Steuerung und Regelung von Bewegungen

Hintergrund

Die Begriffe Steuerung und Regelung werden in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (Abk. MSR) verwendet. Dieses Fachgebiet beschäftigt sich systematisch mit der Sammlung und Auswertung von Informationen und deren Einsatz um sauber funktionierende Prozesse und Abläufe zu ermöglichen. Ein typisches Beispiel ist eine Heizungsregelung, sei es für die Wohnung oder den Backofen. Dabei soll eine Temperatur möglichst konstant gehalten werden. Mittels Sensoren wird die Temperatur ermittelt und eine Heizung wird gestartet, wenn die Temperatur zu stark absinkt.

Für dieses Fachgebiet existiert eine Vielzahl an allgemeinen Modellen und es hat sich gezeigt, dass diese Modelle auch sehr universell in anderen Fachgebieten eingesetzt werden können. Bewegungswissenschaften profitieren von diesen allgemeinen Modellen, indem interne Prozesse des menschlichen Körpers mit Hilfe dieser Modelle beschrieben werden können. Der Reflexbogen zur Beschreibung von Reflexen ist ein solcher Regelkreis. Die Basis bilden Elemente, welche in allgemeiner Form überall für Prozessbeschreibungen eingesetzt werden können.

 

DE_Steuerung_und_Regelung_von_Bewegungen_01

 

DE_Steuerung_und_Regelung_von_Bewegungen_02

 

Grenzen und Einschränkungen

Wichtig ist dabei, dass mit diesen Modellen nicht nur eine Beschreibung stattfindet, sondern auch inhärente Eigenschaften beschrieben werden. Regelkreise und deren Eigenschaften helfen zu verstehen, warum Verzögerungen bei Reaktionen entstehen, warum Reflexe fehlschlagen oder warum ein „Überreagieren“ entsteht. Der Einsatz der Modelle als spezielle Perspektive ermöglicht einen weit tieferen Blick unter die Oberfläche als die isolierte Betrachtung der reinen Bewegungen. Es ist nur ein kleiner Schritt diese Dinge auch in Kampfkünsten einzusetzen und davon zu profitieren.

Grundlegend lässt sich sagen, dass die einzelnen Elemente alle mit Einschränkungen versehen sind, welche sich Stück für Stück aufaddieren. Bei niedrigen Ablaufgeschwindigkeiten spielen diese Einschränkungen keine Rolle. Bei ansteigender Geschwindigkeit werden diese Probleme immer präsenter, bis sie Bewegungen vollständig dominieren. Dadurch entstehen Grenzen, welche die obigen Effekte (Fehlschläge, …) entstehen lassen (bspw. bei IdI von Bedeutung). Ein besseres Verständnis dieser Grenzen kann helfen, diese Grenzen zu verschieben oder andere Lösungsansätze zu finden. Vor allem die Überlagerung verschiedener gleichzeitig wirkender Effekte lässt das Gesamtbild sehr komplex erscheinen und verlangt Ansätze aus vernetzten Systemen.

 

DE_Steuerung_und_Regelung_von_Bewegungen_03

 

Regelung und Steuerung

Eine grundlegende Unterscheidung bei diesen Abläufen ist deren Abhängigkeit von Informationen. Grob gesagt wird bei Regelungen während des Ablaufs ständig nach Informationen gesucht und bei Abweichungen werden Anpassungen vorgenommen. Solange diese Informationen verfügbar sind, kann die geregelte Bewegung funktionieren. Vereinfacht ausgedrückt wird bei gesteuerten Bewegungen auf das ständige Suchen von Informationen verzichtet. Am Anfang wird „Maß genommen“ und dann wird die Bewegung gestartet und läuft ab, ohne weitere Informationen zu sammeln. Die Übergänge sind aber fließend. Es zählt letztendlich, wie oft nach Informationen gesucht werden muss. Ein typisches Beispiel ist das schnelle Greifen nach einem Objekt (Details und Einschränkungen siehe Schmidt und Lee). Dabei können zwei Phasen unterschieden werden. In der ersten Phase wird „Maß genommen“ und die Hand in die ungefähre Richtung des Objektes bewegt. Nur am Anfang wird einmal die Position bestimmt. Für die nächste kurze Zeitdauer wird die Hand gesteuert und nicht erneut „geschaut“, wo sich das Objekt befindet. Wenn die Hand der vermuteten Position näher kommt, wird umgeschaltet und erneut die Position des Objektes wiederholt gesucht. Mit den dann vorhandenen Informationen kann das Objekt sehr genau gegriffen werden. Beide Arbeitsweisen, mit oder ohne das Sammeln von Information, haben ihre ganz eigenen Vor- und Nachteile. Geregelte Bewegungen sind eher für präzise Aufgaben geeignet, gesteuerte Bewegungen werden auf Grund ihrer Schnelligkeit eingesetzt.

So gut wie alle sehr schnellen Bewegungen von Kampfkünsten fallen in den Bereich der gesteuerten Bewegungen (Schläge, Tritte, …). Geregelte Bewegungen spielen zwar für bestimmte Bewegungen noch eine Rolle (Hebel, allg. Griffe), aber Schnelligkeit trumpft irgendwann trotz ihrer mangelnden Präzision auf. Wer jemals versucht hat einen Hebel (eher geregelt) bei jemanden der sich stark wehrt (eher gesteuert) auszuführen, kennt diese Grenze. Bei gleichen Randbedingungen sind Steuerungen im Vorteil. Deswegen sind gerade gesteuerte Bewegungen und die Möglichkeiten die Nachteile von geregelten Bewegungen einzudämmen interessant. Geregelte Bewegungen lassen sich unter bestimmten Bedingungen auch sauber in gesteuerte Bewegungen umzuwandeln.

An dieser Stelle sollte man aber nicht glauben, dass gesteuerte Bewegungen immer das Optimum darstellen. Gesteuerte Bewegungen sind auf eine bekannte und sich nicht zu stark ändernde Umgebung angewiesen. Sonst schlagen gesteuerte Bewegungen fehl, wenn diese auf die falsche Umgebung treffen. Eine konstante Umgebung ist durch die hohen Geschwindigkeiten meist erfüllt, aber eben erst wenn Bewegungen fehlschlagen, werden Grenzen augenscheinlich. Damit fällt diese Art der Bewegungskonstruktion in den Bereich der Heuristiken und es können für die Konstruktion von gesteuerten Bewegungen die Analyseansätze von Heuristiken verwendet werden. Die Grenzen von Heuristiken können dann wiederum durch spezielle Ansätze verschoben oder überwunden werden (bspw. durch kontextsensitive Bewegungen).

 

DE_Steuerung_und_Regelung_von_Bewegungen_04

 

DE_Steuerung_und_Regelung_von_Bewegungen_05

 

Störungen

Interessant wird es, wenn geregelte oder gesteuerte Bewegungen auf äußere Störungen treffen. Im Fall von Kampfkünsten kann das jede Art von Kraftaustausch zwischen zwei Gegner sein (Aufeinandertreffen von Waffen, Versuch den Gegner zu hebeln, …). An dieser Stelle kann dann das ganze Repertoire an Analysemöglichkeiten der MSR verwendet werden, damit Bewegungen trotz großer äußerer Kräfte noch die eigenen Ziele erfüllen. Die dann erreichte Robustheit gegenüber äußeren Umständen lässt Bewegungen auch bei vielen weiteren Unwägbarkeiten automatisch eine Lösung finden.

 

DE_Steuerung_und_Regelung_von_Bewegungen_06

 

In diesem Beispiel wird die Analysemethode einer sogenannten Übertragungsfunktion (Wiki) genutzt. Dabei wird systematisch überprüft, bis zu welcher Grenze eine Bewegung funktioniert. Dafür wird nicht so stark auf Details geachtet, sondern man schaut, wie sich das System verhält, wenn bspw. die Geschwindigkeit des Ablaufs immer mehr ansteigt. Diese Art der Analyse kann auch für Bewegungen genutzt werden. Irgendwann können Bewegungen nicht mehr „hinterher“ kommen und schlagen fehl. Für Kampfkünste lässt sich das direkt einsetzen um festzustellen, ob Bewegungen wirklich für ihren Einsatzfall geeignet sind. Die erwähnte Analyseform der F-T-Matrix für Kampfkünste überprüft systematisch zwei Parameter (Kraft und Zeit) gegeneinander. Die Wirkung der zwei Effekte der Illusion der Informationsverfügbarkeit und der Deklassierung wird durch dieses Analysewerkzeug abgeschätzt.

 

DE_Steuerung_und_Regelung_von_Bewegungen_07

Der Artikel wurde am 20. Oktober 2014 unter der Kategorie Wissen (in Überarbeitung) veröffentlicht.