节律运动期间人体心率与耗氧量的生理控制

体育锻炼通过改善心血管和呼吸系统的功能表现，对提高人类健康和生活质量具有显著益处。然而，在个人能力范围内控制工作量（例如身体运动的频率）对于最大化锻炼效率至关重要。工作量通常以心率（HR）和耗氧量（VO2）来表示。本研究特别关注利用个体身体运动的工作量（也称为运动速率，ER）来控制 HR 和 VO2。本报告的第一部分涉及未知类型节律运动期间 HR 的建模与控制。所开发系统的一个新颖特征是通过操纵 ER 作为控制输入来控制 HR。ER 与 HR 之间的关系使用具有未知参数的简单自回归模型进行建模。模型参数使用卡尔曼滤波器进行估计，并设计了间接自适应 H∞控制器。该系统在六名受试者进行划船和骑自行车运动时进行了测试和验证。结果表明，设计的控制系统可以将 HR 调节到预定义的曲线。本报告的第二部分涉及节律运动期间 VO2 的估计问题，因为在这些环境中直接测量 VO2 是不可行的。因此，使用非侵入式传感器测量 HR、呼吸频率（RespR）和 ER 以估计 VO2。针对骑自行车和划船运动开发的方法利用 Hammerstein 模型预测从静息阶段到运动阶段最大 VO2 的百分比变化。结果显示，随着运动强度的增加，两种运动的平均拟合质量均得到提高。