16、仿生滑翔水下机器人滑翔运动优化策略研究

仿生滑翔水下机器人滑翔运动优化策略研究

1. 引言

在水下机器人的研究领域，优化其滑翔运动性能对于提高工作效率和应用范围至关重要。本文将详细介绍一种仿生滑翔水下机器人的滑翔运动优化策略，包括控制目标设定、模拟分析以及实验验证等方面。

2. 控制目标与优化问题设计

2.1 控制目标

控制目标是跟踪期望的攻角（AOA）。为此，定义了相关参数，使得最小化误差平方和的问题可以转化为特定形式。具体定义如下：
设 (k_a \sim \cot \theta_{bd})，则 (\min(\tilde{\theta} - \tilde{\theta}_{bd})^2) 等价于 (\min(x_1 - k_a x_2)^2)。进一步定义：
[
K =
\begin{bmatrix}
k_1 \
k_2
\end{bmatrix}
]
[
Q = diag{K, K, \cdots, K}
]

2.2 优化问题

攻角控制的最优问题设计为：
[
J = \min_{\mathbf{W}} \frac{1}{2} \mathbf{W}^T Q \mathbf{W} + \mathbf{W}^T R \mathbf{W}
]
其中 (R) 是一个用于减少抖动的系数。该问题可以进一步写为：
[
J = \min_{\mathbf{W}} \frac{1}{2} \mathbf{W}^T (Q + R) \mathbf{W}
]
这个问题可以通过普通的