系绳旋翼机控制系统的制作方法
【专利摘要】一种飞翔控制系统，用于至少一个系绳旋翼机沿着符合至少一个飞翔任务的飞翔路径飞翔，将其配置用于旋翼机在组合风中飞翔，管理至少四个限域组合之间的互动，包括风力、旋翼机性能、飞翔和基站限域。每个飞翔任务对应的至少一个飞翔路径所关联的设置包括至少一个第一数值和至少一个第二数值。该控制系统提供有一种学习和库管理器，其中包括一种用于每个飞翔路径的第一数值和相关的第二数值的存储数值组。与当前任务相关的当前第一数值基于预测或经历的飞翔路径和可测量输出进行校正，以得到理想的飞翔路径。校正的经验数值、经历的飞翔路径和可测量输出又存储于存储库中，用于再学习。
【专利说明】系绳旋翼机控制系统
【技术领域】
[0001] 本公开涉及控制系统，尤其涉及系绳旋翼机。
[0002] 定义
[0003] 本说明书中所用术语"飞翔路径"是指但不限于计算、经历或模拟的理想飞翔路 径，具有的特征包括系绳夹角、系绳夹角加速度，其中包括确定飞翔路径的张力、旋转和位 置向量等。
[0004] 本说明书中所用术语"存储的飞翔路径"是指但不限于沿着经历的飞翔路径飞翔 的确定飞翔路径，基本上是实施或执行的确定的飞翔路径。
[0005] 本说明书中所用术语"飞翔任务"是指但不限于可测量能量的生产。
[0006] 本说明书中所用术语"系绳旋翼机状态"是指但不限于旋翼机及其系绳的操作状 况以及飞翔控制系统中相关装置的操作状况。
[0007] 本说明书中所用术语"性能确定性"是指但不限于多个设备、装置和操作方法的顺 序依赖性，包括其材料、规格、重量、适用性以及出处、产权、完善的利益确定，因为任何一个 设备、部件、组件、系统、维护和操作缺陷或故障都会危及整个系统，所有的附属系统、附近 的实体财产以及个人、从属经济、合同的和实际的义务都存在经济和实际损失或身体伤害 (包括人员生命损失）的风险。
[0008] 本说明书中所用术语"障碍"是指但不限于固定或机上的物体和受限航空区。
[0009] 本说明书中引用第一数值和飞翔任务等所用术语"当前"是指用于至少一个旋翼 机选定任务的相关数值/状态。
[0010] 在本说明书中所用术语"与至少一个当前飞翔任务密切相关的至少一个确定飞翔 路径"是指但不限于在可接受的公差限值内与选定飞翔任务相关的确定飞翔路径。例如，如 果选定飞翔任务产生比如说1000瓦的能量。确定的飞翔路径可能产生所需的1000瓦能量 或至少产生的能量在所需能量的预定可接受公差范围内，比如说900瓦，如果预定的公差 是10 %的话。
[0011] 在本说明书中所用术语"动态元素"是指但不限于至少其中一个附近风力向量、风 力预报、基站位置、障碍、至少一个系绳旋翼机的地理空间位置、附近旋翼机及其系绳的地 理空间位置、地理空间速率、系绳张力、系绳伸长、系绳行为、系绳健康、有效载荷、至少一个 系绳旋翼机的状态、机上电源系统装置、通讯装置、基站主电源和辅助电源装置、任务状况、 附属市场和客户环境、与至少一个飞翔任务相关的可测量输出。
[0012] 这些定义是对现有技术中的术语的补充。
【背景技术】
[0013] 风力是一种生产手段，能够用术语可能创造价值的资产进行描述。同样，各种设 备、控件、方法、地点、附属市场和任务信息描述另一种从风力中实现价值的机会组合。系绳 旋翼机控制系统需要考虑综合这两种动态组合，以改善性能的确定性和数值生成，以及系 绳本身、系统所依赖或独立于系绳的实物存在、约束、完整性、充分性、生命周期和生命周期 成本、性能和安全性的一种唯一第三环境。
[0014] 陆地风力发电系统以前就有先例，用五种一般观测进行表征：
[0015] 首先，用于将风中所含能量转换成另一种有用能量形式的设备通常存在一个固定 的位置，可能配备用作枢纽或与其他手段一起用来改变设备的方位和相关功能，旨在最有 利地处理主风向的间歇性陆地风，但这是在一个固定位置和高度一般位于近地上方的背景 下。
[0016] 第二，根据对风力的理解，通常笼统地将其描述为阵风、风速、风天、季风、平均风 力等，采用一般的风力响应控制系统，寻求导向与现有风力相关的设备及其控件并连同其 他调整，以求优化能量转换、尽量减少成本和风险，包括那些可能危及设备本身或其附近财 产或人员的状况。
[0017] 第三，本领域公知的陆地风力发电设备的性能特征业已证明，能量往往随相对风 速的增大而增加，但只能增大到某一点，届时将旁通或规避多余的风能，否则可能危及设备 或附属系统。这会导致的能量生产情况是，在比较慢的风速获得的能量逐渐减少至平稳，而 与可能不断增加风速的情况无关。还可以看出，能量生产本身的间歇性达到相当程度，仅依 赖附近风力来维持操作。
[0018] 第四，陆地风力涡轮机为庞大坚固的固定式结构，通常有大约200至500英尺高， 在达到这样高度的零件上部署较大的转子叶片以捕获可用风能。其设计需要几百吨钢材和 其他材料，加上庞大的永久地基和支撑设施，许多人认为这是一个缺点，因其阻挡了自然景 观、海景和视野，而外界却指望其作为必要的人造物，以落实清洁和可再生能源的政策和法 令。其设计和操作也遭受立方法则的重负，该法则描述刚体结构的规模、质量或尺寸增加导 致性能结果减少的各个方面。
[0019] 第五，陆地风力涡轮机一般作为独立的单机系统操作，彼此相互独立-作为一种 间歇式发电源而单独决定自身运行的好坏-将集体性能相加作为输入以构成集体输出。 一般情况下，单台陆地风力涡轮机的电气、机械和结构等物理故障与部署于附近的固定式 机组、机队或"风力农场"中的其他陆地风力涡轮机无关。
[0020] 固定式陆地风发电系统在固定的位置等候风的来临，然后根据风向进行调节，其 时受到上述的显著约束。与此相反，敏捷系绳旋翼机的新动力性能够有效捕捉来自几乎任 何高度、位置和地理空间方位的风向，然后利用一系列设备、航行、控制和操作策略尽量增 加可用和预测的风力发电量，这些组合风具有显著不同的特征，包括大范围变化的空气密 度及含有大约50倍的陆地风能量。固定式陆地风力发电系统设计用于在固定的位置间歇 式发电，发电水平基本固定（能量曲线起始陡峭，之后平滑），而且受到有风或无风的限制。 其性能一般包括两种状态:A)操作和发电；B)不操作和不发电，两种状态的持续时间为数 小时或很长时间。
[0021] 具有控制系统的系绳旋翼机发电设想引入了不同于固定式陆地风力涡轮机的其 他状态，包括1)发电周期受限于受控航行和一般风力充足，其中包括利用风能的单独和有 节奏的动力冲程，以及为后续动力冲程重定位旋翼机的复位冲程。这是模仿往复式发动机 内活塞有节奏的抽吸动作；2)非对称性能，动力冲程产生的力一般向外方向较大，驱动复 位冲程的回复能量需要较小的力量（动能、能量），为此，所需系统的能量较小。3)符合游 荡在固定的地理空间位置的静态能力，该能力无异于在汽车马达与传动工具之间离合器的 使用。4)从一个地理空间位置导航到另一个地理空间位置的能力。5)在多个旋翼机中协 调有节奏的动力与复位冲程的能力，旨在调和其集体生产，方法类似于通过组合多级活塞 式发动机得到一致的性能。6)安全、个别及和谐地协调一片、一群或一组此类旋翼机及其 系绳的能力，旨在保留各个旋翼机及其附属系统和系绳的专门（不同于附近所有其他旋翼 机）地理空间要求，避免碰撞、缠绕或其他潜在或实际的损害情况。以及7)协调部署、地 理空间位置、导航、附属系统的能力，包括地面站及其附属系统以及除了错误状况或其他事 件，系绳的临界完整性、充分性和性能，这些会损害或可能损害一个或多个旋翼机、系绳、地 面站或附近的其他资产、财产或人员。
[0022] 因此，系绳旋翼机需要一种完全不同的控制系统，其具有这些新的动态特性优点。 这些动态特性能够在模拟中、在实时或事前或事后分析、或通过以往性能或经验分析进行 观察、确定、计算和使用，能够综合为控制系统设备、方法、控制策略，包括日志、算法、专用 计算机器、规定的飞翔控制库、唯一标识以及结构、功能、控制或操作部件、智能传感器和智 能传感器网络（包括部署于或沿系绳长度部署的那些）的摘要或综合特征，以及附属通讯、 信令和传输设备，用于观察、寻求控制和导航位于近地高度或以上的旋翼机。此类观察、确 定、计算、模拟、分析和综合包括一种附近风力的组合、那些位于几乎任何海拔、地理空间位 置、地理空间维度或时期并可能接近的风力以及旋翼机的敏捷航行，旋翼机处于任意方位 或与此类陆地风或高空风和旋翼机基站、风电场相关的航行路径，并协调附近的其他旋翼 机。
[0023] 不同于无控制器来寻求或获得其他风力（不是正好吹到其固定位置的风）的陆地 风力涡轮机，系绳旋翼机、地面站、风力和气象预报以及控制系统的综合特征可能造就一种 前景，能够搜索以及如果可能，能够识别和利用一种要么存在、要么可预测的组合风，从而 有利于此类发电系统的操作或系绳旋翼机的其他应用。这也包括另一种前景，通过利用一 种不是通常存在于固定位置陆地风的组合风来维持性能；但无法保证，足够的风力有理由 出现在存在系绳旋翼机基站、可能或预测的地理空间位置内，其基站限域包括所有现有技 术旋翼机飞翔控件（连同本文所述控制系统）指向的地理空间位置。
[0024] -般来说，系绳旋翼机是敏捷和大功率飞翔器，能够在多个维度、地理空间方位和 导航操纵中，甚至在那些看似组成的旋翼机静态地理空间位置，按照一组、一队或一群和其 中任一组合单独或同时航行并产生力。每个系绳旋翼机控制系统也是不同的系绳飞翔器控 制系统，这是由于此类系绳的动态特性所致，包括受约束的航空、气动弹性行为。系绳旋翼 机通常也是复杂的抗拉结构。一般来说，系绳飞翔器（特别是旋翼机）能够被描述为具有 作用于基站锚栓两点与转子叶片尖端的张力，该张力通过系绳、转子轮毂作用到作为另一 端点锚栓的转子叶片本身。旋翼机的机身、控制装置和地面站元素对于其他典型以抗拉结 构为主的设计是明显例外，其自身有待、牵涉和寻求承受和有效控制克服系统的很大受力。 如果旋翼机的设计更接近风筝，也会受到通过系绳作用于地面站锚栓点与风筝结构之间的 拉力，拉力贯穿其表面，这可能需要使用一种系绳端锚栓本质的复杂描述。因此，相对的上 下、左右或罗盘方位或点对点地面位置参照的导航控件和向量的概念无法完整描述联立线 性和非线性现象和力，这些现象和力存在、被经历、由控制系统确定和计算，并传送到导航 和系统控制网络、系绳、基站控制、风电场控制、物理、电子和网络安保与安全系统，以及附 属设备或系统的其他控制。术语"最理想"同样是这样，这是一种近似表达，随着时间的推 移，经过控制系统的模拟、综合、预测、实现和获取经验，在不断尝试更好地接近"最理想"性 能中，能够由控制系统的学习和/或自适应能力进行细化，它在不确定性、线性和非线性复 数中，可能是最高性能、最低性能或一系列性能得分中的任何一个。综合这些系绳旋翼机和 控制系统的各种动态特性，合计在一起，组成了系绳旋翼机的一种性能限域。
【发明内容】
[0025] 根据本公开，提供了一种控制系统，用于至少一个系绳旋翼机沿着符合至少一个 飞翔任务的飞翔路径飞翔，
[0026] 该控制系统包括：
[0027] ?-种具有存储库的学习和库管理器，库管理器适于接收并存储于存储库中，
[0028] 〇至少其中一个测量、模拟和计算的第一数值，该数值对应于与至少一个飞翔任务 相关的动态元素；
[0029] 〇至少其中一个第二数值，该数值对应于与至少一个飞翔任务相关的预定设置； 以及
[0030] 0与存储的数值组相关的存储的飞翔路径，包括至少其中一个存储的第一数值和 至少其中一个存储的第二数值，存储的飞翔路径对应至少一个飞翔任务；
[0031] ?一种适于接收当前第一数值的输入管理器，该数值对应至少一个动态元素的当 前状态；
[0032] ?-种适于接收第二数值的设定值管理器，第二数值与至少一个系绳旋翼机的至 少一个当前飞翔任务有关；
[0033] ?一种飞翔路径控制器包括：
[0034] 〇-种适于接收当前设置的飞翔路径产生器，包括至少其中一个当前第一数值、至 少其中一个第二数值、存储的飞翔路径以及相关的用于至少一个当前飞翔任务的至少一个 存储设置；飞翔路径产生器还适于参照收到的至少一个存储的第一数值，执行至少其中一 个迭代比较、分析、模拟、优化、测试、排序、评级和过滤收到的至少一个当前第一数值，旨在 计算至少一个校正的第一数值以配合收到的至少一个第二数值，产生至少一个确定的飞翔 路径，该路径与至少一个当前飞翔任务密切相关；
[0035] 〇 -种适于将当前数值组附加到存储的数值组中的编辑器，当前数值组包括校正 的第一数值、第二数值和用于至少一个当前飞翔任务的确定飞翔路径；以及
[0036] ?一种适于接收和监测校正的第一数值的活动处理器，该处理器还适于执行至少 其中一个分配、分割、转变和变换校正的第一数值到至少其中一个飞翔控制装置、产生器控 制器、张力管理工具和基站控制装置，达成并一般保持至少一个系绳旋翼机沿确定的飞翔 路径的位置。
[0037] 此外，本文上述的飞翔路径控制器还包括至少其中一个：
[0038] ?预报工具，适于预报或确定具有可变地理空间维度和时期的风力限域，其与符合 至少一部分风电场的多个基站限域有关，还适于预报或确定对应于每次至少一个系绳旋翼 机的位置、状态和性能限域的飞翔限域；
[0039] ?-种适于确定每次至少一个基于至少一个当前飞翔任务的系绳旋翼机性能的 安全性和确定性的事件管理器，该管理器还适于指示一个规定的即刻动作或另一个飞翔任 务；以及
[0040] ?适于报告与至少其中一个第一数值相关数据的报告工具。
[0041] 通常，当前飞翔任务关联一种可测量的输出，包括至少其中一个时空、可见区域、 识别和监测的利益事项、启用的后续动作、启用的通讯、完成的地理工程、已采集的土木工 程数据、已采集的机械工程数据、已采集的航空数据、已采集的气象数据、已发的电、定时、 涉及市场需求、定价和谈判的发电量及品质。
[0042] 通常，当前飞翔任务选自监视、通讯、地理工程、机上设施的定位、发电及推力。
[0043] 通常，动态元素包括至少其中一个附近风力向量、风力预报、基站位置、障碍、至少 一个系绳旋翼机的地理空间位置、附近旋翼机及其系绳的地理空间位置、地理空间速率、系 绳张力、系绳伸长、系绳行为、系绳健康、有效载荷、至少一个系绳旋翼机的状态、机上电源 系统工具、通讯工具、基站主电源和辅助电源工具、任务状况、附属市场和客户情况、与至少 一个飞翔任务相关的可测量输出。
[0044] 通常，第二个数值是至少其中一个固定值、范围、阵列、调用时返回一个固定值、范 围、阵列的数学函数，用于表示一个设备、系统控制和逻辑参数，包括阈值、范围、限值、操作 得分、至少一个飞翔任务的规格、至少一个系绳旋翼机及相关部件的规格、序列号或登记 号、部件和系绳的规格，材料和重量。
[0045] 根据本公开，飞翔控制装置适于接收校正的第一数值，还适于控制工具和方法阵 列，以控制至少一个系绳旋翼机的行为，包括止推、俯仰、翻滚、偏航、发电、系绳函数、有效 载荷函数、报表函数、定时和同步函数。
[0046] 又根据本公开，张力管理工具适于接收校正的第一数值，还适于监测和控制系绳 张力、放绳、回卷速度和系绳伸长以及传送相关数据到输入管理器。
[0047] 而且，根据本公开，产生器控制器适于接收和监测校正的第一数值，还适于控制电 动发电机组，在放绳过程中用作发电制动器，在系绳回卷周期用作绞车。
[0048] 再者，根据本公开，基站控制装置适于配合一种业务和任务控制器，比较与至少一 个当前飞行任务相关的可测量输出，其基于至少一个模拟、预报、预期、基于市场的设置，包 括品质、数量、定价、可选性、投标和成本，其加入到相关商业机构的附近设施、控制系统和 网络，并将比较发送到设置管理器。
[0049] 根据本公开，提供了一种方法，用于控制一个系绳旋翼机沿着对应于至少一个飞 翔任务的飞翔路径飞翔，
[0050] 该方法包括以下步骤：
[0051] ?在存储库中接收并存储至少其中一个测量、模拟和计算的第一数值，该数值对应 于与至少一个飞翔任务相关的动态元素；
[0052] ?在存储库中接收并存储至少其中一个第二数值，该数值对应于与至少一个飞翔 任务相关的预定设置；
[0053] ?在存储库中接收并存储对应于至少一个飞翔任务的飞翔路径，存储的飞翔路径 所关联存储的数值组中包含至少其中一个存储的第一数值和至少其中一个存储的第二数 值；
[0054] ?接收对应于至少一个动态元素当前状态的当前第一数值；
[0055] ?接收与至少一个当前飞翔任务相关的第二数值；
[0056] ?接收至少一个存储的飞翔路径和对应于至少一个当前飞翔任务相关的至少一个 存储的设置；
[0057] ?参照接收的至少一个存储的第一数值，执行至少其中一个迭代比较、分析、模拟、 优化、测试、排序、评级和过滤接收的至少一个当前第一数值；
[0058] ?计算至少一个校正的第一数值，以配合接收的至少一个第二数值；
[0059] ?产生与至少一个当前飞翔任务密切相关的至少一个确定的飞翔路径；
[0060] ?将当前数值组附加到存储的数值组中，当前数值组包括校正的第一数值、相关的 第二数值和用于至少一个当前飞翔任务的确定飞翔路径；
[0061] ?接收并监测校正的第一数值；
[0062] ?执行至少其中一个分配、分割、转变和变换校正的第一数值，以达成并一般保持 至少一个系绳旋翼机沿确定的飞翔路径的位置。
[0063] 通常，接收当前第一数值的步骤包括：确定至少其中一个附近风力向量、风力预 报、基站位置、障碍、至少一个系绳旋翼机的地理空间位置、附近旋翼机及其系绳的地理空 间位置、地理空间速率、系绳张力、系绳伸长、系绳行为、系绳健康、有效载荷、机上电源系统 工具、通讯工具、基站主电源和辅助电源工具、任务状况、附属市场和客户情况、与至少一个 飞翔任务相关的可测量输出。
[0064] 此外，产生至少一个确定的飞翔路径还包括至少其中一个以下步骤：
[0065] ?预报或确定具有可变地理空间维度和时期的风力限域，其与符合至少一部分风 电场的多个基站限域有关，还适于预报或确定对应于每个旋翼机的位置和性能限域的飞翔 限域；
[0066] ?确定基于至少一个当前飞翔任务的每个旋翼机性能的安全性和确定性，并指示 一个规定的即刻动作或另一个飞翔任务；以及
[0067] ?报告与至少其中一个第一数值相关的数据。
[0068] 通常，执行至少其中一个分配、分割、转变和变换校正的第一数值的步骤包括至少 其中一个以下步骤：
[0069] ?接收校正的第一数值以及控制工具和方法阵列，旨在控制至少一个系绳旋翼机 的行为，包括止推、俯仰、翻滚、偏航、发电、系绳函数、有效载荷函数、报表函数、定时和同步 函数；
[0070] ?接收校正的第一数值；监测和控制系绳张力、放绳、回卷速度和系绳伸长；以及 传送相关数据到输入管理器；
[0071] ?接收和监测校正的第一数值；控制电动发电机组，在放绳过程中用作发电制动 器，在系绳回卷周期用作绞车；以及
[0072] ?比较与至少一个当前飞行任务相关的可测量输出，其基于至少一个模拟、预报、 预期、基于市场的设置，包括品质、数量、定价、可选性、投标和成本，其加入到相关商业机构 的附近设施、控制系统和网络，并将比较发送到设置管理器。
【专利附图】
【附图说明】
[0073] 以下描述并结合附图，将充分显示本公开的特点。大家知道，这些附图仅示出本公 开的典型方案，因此，不应视为限定了本公开的范围，本公开将通过以下附图进行更具体和 详细的描述：
[0074] 图1示出根据本公开至少一个系绳旋翼机控制系统的流程图；
[0075] 图2示出图1中控制系统的方框图；
[0076] 图3示出在图1控制系统中风力预报所涉及到的元件的一种示意图；
[0077] 图4示出至少一个系绳旋翼机所做的重复转向动作；
[0078] 图5示出一种示意图，指明根据本公开，至少一个系绳旋翼机控制系统的一般得 分和体现每个得分的特征；
[0079] 图6不出综合业务得分和图5中一般得分的一种不意图。
【具体实施方式】
[0080] 容易理解，作为一般描述和附图所示本公开中的部件，可能以各自不同的配置进 行安排和设计。因此，以下对本公开中系统的方案所做的更详细描述（如图所示），不图像 权利要求那样限定本公开的范围，而只是呈现本公开的各种方案。参阅附图将能充分理解 所示出的本公开的方案，附图中类似零件均用类似序号标示。
[0081] 由风力本身驱动，系绳旋翼机的出现使得能够实际、持续进行数周或数月之久的 高空受控飞翔，从地面海拔向上并飞翔于极地和亚热带急流风之中。缘于这种能力的一系 列首要商用或实用的数值表明了数以万计此类旋翼机的潜力，无论是单独飞翔，还是组群 协同飞翔于高空和急流风之中，都使前所未有的第二数值（通过机载传感器和仪器仪表进 行直接风、大气、航空等测量，这一切都使在广阔的地理区域同时（零时间差）进行成为可 能。系绳旋翼机和所得到的大气、风力和航空信息可以说是相互依赖的。
[0082] 本公开设想的控制系统配置用于至少一个系绳旋翼机飞翔于一种持续或预测的 组合风中，管理至少四个限域组合之间的互动，包括风力、旋翼机性能、飞翔和基站限域，以 图生成一种符合至少一个飞翔任务的可测量输出，并处理增强或削弱该可测量输出的功能 或操作因素。
[0083] 所公开的带控制系统系绳旋翼机的飞翔任务通常包括监视、通讯、地理工程（包 括发放机载材料、土木工程和气象数据采集）、机载设施的定位、发电、推力和闲游。由此可 见，可测量输出包括对应于选定飞翔任务的至少其中一个时空、土木工程和已采集的气象 数据、可见区域、识别和监测的利益事项、启用的后续动作、启用的通讯、完成的地理工程、 已发的电、定时、涉及市场需求、定价和谈判的发电量及品质。旋翼机用系绳栓于一个基站。 基站可选择配备分系统来生产能量。系绳旋翼机的飞翔路径局限在飞翔限域内，计算基于 任务的得分和对应的风况，包括空气密度、速率等存在或预测的风力限域特征，以及基站控 制系绳旋翼机的参数。此类参数包括系绳旋翼机的性能特征、并发或预测的风力特征以及 风力限域、基站的地理空间位置、有效载荷特征（若有）、操作部件的性能特征、业务得分、 经济和操作因素。
[0084] 另外，飞翔路径选自一个预定的飞翔路径库，选择基于存在或预测的风力或风力 限域、系绳旋翼机的性能特征及其操作部件特征、支座和功能部件的唯一序列号和其他识 别码、其规格、材料和重量以及任务得分、业务得分、经济和操作因素。
[0085] 单个旋翼机或多个旋翼机作为一组、一队或一群，连同其有效载荷（若有），集体 或独立地操作，支座和功能部件的唯一序列号和其他识别码被控制系统用来帮助计算，确 保性能的功能互用性和确定性，从而以一种协调方式控制单个或多个旋翼机的飞翔。唯一 ID或识别码也用于达成遵守质控、执照和认证、其出处、产权和完善利益确定的目的，以满 足融资和治理要求。
[0086] 有关系绳旋翼机的操作及其控制在专利申请US20110266809中以Grant Calverley的名义进行了一般讨论。而且，专利申请US13/709, 201以Grant Calverley和 Scott Webster的名义公开了有效利用系绳中张力的工具。几项其他专利申请公开了通过 控制风筝发电的努力。专利US7656053基于利用拖曳期与恢复期作用于风筝的力之比来发 电。专利申请US20080210826公开了一种依赖增减连接缆索长度的风筝控制，用于风筝受 控移动。再有，专利申请US20110025061公开了 一种系绳平台，提供多个风车转子来保持风 筝升空。现有技术中公知的系绳旋翼机仅仅依赖计算模拟，不提供能够保障单个或一群系 绳旋翼机控制的全面和优化的解决方案。一种学习和库管理器存储时间需求数据，能够在 每次计算任务的过程中为旋翼机所用，飞翔路径能够实时复制而无需外围设备或计算，从 而增加操作弹性并大大降低成本。
[0087] 本公开的一种单个或一群系绳旋翼机控制系统意图达成并一般维持至少一个系 绳旋翼机沿着符合选定飞翔任务的理想飞翔路径飞翔。每次飞翔任务还与可测量输出有 关。
[0088] 参阅图1，首先确定至少一个飞翔任务。每个飞翔任务牵涉的动态元素包括至少 其中一个附近风力向量、风力预报、基站位置、障碍、选定任务牵涉的系绳旋翼机的地理空 间位置、附近旋翼机及其系绳的地理空间位置、地理空间速率、系绳张力、系绳伸长、系绳行 为、系绳健康、有效载荷、机上电源系统工具、报告工具、通讯工具、基站主电源和辅助电源 工具、任务状况、附属市场和客户情况、与任务相关的可测量输出。测量、模拟或计算与至少 其中一个这些动态元素相关的第一数值。
[0089] 下一步骤牵涉预定不变并符合选定飞翔任务的第二个数值，其中第二数值是至少 其中一个固定值、范围、阵列、调用时返回一个固定值、范围、阵列的数学函数，用于表示一 个设备、系统控制和逻辑参数，包括阈值、范围、限值、操作得分、选定飞行任务的规格、系绳 旋翼机及相关部件的规格、序列号或登记号、部件和系绳的规格，材料和重量。
[0090] 每个飞翔任务对应的至少一个飞翔路径所关联的设置包括至少一个第一数值和 至少一个第二数值。本公开的控制系统所提供的一种学习和库管理器包括一种存储库，其 中存有多组执行飞翔任务的每个飞翔路径的第一数值和第二数值。
[0091] 一旦确定当前飞翔任务的第二数值，就参照包含存有第一数值的存储数值组，执 行至少其中一个迭代比较、分析、模拟、优化、测试、排序、评级和经测量的过滤、计算或模拟 的当前第一数值，以计算校正的第一数值，配合第二数值并产生对应于理想飞翔任务的至 少一个校正的飞翔路径。
[0092] -旦确定校正的第一数值、相关的第二数值和近似对应于当前飞翔任务并经校正 的飞翔路径的当前数值组，就将当前数值组附加到学习和库管理器作为存储的数值组，以 使飞翔控制系统能够进一步学习。
[0093] 然后将第一数值分配、分割、转变和变换到至少其中一个飞行控制装置、产生器控 制器、张力管理工具和基站控制装置，以达成并一般保持系绳旋翼机沿确定的飞翔路径的 位置和状态。校正的飞翔路径执行后成为经历的飞翔路径，再存入学习和库管理器的存储 库。
[0094] 下面借助示例方程式来解释如何通过本公开中的飞翔控制系统确定飞翔路径，该 方程式只图表示一种假设的飞翔路径计算方法，其中包括表示第一数值和第二数值的变 量，表示与理想飞翔任务的飞翔路径相关的数值，用于产生可测量的输出。第一数值是针对 选定任务的变量，而第二数值随任务而变，而对于选定任务则固定不变。
[0095] 为方便解释，假设存于学习和库管理器的存储库中的飞翔路径能够表示为：
[0096]
【权利要求】
1. 一种控制系统，用于至少一个系绳旋翼机沿着符合至少一个飞翔任务的飞翔路径飞 翔，所述控制系统包括： ?一种具有存储库的学习和库管理器，所述库管理器适于接收并存储于所述存储库中， 〇至少其中一个测量、模拟和计算的第一数值，该数值对应于与至少一个飞翔任务相关 的动态元素； 〇至少其中一个第二数值，该数值对应于与至少一个飞翔任务相关的预定设置；以及 〇与存储的数值组相关的存储的飞翔路径，包括至少其中一个存储的第一数值和至少 其中一个存储的第二数值，所述存储的飞翔路径对应至少一个飞翔任务； ?一种适于接收当前第一数值的输入管理器，该数值对应所述至少一个动态元素的当 前状态； ?一种适于接收第二数值的设定值管理器，第二数值与至少一个系绳旋翼机的至少一 个当前飞翔任务有关； ?一种飞翔路径控制器包括： 0-种适于接收当前设置的飞翔路径产生器，包括至少其中一个所述当前第一数值、至 少其中一个所述第二数值、存储的飞翔路径以及相关的用于所述至少一个当前飞翔任务的 至少一个存储设置；所述飞翔路径产生器还适于引用收到的至少一个存储的第一数值，执 行至少其中一个迭代比较、分析、模拟、优化、测试、排序、评级和过滤收到的至少一个当前 第一数值，旨在计算至少一个校正的第一数值以配合收到的至少一个第二数值，产生至少 一个确定的飞翔路径，该路径与所述至少一个当前飞翔任务密切相关； 0 -种适于将所述当前数值组附加到所述存储的数值组中的编辑器，所述当前数值组 包括所述校正的第一数值、所述第二数值和用于所述至少一个当前飞翔任务的所述确定飞 翔路径；以及 ?一种适于接收和监测所述校正的第一数值的活动处理器，该处理器还适于执行至少 其中一个分配、分割、转变和变换所述校正的第一数值到至少其中一个飞翔控制装置、产生 器控制器、张力管理工具和基站控制装置，达成并一般保持至少一个系绳旋翼机沿确定的 飞翔路径的位置。
2. 权利要求1所述的控制系统，其中所述飞翔控制系统还包括至少其中一个： ?预报工具，适于预报或确定具有可变地理空间维度和时期的风力限域，其与符合至少 一部分风电场的多个基站限域有关，还适于预报或确定对应于每次至少一个系绳旋翼机的 位置、状态和性能限域的飞翔限域； ?一种适于确定每次至少一个基于所述至少一个当前飞翔任务的系绳旋翼机性能的 安全性和确定性的事件管理器，该管理器还适于指示一个规定的即刻动作或另一个飞翔任 务；以及 ?适于报告与至少其中一个所述第一数值相关数据的报告工具。
3. 权利要求1所述的控制系统，其中所述当前至少一个飞翔任务关联一种可测量的输 出，包括至少其中一个时空、可见区域、识别和监测的利益事项、启用的后续动作、启用的通 讯、完成的地理工程、已采集的土木工程数据、已采集的机械工程数据、已采集的航空数据、 已采集的气象数据、已发的电、定时、涉及市场需求、定价和谈判的发电量及品质。
4. 权利要求1所述的控制系统，其中所述至少一个当前飞翔任务选自监视、通讯、地理 工程、机上设施的定位、发电及推力。
5. 权利要求1所述的控制系统，其中所述动态元素包括至少其中一个附近风力向量、 风力预报、基站位置、障碍、至少一个系绳旋翼机的地理空间位置、附近旋翼机及其系绳的 地理空间位置、地理空间速率、系绳张力、系绳伸长、系绳行为、系绳健康、有效载荷、至少一 个系绳旋翼机的状态、机上电源系统工具、通讯工具、基站主电源和辅助电源工具、任务状 况、附属市场和客户情况、与至少一个飞翔任务相关的可测量输出。
6. 权利要求1所述的控制系统，其中所述第二个数值是至少其中一个固定值、范围、阵 列、调用时返回一个固定值、范围、阵列的数学函数，用于表示一个设备、系统控制和逻辑参 数，包括阈值、范围、限值、操作得分、至少一个飞翔任务的规格、至少一个系绳旋翼机及相 关部件的规格、序列号或登记号、所述部件和所述系绳的规格、材料和重量。
7. 权利要求1所述的控制系统，其中所述飞翔控制装置适于接收所述校正的第一数 值，还适于控制工具和方法阵列，以控制至少一个系绳旋翼机的行为，包括止推、俯仰、翻 滚、偏航、发电、系绳函数、有效载荷函数、报表函数、定时和同步函数。
8. 权利要求1所述的控制系统，其中所述张力管理工具适于接收所述校正的第一数 值，还适于监测和控制系绳张力、放绳、回卷速度和系绳伸长以及传送相关数据到所述输入 管理器。
9. 权利要求1所述的控制系统，其中所述产生器控制器适于接收和监测所述校正的第 一数值，还适于控制电动发电机组，在放绳过程中用作发电制动器，在系绳回卷周期用作绞 车。
10. 权利要求1所述的控制系统，其中所述基站控制装置适于配合一种业务和任务控 制器，比较与所述至少一个当前飞行任务相关的可测量输出，其基于至少一个模拟、预报、 预期、基于市场的设置，包括品质、数量、定价、可选性、投标和成本，其加入到相关商业机构 的附近设施、控制系统和网络，并将比较发送到所述设置管理器。
11. 一种方法，用于控制至少一个系绳旋翼机沿着符合至少一个飞翔任务的飞翔路径 飞翔，所述方法包括以下步骤： ?在存储库中接收并存储至少其中一个测量、模拟和计算的第一数值，该数值对应于与 至少一个飞翔任务相关的动态元素； ?在所述存储库中接收并存储至少其中一个第二数值，该数值对应于与所述至少一个 飞翔任务相关的预定设置； ?在所述存储库中接收并存储对应于至少一个飞翔任务的飞翔路径，存储的飞翔路径 所关联存储的数值组中包含至少其中一个存储的第一数值和至少其中一个存储的第二数 值； ?接收对应于所述至少一个动态元素当前状态的当前第一数值； ?接收与至少一个当前飞翔任务相关的第二数值； ?接收至少一个存储的飞翔路径和对应于所述至少一个当前飞翔任务相关的至少一个 存储的设置； ?引用接收的至少一个存储的第一数值，执行至少其中一个迭代比较、分析、模拟、优 化、测试、排序、评级和过滤接收的至少一个当前第一数值； ?计算至少一个校正的第一数值，以配合接收的至少一个第二数值； ?产生与所述至少一个当前飞翔任务密切相关的至少一个确定的飞翔路径； ?将所述当前所述数值组附加到所述存储的数值组中，所述当前数值组包括所述校正 的第一数值、相关的第二数值和用于所述至少一个当前飞翔任务的所述确定飞翔路径； ?接收并监测所述校正的第一数值； ?执行至少其中一个分配、分割、转变和变换所述校正的第一数值，以达成并一般保持 至少一个系绳旋翼机沿确定的飞翔路径的位置。
12. 权利要求11所述的方法，其中接收当前第一数值的步骤包括：确定至少其中一个 附近风力向量、风力预报、基站位置、障碍、至少一个系绳旋翼机的地理空间位置、附近旋翼 机及其系绳的地理空间位置、地理空间速率、系绳张力、系绳伸长、系绳行为、系绳健康、有 效载荷、机上电源系统工具、通讯工具、基站主电源和辅助电源工具、任务状况、附属市场和 客户情况、与至少一个飞翔任务相关的可测量输出。
13. 权利要求11所述的方法，其中产生至少一个确定的飞翔路径还包括至少其中一个 以下步骤： ?预报或确定具有可变地理空间维度和时期的风力限域，其与适合至少一部分风电场 的多个基站限域有关，还适于预报或确定对应于每个所述旋翼机的位置、状态和性能限域 的飞翔限域； ?确定基于所述至少一个当前飞翔任务的每个所述旋翼机性能的安全性和确定性，并 指示一项规定的即刻动作或另一项飞翔任务；以及 ?报告与至少其中一个所述第一数值相关的数据。
14. 权利要求11所述的方法，其中执行至少其中一个分配、分割、转变和变换所述校正 的第一数值的步骤包括至少其中一个以下步骤： ?接收所述校正的第一数值以及控制工具和方法阵列，旨在控制至少一个系绳旋翼机 的行为，包括止推、俯仰、翻滚、偏航、发电、系绳函数、有效载荷函数、报表函数、定时和同步 函数； ?接收所述校正的第一数值；监测和控制系绳张力、放绳、回卷速度和系绳伸长；以及 传送相关数据到输入管理器； ?接收和监测所述校正的第一数值；控制电动发电机组，在放绳过程中用作发电制动 器，在系绳回卷周期用作绞车；以及 ?比较与所述至少一个当前飞行任务相关的可测量输出，其基于至少一个模拟、预报、 预期、基于市场的设置，包括品质、数量、定价、可选性、投标和成本，其加入到相关商业机构 的附近设施、控制系统和网络，并将比较发送到设置管理器。
【文档编号】B64C27/02GK104254480SQ201380011574
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年2月27日 优先权日:2012年2月29日
【发明者】G·H·黑斯廷斯, D·朗, G·H·卡尔弗利 申请人:G·H·黑斯廷斯, D·朗, G·H·卡尔弗利