非线性时间序列分析在动态稳定性研究中的应用

吉林大学学报(工学版) ›› 2010, Vol. 40 ›› Issue (增刊): 282-0286.

非线性时间序列分析在动态稳定性研究中的应用

田为军,金敬福,丛茜

吉林大学工程仿生教育部重点实验室,长春 130022

收稿日期:2009-09-23 出版日期:2010-09-01 发布日期:2010-09-01
通讯作者: 丛茜（1963-）,女,教授,博士生导师.研究方向:工程仿生学.E-mail:congqian@jlu.edu.cn E-mail:congqian@jlu.edu.cn
作者简介:田为军（1982-）,博士研究生.研究方向:工程仿生学.E-mail:tianweijun08@mails.jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目（50875108）；吉林大学“985”工程项目

Application of nonlinear time series analysis on dynamic stability

TIAN Wei-jun, JIN jing-fu, CONG Qian

Key Laboratory of Bionic Engineering, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022,China

Received:2009-09-23 Online:2010-09-01 Published:2010-09-01

摘要/Abstract

摘要：

论了非线性时间序列分析方法及其在动态稳定性定量描述中的应用，利用VICON MX三维运动捕捉系统采集人体在跑步机上行走时下肢髋关节、膝关节和踝关节的运动学数据。通过Matlab编程实现CC法对延迟时间的计算、虚假邻点法对嵌入维数的计算,计算出不同速度下最大李雅普诺夫指数λmax，以λmax为稳定性量化指标，研究速度与动态稳定性之间的关系，λmax值越小稳定性越好。结果表明，速度增加，λmax呈线性增加，稳定性降低。

关键词: 工程仿生学, 步态, 稳定性, 李雅普诺夫指数

Abstract:

Nonlinear time series analysis and its application in the quantification of dynamic stability were discussed,and VICON MX 3D motion capture system was used to collect the dynamic data of hip, knee and ankle when human were walking on treadmill at 40%, 60%, and 80% of the Froude velocity. Matlab was used to realize the calculation of delay time τ through CC method and the calculation of embedding dimension m through falsenearestneighbor analysis, and finally the largest Lyapunov exponents λmax under different speeds was calculated.Then λmax was adopted as a quantified index for stability to study the relationship between speed and dynamic stability. The smaller λmax valued, the better stability was. The results show that λmax increases linearly and stability decreases with the increase of speed.

Key words: engineering bionics, gait, stability, Lyapunov exponents

中图分类号:

Q811.9

田为军, 金敬福, 丛茜. 非线性时间序列分析在动态稳定性研究中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(增刊): 282-0286.

TIAN Wei-Jun, JIN Jing-Fu, CONG Qian. Application of nonlinear time series analysis on dynamic stability[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(增刊): 282-0286.

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