关于信天翁如何实时优化飞行物理的新假设：动态翱翔的极值搜索模型与控制

信天翁的优化飞行动作——即所谓动态翱翔——堪称生物学、物理学与工程学的奇迹。通过利用动态翱翔，这种鸟几乎可以免费地沿期望飞行方向行进，从风中提取能量。动态翱翔的生物学灵感已在众多科学与工程界引发巨大兴趣。文献中对动态翱翔的研究、建模与仿真大多将其配置为最优控制问题。该配置需要信天翁/仿生对象的精确动力学系统建模、精确风剖面模型，以及旨在节能并最小化能耗散的明确目标函数数学公式。然而，对信天翁的实验观察表明它们具备实时进行动态翱翔的能力。事实上，一个允许对信天翁进行有意义仿生的动态翱翔建模与控制框架，需要自主、实时、稳定，并能够容忍风剖面与目标函数数学表达的缺失，假想地类似于该鸟所作。此类建模与控制框架的特质正与所谓极值搜索系统的特征完全一致。本文中，我们提出一种面向动态翱翔问题的极值搜索建模与控制框架。我们给出并讨论了所引入框架的问题设定、设计与稳定性。我们的结果得到仿真及与文献中最优控制方法比较的支持，提供了概念验证：动态翱翔现象可以是极值搜索的自然表达。因此，动态翱翔有潜力在稳定性保证下自主且实时地执行。