扑翼昆虫与蜂鸟的悬停飞行：一种自然的实时稳定极值搜索反馈系统
最优化与控制
2025-10-10 v6
摘要
本文开创性地将扑翼昆虫与蜂鸟的悬停现象物理机制刻画为一类新的极值搜索（ES）反馈系统。通过将昆虫与蜂鸟的悬停飞行描述为一种自然的悬停极值搜索系统，我们实现了：（1）极简、（2）稳定、（3）无模型以及（4）实时的悬停。更重要的是，我们的悬停极值搜索刻画仅需将翅膀的自然振荡作为极值搜索输入。也就是说，与文献中的其他控制技术不同，这种自然的悬停极值搜索系统仅需系统内置的自然扑翼动作，以及昆虫试图稳定自身高度相关的局部感知（测量）反馈。所述的极值搜索刻画，可能成为开启一条新研究路线的重要第一步，该路线有望成功弥合基于模型的控制理论与生物观察到的稳定悬停飞行机制之间长期存在的鸿沟。我们提供了仿真试验，包括与文献中一些方法的比较，以证明我们结果的有效性和鲁棒性。我们使用了天蛾、大蚊、熊蜂、蜻蜓、食蚜蝇和蜂鸟的文献数据。
引用
@article{arxiv.2402.04985,
title = {Hovering Flight in Flapping Insects and Hummingbirds: A Natural Real-Time and Stable Extremum Seeking Feedback System},
author = {Ahmed A. Elgohary and Sameh A. Eisa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.04985},
year = {2025}
}