經(jīng)典條件反射認知模型及其在運動控制系統(tǒng)中的應用.pdf

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

2、典條件反射模型(ClassicalConditioningModelwithSpikingNeurons，CCMsn)。在CCMsn模型中，各神經(jīng)元互聯(lián)形成具有反射弧結構的神經(jīng)網(wǎng)絡。尖峰神經(jīng)元用時間來計算和交流信息，這使CCMsn模型能充分表現(xiàn)經(jīng)典條件反射對時間的依賴性。論文基于有衰減項的Hebb突觸修飾規(guī)則和蜜蜂腦部認知結構設計了反映“刺激-響應-強化”特征的強化學習算法，使CCMsn模型具有經(jīng)典條件反射行為和認知行為。論文應用CCM

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

4、目標的具體情況確定認知對象各狀態(tài)的無條件刺激范圍和條件刺激范圍；最后進行經(jīng)典條件反射訓練。運動控制技能的形成和發(fā)展是生命個體學習和認知的過程，條件反射的形成是一個認知的過程，CCMsn模型的結構和算法具有神經(jīng)生理學和認知科學依據(jù)，因此MSCA算法能使技能的獲取表現(xiàn)出生物系統(tǒng)的發(fā)育和進化的自組織特征，使機器主體(RoboticAgent)自發(fā)地學會控制技能。 第三：基于CCMsn模型和MSCA算法的倒立擺控制 本文以倒立擺

5、為具體控制對象，設計了基于CCMsn模型和MSCA算法的控制系統(tǒng)。根據(jù)倒立擺的具體情況，將CCMsn模型的反射機構分為正負兩部分。根據(jù)控制目標，設計了認知評價函數(shù)，用于評價CCMsn模型的認知效果。在實驗初期，CCMsn模型只對無條件刺激產(chǎn)生響應，即只在擺桿超過設定值時才對倒立擺施加控制力。通過對系統(tǒng)進行經(jīng)典條件反射訓練，CCMsn模型可以自發(fā)地學會運動平衡控制技能，實現(xiàn)對擺桿角度的控制。仿真實驗表明，CCMsn模型可以應用于機器主體的