像鸟类一样栖息：扑翼机无人机的生物仿生最优机动与非线性控制

本研究旨在设计扑翼机无人机的栖息机动及其控制策略。通过分析机器人飞行动力学、反馈回路与环境约束之间的动态相互作用，旨在深化对栖息机动的理解，并与生物系统进行类比。灵感来源于鸟类飞行中优雅的控制策略，我们开发了一种最优机动方案及相应的控制器，以实现稳定的栖息。该机动包含减速和快速俯仰上升（垂直转向）的动作，通过解析解对最小栖息速度的优化问题（受运动学和动力学约束限制）得出。扑翼频率和尾部对称振动的控制器为非线性且自适应的，确保栖息过程的鲁棒稳定性。这种自适应行为在某种程度上将赛博网络的自主稳态原理融入控制系统，增强了机器人适应意外扰动并在栖息机动期间维持稳定姿态的能力。所得的自主栖息机动——闭环下降与转向——经验证实验验证，表现出与文献中真实鸟类栖息轨迹的高度一致。这些发现为未来原型机的开发奠定了理论基础，使其能够更好地仿真鸟类的精巧栖息机动。