып. 7. – С. 626–628.
399. Мозжухин, А.С. Роль системы физиологических резервов
спортсмена в его адаптации / А.С. Мозжухин, Д.Н. Давиденко // Физиологические проблемы адаптации. – Тарту: Минвуз СССР, 1984. – С. 84–87.
400. Мозжухин, А.С. Физиологические резервы спортсмена / А.С.
Мозжухин. – Л., 1979. – 131 с.
401. Мозжухин, А.С. Характеристика функциональных резервов
человека / А.С. Мозжухин // Проблемы резервных возможностей человека.
– М.: ВНИИФК, 1982. – С. 43–50.
359
402. Моногаров, В.Д. Развитие и компенсация утомления при
напряженной мышечной деятельности / В.Д. Моногаров // Теория и практика физ. культуры. – 1990. – № 4. – С. 43–46.
403. Морозов, В.Б. Самонастраивающийся автотренажер / В.Б. Морозов, П.Н. Хломенок // Теория и практика физ. культуры. – 1964. – № 2. –
С. 73–74.
404. Морозов, В.Б. Электронно-световой лидер и электросветовой
лидер с программным управлением / В.Б. Морозов // Теория и практика
физической культуры. – 1963. – № 6. – С. 27–29.
405. Морозов, В.М. Оценивание и управление в нестационарных
линейных системах / В.М. Морозов, В.И. Каленова. – М.: Изд-во МГУ,
1988. – 142 с.
406. Московченко, О.Н. Комплексное исследование и коррекция
адаптивных возможностей, здоровья индивида с помощью автоматизированной интегральной системы: автореф. дис. … д-ра биол. наук / О.Н.
Московченко. – Ростов-на-Дону, 2003. – 34 с.
407. Мюльберг, И.Э. Оперативная коррекция технического мастерства тяжелоатлетов с помощью ЭВМ / И.Э. Мюльберг, А.Н. Фураев // Тяжелая атлетика: Ежегодник. 1986. – М., ФиС, 1986. – С. 24.
408. Набатникова, М.Я. Биологические и педагогические аспекты
выносливости / М.Я. Набатникова, Л.П. Матвеев, В.С. Фарфель // Теория и
практика физической культуры. – 1972. – № 8. – С. 29–33.
409. Неверкович, С.Д. Анализ скорости бега конькобежцев в тренировке с автокардиолидером / С.Д. Неверкович, В.Д. Чепик, В.Л. Уткин //
Теория и практика физ. культуры. – 1970. – № 12. – С. 18–20. 2-я обл.
410. Неверкович, С.Д. Влияние тренировочных нагрузок, выполняемых с разной частотой сердечных сокращений, на изменение показателей
работоспособности спортсменов / С.Д. Неверкович, В.Н. Черемисинов //
Теория и практика физ. культуры. – 1972. – № 11. – С. 40–43.
411. Неверкович, С.Д. Исследование оптимальных форм работы
360
спортсмена в системах автоматического управления со срочным тренировочным эффектом: дис. ... канд. пед. наук / С.Д. Неверкович. – М., 1971.
412. Неверкович, С.Д. К объективной оценке тренировочной
нагрузки (использование автокардиолидера в среднегорье) / С.Д. Неверкович // Теория и практика физ. культуры. – 1974. – № 10. – С. 12–15.
413. Неверкович,
С.Д.
Оптимизация
системы
«спортсмен-
автокардиолидер» на основе оценки качества регулирования / С.Д. Неверкович, И.Г. Шрамков // Теория и практика физ. культуры. – 1971. – № 8. –
С. 60–64.
414. Некоторые аспекты образа жизни детей школьного возраста (о
реализации международного научного проекта «Здоровье и поведение
школьников в Южно-Уральском регионе») / А.И. Федоров [и др.] // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 2000. – № 3. – С.
42–45.
415. Нелюбин, В.В. Развитие теории и практики классификаций
тактико-технических действий в спортивной борьбе: автореф. дис. … д-ра.
пед. наук / В.В. Нелюбин. – СПб., 1999. – 44 с.
416. Никитюк, Б.А. Адаптация компонентов сердечно-сосудистой
системы к дозированным двигательным нагрузкам / Б.А. Никитюк, В.И.
Талько // Теория и практика физ. культуры. – 1991. – № 1. – С. 23–27.
417. Никитюк, Б.А. Адаптация, конституция и моторика / Б.А. Никитюк // Теория и практика физ. культуры. – 1989. – № 1. – С. 40–42.
418. Никитюк, Б.А. Интегративно-антропологические основы физического воспитания и детско-юношеского спорта / Б.А. Никитюк // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 1998. – № 2. – С.
6–9.
419. Никитюк, Б.А. Интеграция знаний в науках о человеке: Современная интегративная антропология / Б.А. Никитюк. – М.: СпортАкадемПресс, 2000.
420. Никитюк, Б.А. Психологическая антропология в изучении ин-
361
тегральных индивидуальности и коллективности человека / Б.А. Никитюк
// Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 1997. – №
4. – С. 2–7.
421. Новейший справочник по нетрадиционной медицине. – Лондон, 1995. – С. 343 – 344.
422. Новиков, А.Д. Игра и спорт / А.Д. Новиков, В.Г. Гришин //
Теория и практика физ. культуры. – 1973. – № 3. – С. 8–12.
423. Новиков, А.Д. Физическое воспитание: К вопросу о предмете,
принципах, средствах, методах и формах организации занятий физическими упражнениями / А.Д. Новиков. – М. – Л.: Физкультура и спорт, 1949.
424. Нормативы и оптимизация величины некоторых кардиологических показателей у спортсменов, тренирующихся на выносливость / Н.Д.
Граевская [и др.] // Влияние современной системы подготовки спортсменов на состояние здоровья и динамику тренированности. – М., 1977. – С.
55–70.
425. Образцов, И.Ф. Оптимальные биомеханические системы / И.Ф.
Образцов, М.А. Ханин. – М.: Медицина, 1989. – 210 с.
426. Озолин, Н.Г. Настольная книга тренера / Н.Г. Озолин. – М.:
Аст Астрель, 2002. – 863 с.
427. Озолин, Н.Г. Оптимизация адаптации – условие эффективной
тренировки. Новый подход / Н.Г. Озолин, А.Ф. Конькова, Т.Ф. Абрамова //
Теория и практика физ. культуры. – 1993. – № 8. – С. 34–39.
428. Озолин, Н.Г. Проблемы спортивной тренировки / Н.Г. Озолин
// Теория и практика физ. культуры. – 1985. – № 1. – С. 61–62.
429. Озолин, Н.Г. Современная система спортивной тренировки /
Н.Г. Озолин. – М.: Физкультура и спорт, 1970. – 478 с.
430. Озолинь, П.П. Адаптация сосудистой системы к спортивным
нагрузкам / П.П. Озолинь. – Рига: Зинатне, 1984. – 132 с.
431. Острейковский, В.А. Моделирование систем / В.А. Острейковский. – М.: Наука, 1997.
362
432. Острем, К. Системы управления с ЭВМ / К. Острем, Б. Виттенмарк. – М.: Мир, 1987. – 480 с., ил.
433. Павлов, Б.В. Трудись, компьютер! / Б.В. Павлов. – М., Агропромиздат, 1991. – 239 с.
434. Павлов, С.Е. Адаптация / С.Е. Павлов. – М.: «Паруса», 2000. –
282 с.
435. Павлов, С.Е. Основы теории адаптации и спортивная тренировка / С.Е. Павлов // Теория и практика физ. культуры. – 1999. – № 1. – С.
12–17.
436. Павлов, С.Е. Современная теория адаптации и опыт использования ее положений в подготовке пловцов / С.Е. Павлов, Т.Н. Кузнецова,
И.В. Афонякин // Теория и практика физ. культуры. – 2001. – № 2. – С. 32–
37.
437. Панков, В.А. Современные технологии оптимизации тренировочного процесса в спорте высших достижений (аналитический обзор новейших исследований технологий спортивной подготовки) / В.А. Панков //
Теория и практика физ. культуры. – 2001. – № 8. – С. 49–54.
438. Паск, Г. Адаптивные системы обучения / Г. Паск. – М., 1969. –
487 с.
439. Патент RU 2097083 С 1. Устройство для тренировки мышц /
Ю. Т. Черкесов, В. И. Жуков, В. Г. Свечкарев, Т. Ю. Черкесов, А. А. Кожемов. – № 95102554/12; Опубл. 27.11.97, Бюл. № 33.
440. Патент RU 2264246 С 1. Устройство для тренировки велосипедиста / Ю.Т. Черкесов, В.В. Афанасенко, Т.Ю. Черкесов, В.Г. Свечкарев,
Д.А. Вишникин, Н.Ю. Хажилиев, С.И. Козлов, С.А. Харенко. Опубл.
20.11.2005, Бюл. № 32.
441. Перегудов, Ф.И. Введение в системный анализ / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко. – М.: Высшая школа, 1989. – 367 с.
442. Перспективы управления процессом силовых взаимодействии
человека с объектами предметной среды в режимах компьютерных игр /
363
Ю.Т. Черкесов [и др.] – Майкоп. 1997.
443. Петров, Б.Н. Принцип построения и проектирования беспоисковых самонастраивающихся систем / Б.Н. Петров, В.Ю. Рутковский, С.А.
Земляков. – М.: Машиностроение, 1972. – 247 с.
444. Петров, В.В. Информационная теория синтеза оптимальных
систем контроля и управления / В.В. Петров, А.С. Усков. – М.: Энергия,
1975. – 274 с.
445. Петров, Ю.П. Синтез оптимальных систем управления при
неполностью известных возмущающих силах / Ю.П. Петров. – Л.: Изд-во
Ленинградского университета, 1987.
446. Петров, Ю.П. Устойчивость линейных систем при вариациях
параметров / Ю.П. Петров // Автоматика и телемеханика. – 1994.– № 11. –
С. 186–189.
447. Петровский, В.В. Кибернетика и спорт / В.В. Петровский. –
Киев: Здоров’я, 1973. – 111 с.
448. Петровский, В.В. Организация спортивной тренировки / В.В.
Петровский. – Киев: Здоровья, 1978. – 96 с.
449. Петровский, В.В. Управление спортивной тренировкой / В.В.
Петровский. – Киев: Здоров'я, 1974.
450. Пискунова, Е.В. Сопряженное развитие физических и интеллектуальных способностей детей младшего школьного возраста на мотивационной основе: дис. … канд. пед. наук / Е.В. Пискунова. – Нальчик,
2003. – 178 с.
451. Планкетт Л. Выработка и принятие управленческих решений:
опережающее управление: пер. с англ. / Л. Планкетт. – М., 1984.
452. Платонов, В.Н. Адаптация в спорте / В.Н. Платонов. – Киев:
Здоров’я, 1988. – 215 с.
453. Платонов, В.Н. Подготовка квалифицированных спортсменов /
В.Н. Платонов. – М: Физкультура и спорт, 1986. – С.16–21.
454. Платонов, В.Н. Управление тренировочным процессом высо-
364
коквалифицированных спортсменов, специализирующихся в циклических
видах спорта / В.Н. Платонов // Основы управления тренировочным процессом спортсменов. – Киев, 1982. – С. 5–26.
455. Плинер, Г.А. Технико-экономическое управление в условиях
АСУ / Г.А. Плинер, Б.В. Пашкевич. – Минск: Вышэйшая школа, 1975. –
256 с.
456. Подлесный, Н.И. Элементы систем автоматического управления и контроля / Н.И. Подл