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一、選題依據(背景與意義、國內外研究現狀與發展趨勢)
在某種程度上,數學的整個對象就是在原來似乎混沌占統治地位的地方創造秩序,從無序和混沌之中抽取出結構和不變量。所以,把無序的數字轉化為有序的模型,這才是數學家乃至所有數學愛好者所追求的。
平方數,也叫完全平方數或正方形數,是可以寫成整數的二次方的數。它是一種很“完美”的數,有關于它有許多很有序的規律,至今為止,已經有很多的數學愛好者樂此不疲地去研究它,而且也得出了不少有趣而且有用的結論。至今為止,平方數的一些基本的性質。例如,性質1:完全平方數的末位數只能是0,1,4,5,6,9。性質2:奇數的平方的個位數字為奇數,十位數字為偶數。等等。
還有很多著名的數學家長久以來樂此不疲地研究平方數,也把它的有關知識作為一種工具用于證明、計算其他定理、命題。例如,意大利著名的數學家Lagrange,他在整數論上也有有關平方數的Lagrange定理:任何一個正整數都可寫成四個平方數之和。并且在證明中他運用了歐拉恒等式:若則
此類例子還有很多,在此不一一列舉了。
本論文是對一道有關平方數的競賽題的解法與推廣,我的目標是從無序的題目中找出有序的、有規律的結果,從而體會數學的規律美。過程主要是猜想——計算機輔助驗證——數學方法證明。
猜想在一般的觀念里,似乎是具有一定的偶然性,但實際上,猜想要靠長期積累下來的對數學的直覺和經驗形成一種敏銳的洞察力和技巧。這是一個長期的過程。
數學題不一定單純地做出答案就行了,很多情況下還可以更深入地研究,挖掘出它的背景,進行再推廣、再發散。很多看似簡單的數學題其背后的內容卻是十分豐富的,需要有心人去探討研究,這樣才能真正深刻的理解。有些計算量相當大的數學題應用筆算和一般的計算器已經不能滿足需求,這時我們要借助計算機,利用程序設計來解。現在我就要解一道有關于平方數的競賽題,由于計算量相當的大,筆算和一般的計算器已經不能滿足需求,所以我通過在VisualBasic6.0環境下對算法進行分析和驗證,驗證結論的正確性。
那些最初表現為令人懷疑的東西,只有經過某種思維過程后,再通過起批準和保證作用的證明,才能最終表現為無可置疑的真理。證明通過揭示事物的核心而增強理解,是數學的力量。
二、研究目標與主要內容(含論文提綱)
研究目標:本論文主要研究型如平方數的結構,我們知道,,,,等關于的結果是無序的,而對于,先關于n代入幾個數,例如,,,,……,由此猜想:,并且這個結果可以用數學歸納法證明,所以是有序的。再進一步可得,關于的輸出結果也是有序的。在競賽數學中經常出現有關平方數的一些問題,因此系統研究型如平方數,當取什么值時,其結果是有序的,既有理論價值又有應用價值。
論文提綱:首先,尋找可能的取值。當n取比較小的值時,可以采用筆算的方法來計算結果、找尋規律,但當n取比較大的值時,發現計算量相當大,用筆算和一般的計算器已經遠遠不能滿足需求,這時就會想到借助計算機輔助計算,利用程序設計來解。我采用的是VisualBasic(簡稱VB)這種常見的程序設計語言。一種語言就是一種思想。經過計算發現當取任意正整數,而時,都可以產生有序的結果。
找規律:當時,;
當時,;
當時,;
當時,;
當時,;
當時,;
當時,;
當時,;
當時,……
由此可猜想得出:的一個有序的結果。同樣道理,、也可得出有序的結果,也可發現、、、、的結果沒有一定的規律可尋。猜想在一般的觀念里,似乎是具有一定的偶然性,但實際上,猜想要靠長期積累下來的對數學的直覺和經驗形成一種敏銳的洞察力和技巧。這是一個長期的過程。
然后,利用計算機輔助計算驗證預期結果對某些初值的正確性。
最后,利用數學方法給出嚴謹的論證,而我所采用的論證方法是簡單易懂的數學歸納法。
三、擬采取的研究方法、研究手段及技術路線、實驗方案等
利用文獻研究法與理論研究法,通過圖書館、書店、網絡等途徑對平方數相關各方面的資料進行查閱、研究、歸納、總結。理論與實踐研究法相結合。先是通過對一些簡單的n值進行觀察,再用筆算和計算器進行初步計算,根據已得的結果,推廣到極大的n值,進行理論上的猜想,然后運用計算機輔助(VisualBasic)這種常見的程序設計語言計算驗證,最后證明猜想的結果。
四、研究的整體方案與工作進度安排(內容、步驟、時間)
進度安排:
序號時間內容
112.1-2.14明確選題并完成文獻綜述和外文資料翻譯
22.14-2.28完成開題報告并舉行開題報告會
33.1-3.20完成計算、實驗和繪圖,并完成論文的引言部分
43.20-3.30完成論文的初稿
53.30-4.20指導教師閱讀審看并修改,完成終稿
64.20-4.30論文答辯,學生材料上交教務科
75.1-5.15教務科材料匯總整理上
五、研究的預期目標及主要特點
預期目標:在某種程度上,數學的整個對象就是在原來似乎混沌占統治地位的地方創造秩序,從無序和混沌之中抽取出結構和不變量。所以,把無序的數字轉化為有序的模型,這才是數學家乃至所有數學愛好者所追求的。本論文就是研究一種平方數,從一種無序的結果轉化為有序的、有規律的結果。
主要特點:進行大膽的猜想,運用計算機輔助計算幫助驗證結果,得出的結論很有規律性。
六、指導教師意見:
指導教師簽名:
本科畢業設計(論文)開題報告
課題名稱:淺談太極拳與健康
系別:體育系
專業:體育教育
指導教師:
作者姓名:
一、綜述本課題國內外研究動態,說明選題的依據和意義:
太極拳是中華民族智慧的結晶,有著極其精湛的拳藝和深刻而豐富的哲理。
太極拳的發展不僅得益于“略難易套”的奠基,更重要的是“去繁從簡”的推廣普及。20世紀下半葉,太極拳在傳統套路的基礎上向簡化方向發展,從50年代中的簡化太極拳(二十四式),70年代末的四十八式太極拳,80年代的四十二式等競賽套路到90年代的八式、十六式太極拳等,一個簡化太極拳系列逐步形成。它與各流派的傳統太極拳共同構成有利于當代“全民健身”的運動體系。這個體系已突破過去的“適應性”,它即適合中老年人,體弱病患者,上班族,也適合運動員競賽和青少年鍛煉。
美國華盛頓大學醫學院的科學家發現,中國太極拳之類的鍛煉方式有助于加強老人雙腿的穩定能力,降低因為摔倒而受傷的可能性。這一發現是基于從美國8個治療中心為老年人計劃的鍛煉項目獲得的結果。這些持續時間從10周到9個月不等的項目分別涉及舉重、肢體伸展、耐力和平衡訓練等內容,參與者隨后接受最長達4年之久的跟蹤調查。結果發現,參加鍛煉的2328名年齡在60歲以上的老年人,摔倒的可能性減少了大約13%。而這些鍛煉形式中,太極拳效果最好,年齡至少在70歲以上者摔倒的可能性下降了25%。
就美國老年人而言,摔倒是其最嚴重的健康問題之一。大約30%的65歲以上的老人一年至少摔倒一次,其中10—15%的摔倒過程會導致股骨或其他部位骨折,進而促使老年人整體健康狀況惡化甚至死亡。
科學家們指出,比較之下,動作舒緩,注意平衡的太極拳或許能幫助老年人意識到自己的體能,靈活和耐力的極限,使其在行動中更為小心,達到防止摔到的目的。
總之,太極拳對于人體的神經系統和內分泌系統、系統、循環呼吸系統、消化系統、運動系統等均有良好的防病治病的作用。對于泌尿系統和生殖系統也有良好的保健作用,只要長期堅持習練,就可以使少年智慧超群,青年人朝氣蓬勃,老年人煥發們青春。人歷來都說:“人活七十古來稀。”現在變了,由于社會進步,生活改善,再加上堅持修煉太極拳,就有可能變成:“七十古稀不古稀,八十還是小弟弟,九十賽場去比武,百歲擺設壽星宴。”應當特別指出的是,太極拳對于陶冶人的情操,提高人的整體素質也非常靈驗。我們可以從觀察到大量事例證明,凡是長期堅持習練太極拳的人,絕大多數舉止沉穩,性情溫和,談吐不俗,氣質高雅。我們說太極拳是身心兼修的高級典雅的文化活動和健身運動,這是多少代人通過實踐總結的經驗之談,不是一句空話。
二、研究的基本內容,擬解決的主要問題:
本文是從太極拳對人體健康入手,對太極拳,如何運用太極拳加強健身的問題展開研究,然后從以下幾個方面探討一些理論上的認識。
1.太極拳的起源,發展及現狀。
2.太極拳對人體健康的意義所在。
3.太極拳的特點亦健身功能。
4.太極拳在現代社會的健康變革思路。
5.論述太極拳將發展成為怎樣一項目群構成的運動大體系。
三、研究步驟、方法及措施:
步驟:
1.依據論文參考題目查閱資料。
2.根據對收集到的資料的閱讀構思論文提綱寫出開題報告。
3.根據選題的論文題目,繼續進行收集與分析。
4.進行論文的初稿撰寫。
方法及步驟:
1.文獻閱讀法
2.分類統計法
3.對不同觀點加以探討
4.撰寫論文
四、研究工作進度:
查閱相關資料與文摘
確定研究方向
撰寫開題報告
開始正文的寫作(草稿)
完成論文中期檢查
論文答辯
五、主要參考文獻:
[1]周之華等.24式太極拳運動強度與規律研究[j].中國體育科技.XX.36(7):42.
[2]王忠山.太極拳對老年人血脂.血液流變學指標影響的追蹤研究[j].天津體育學院學報.1999.14(1):51-53.
[3]徐明.溫佐惠.老年人太極拳運動前后心腫功能的變化[j].成教體育學院學報.1997.23(3):79-82.
[4]周莉.紀仲秋.第八套廣播操.24式太極拳運動強度與規律的研究[j].中國體育科技.XX.38(6):34-35.
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[8]孫煒.糖尿病患者血漿神經肽y含量變化的意義.放射免疫學雜志.XX.14(5):273-274.
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[10]倪紅鶯.雷薌生.陳秋月等.42式太極拳一量負荷對中老年知識分子心肺機能的影響[j].中國體育科技.XX.3(7):18-20.25.
六、教研室評議意見:
教研室負責人
年月日
七、系領導審核意見:
1.通過;2.完善后通過;3.未通過
1、研究背景及意義
倒立擺系統的最初分析開始于二十世紀五十年代,其控制方法和思路在處理一般工業過程中有廣泛的用途,此外,其相關的研究成果也在航天科技和機器人學習方面得到了大量的應用,如機器人行走過程中的平衡控制,火箭發射中的垂直度控制和衛星飛行中的姿態控制等,因此對倒立擺控制機理的研究具有非常重要的理論和實踐意義。但同時是一個比較復雜的不穩定,多變量,帶有強耦合特性的高階機械系統。倒立擺系統存在嚴重的不確定性,一方面是系統的參數不確定性,一方面是系統受到不確定因素的干擾。倒立擺系統具有成本低廉,結構簡單,參數和結構易于調整的優點。作為控制理論研究中一種比較理想的實驗手段,倒立擺系統為自動控制理論的教學、實驗和科研構建了一個良好的實驗平臺,以用來檢驗某控制理論或方法的典型案例,促進了控制系統新理論和新思想的發展。為解決倒立擺控制系統的超調和快速性之間的矛盾,各種干擾對其的影響,進而對控制器進行了設計,自抗擾控制方法可以克服這些缺點,因此要用ADRC來控制直線倒立擺系統。
2、研究現狀及發展趨勢
鑒于倒立擺的穩定控制研究的重要意義,國內外學者對此給予了廣泛關注。國外在60年代就開始了對一級倒立擺系統的研究,在60年代后期,作為一個典型的不穩定、嚴重非線性例證提出了倒立擺的概念,并用其檢驗控制方法對不穩定、非線性和快速性系統的控制能力。
近年來,隨著智能控制方法的研究逐漸受到人們的重視,模糊控制、神經網絡、擬人智能控制、遺傳算法和專家系統等越來越多的智能控制算法應用到倒立擺動系統的控制上。Charies W.Andorson在1988年應用自學習模糊神經網絡成功控制一級擺;周建波等用基于B網絡的規則控制也解決了單擺的穩定性控制問題;徐紅兵等提出了基于變結構的模糊神經網絡控制算法,實現了二級倒立擺系統的穩定性控制;1995年,張明廉等人應用擬人智能控制理論成功的解決了三級倒立擺這一控制界的世界性難題;2001年9月19日,北京師范大學李洪興教授領導的復雜系統實時智能控制實驗室采用變論域自適應模糊控制成功地實現了三級倒立擺實物系統控制,又于2002年8月11日在國際上首次成功實現了四級倒立擺實物控制系統。
二、研究內容
本課題的主要研究內容集中基于ADRC的倒立擺控制系統研究,并針對其動態響應和運行穩定性,主要。主要內容簡述如下:
(1)建立倒立擺控制系統的數學模型;
(2)設計自抗擾控制器,包括:TD,NLSEF,ESO。然后對各部分的參數進行設計和調整;
在Simulink 環境下建立系統仿真模型,驗證基于自抗擾控制技術的倒立擺控制系統控制策略的有效性。
三、研究方法
(1)查閱相關國內外文獻資料(包括相關規范等),了解與該課題相關的理論知識,分析研究當前相關設計的優秀方案,在學習的基礎上添加在自己的創新元素。
(2)建立在所學知識的基礎上,分步驟的完成各項設計任務,在工作計劃內按時完成相應的工作,包括自動配料系統的硬件框圖、程序框圖、設計仿真等。
(3)各元器件的選型及設計內容的整理,開始進行設計說明書的撰寫。
(4)完成對設計內容的進一步修改,完善設計方案。整理、打印、裝訂設計說明書。完成答辯的準備工作。
四、國內外文獻綜述
倒立擺系統本身為多變量、非線性、強耦合的不穩定系統,由于以上特性,其精確控制對實現工業生產中復雜對象的控制有著重要的應用價值。主要的控制方法有線性控制、預測和變結構控制、智能控制等。智能控制是目前應用較為廣泛的控制方法,研究的熱點,其主要理論來自于人的實踐經驗,不需要精確的數學模型。模糊控制有兩種典型算法,其Mamdani算法最為常用,Sugeno型適合應用在動態非線性系統中。Mamdani算法中,分別對小車位置和擺桿角度進行控制,兩個控制器形成串聯結構,每個控制器只有二維,避開了四輸入變量,這樣免去了多輸入變量時模糊規則爆炸的問題。這樣免去了多輸入變量時模糊規則爆炸的問題中PID控制的單級直線倒立擺,雖然能很好控制擺桿角度,但是對于小車位置控制存在一定的偏差,文中模糊控制的倒立擺系統雖然具有一定的抗擾能力,但是加入稍強的干擾就無法達到穩定的控制效果,而自抗擾控制(Active Disturbance Re-jection Control,ADRC)的主動抗擾特性可以削減和解決這些外擾因素,而達到穩定的控制效果。但是傳統的自抗擾控制器只能穩定控制擺桿角度,并不能兼顧小車位置的控制,這就使倒立擺控制在現實中的運用上受到限制。
目前ADRC的應用領域廣泛。包括紙幅張力控制,硬盤驅動控制,DC-DC變換器。它也可以解決執行機構的非線性問題,如壓電陶瓷執行器的滯環問題。基于ADRC算法,一些多輸入多輸出系統可以獲得解耦控制,如微型機電系統(micro-electro-mechanical system),和連續攪拌槽式反應器(continuous stirred tank reactor)。ADRC的應用不只局限于控制領域,他也可以用來執行健康監視和故障診斷等任務。當下的ADRC理論基礎相對完善,理論上所需要的僅是一些特殊情況下的穩定性證明。而未來的發展趨勢是簡化ADRC算法,完善單參數ADRC算法調節策略,將ADRC算法逐步替代PID算法,應用到工業界的各個領域,提高控制性能和效率。由于ADRC算法是一種基于控制的控制算法,因此其應用時也應遵循下圖所示的過程,即理論>技術>應用>理論三者的循環補充。
五、研究方案及工作計劃
1、研究方案
(1)查閱相關國內外文獻資料(包括相關規范等),了解與該課題相關的理論知識,分析研究當前相關設計的優秀方案,在學習的基礎上添加在自己的創新元素。
(2)建立在所學知識的基礎上,分步驟的完成各項設計任務,在工作計劃內按時完成相應的工作,包括自動配料系統的設計框圖、程序框圖、仿真設計等。
(3)各元器件的選型及設計內容的整理,開始進行設計說明書的撰寫。
(4)完成對設計內容的進一步修改,完善設計方案。整理、打印、裝訂設計說明書。完成答辯的準備工作。
2、工作計劃
第1周:根據設計任務書要求選擇合適合理的方案設計直線倒立擺控制系統系統的課題。
第2周:根據確定方案,比較、選擇設計適合的研究方案等。
第3周:根據題目要求,設計軟件框圖,并進一步優化改進。
第4-5周:完成整體電路設計,畫出原理圖并驗證其可行性。
第6-8周:根據課題要求和電路原理圖編寫程序。
第9周:對軟件進行仿真調試,優化軟件設計使之符合要求。
第10周:結合軟件進行調試、修改,并使最終方案滿足設計要求。
第11-12周:撰寫畢業論文。
第13周:修訂畢業設計論文、完善畢業設計。
第14周:提交正式設計論文。
第15周:準備參加畢業答辯。
第16周:參加答辯,整理畢業設計材料提交。
六、參考文獻
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[15]韓京清.自抗擾控制器及其應用[J].控制與決策,1998(001):19-23.
指導教師審核意見
該論文《基于ADRC的一級直線倒立擺控制系統設計與仿真》選題與專業結合較緊密,選題的范圍比較適中。該選題的研究具有一定的實踐指導意義。內容安排合理,邏輯關系清晰,緊扣論文主題。
擬采取的研究方法具有一定的合理性。整個論文按時完成的可行性較大。該開題報告符合要求,同意該同學開題,并進入下一階段的論文寫作。
指 導 教 師(簽名):年 月日
教研室負責人批閱意見