稳定的方向控制系统和方法技术方案

公开了用于给交通工具提供稳定的方向控制的系统和方法的技术。实施方式的方向控制系统可包括适于接收关于交通工具的方向数据并由方向数据确定标称交通工具反馈的逻辑装置。标称交通工具反馈可用于调整提供给交通工具的致动器的方向控制信号。在由标称交通工具反馈调整方向控制信号之前，方向控制信号可被限制到低于致动器速率极限的值。方向控制系统可包括逻辑装置、存储器、一个或多个传感器、一个或多个致动器/控制器以及与用户、传感器、致动器、和/或交通工具的其他模块交互的模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】稳定的方向控制系统和方法相关申请的交叉参考本专利申请要求申请号为61/759,238、申请日为2013年1月31日的美国临时专利申请的优先权和利益，通过引用的方式将其全部内容并入本文。
本申请的一个或多个实施方式总体涉及方向控制，更特别地，例如涉及用于对交通工具进行稳定的方向控制的系统和方法。
技术介绍
方向控制系统和方法用于对飞机、舰船并且近年来也对汽车提供自动和/或补充控制。常规方向控制系统的显著缺点是它们需要针对特定交通工具而设计和/或配置，并且一经配置就不能轻易地对于不同的交通工具提供方向控制。这样，由于对于各种交通工具每一者执行深入的测试和调整程序，因此即使不同的交通工具类型相同，比如不同品牌的船只，制造用于多种不同交通工具的方向控制系统和方法可能是高成本的。已经开发了适应性控制技术以解决手动执行调整和测试程序，然而常规适应性技术一般花费过长时间以训练到在正常操作条件下的特定交通工具动态。另外，常规适应性技术一般训练到非常有限组的交通工具状态和或动态，并且已知基于这些技术的方向控制器在条件变化，即使轻微地在先前训练条件之外时，会严重散失其准确性和/或稳定性。因此，存在对于改进的方向控制方法的需要。
技术实现思路
公开了用于提供对于交通工具的稳定方向控制的系统和方法的技术。根据一个或多个实施方式，方向控制系统可包括适于接收关于交通工具的方向信息并根据方向数据确定标称交通工具反馈的逻辑装置。标称交通工具反馈可用于调整提供给交通工具的致动器的方向控制信号。在方向控制信号被标称交通工具反馈调整之前，方向控制信号可被限制到低于致动器速率极限的值。根据一个实施方式，方向控制系统可包括逻辑装置、存储器、一个或多个传感器、一个或多个致动器/控制器和与用户、传感器、致动器和/或交通工具的其他模块交互的模块。在另一实施方式中，一种系统包含配置成接收一个或多个传感器信号并生成一个或多个控制器信号以给交通工具提供方向控制的逻辑装置。逻辑装置可适于：接收交通工具的转向角度和转向速率，其中转向角度至少部分以转向需求为基础，至少部分基于转向角度确定标称交通工具转向速率，并至少部分基于标称交通工具转向速率和转向速率的组合确定标称交通工具反馈信号。在一个实施方式中，可以提供和/或适应标称交通工具反馈信号以调整转向需求。在另一实施方式中，一种方法包括接收交通工具的转向角度和转向速率，其中转向角度至少部分以转向需求为基础，至少部分基于转向角度确定标称交通工具转向速率和至少部分基于标称交通工具转向速率和转向速率的组合确定标称交通工具反馈信号。在一个实施方式中，可以提供和/或适应标称交通工具反馈信号以调整转向需求。在另一实施方式中，一种非暂态机器可读介质包括多个机器可读指令，当系统的一个或多个逻辑装置执行该多个机器可读指令时，该多个机器可读指令适于致使系统执行一种方法。该方法可以包括接收交通工具的转向角度和转向速率，其中转向角度至少部分以转向需求为基础，至少部分基于转向角度确定标称交通工具转向速率和至少部分基于标称交通工具转向速率和转向速率的组合确定标称交通工具反馈信号。一个实施方式中，可以提供和/或适应标称交通工具反馈信号以调整转向需求。本专利技术的范围由权利要求来界定，通过引用将权利要求并入该部分。通过考虑下文对一个或多个实施方式的具体描述，将给本领域技术人员提供对本专利技术实施方式更为完整的理解以及将使本领域技术人员意识到本专利技术实施方式的附加优点。将会参考随附的附图，首先将简要描述这些附图。附图说明图1示出了根据公开的实施方式的方向控制系统的框图。图2示出了根据公开的实施方式的提供稳定方向控制的控制回路的流程图。图3示出了根据公开的实施方式的提供稳定方向控制的控制回路的流程图。图4示出了根据公开的实施方式的提供稳定方向控制的控制回路的流程图。通过参考随后的详细描述最佳地理解本专利技术的实施方式及其优点。应当理解，相同的参考标记用于识别表示在一个或多个附图中的相同元素。具体实施方式根据本公开的各种实施方式，方向控制系统和方法有利地包括通过控制器修改感测和/或起作用的交通工具动态的标称交通工具反馈系统。例如，标称交通工具反馈系统可用作控制器和实际/测量的交通工具动态之间的缓冲器。在一些实施方式中，标称交通工具反馈系统可配置成转换控制器的控制信号以匹配特定交通工具的实际动态/或对特定交通工具的实际动态准确补偿。在这样的实施方式中，不管真实交通工具的真实和/或潜在变化的动态,控制器都可配置成例如足以控制已知标称交通工具，并且包括标称交通工具反馈系统的整体方向控制系统可足以控制真实交通工具。在一些实施方式中，在标称交通工具反馈系统中被执行/操作的标称交通工具模型(例如，预测器)可代表已知标称交通工具。根据本文公开的实施方式，预测器可从例如与待控制的交通工具类型相似的供选择的交通工具获得。在各种实施方式中，包含预测器的标称交通工具反馈系统可配置成适应地训练到多种不同交通工具和/或在相对短的时间段内具有改变和/或复杂动态的交通工具。在一个实施方式中，标称交通工具反馈系统可配置成在比完成特定方向控制操作(比如，车头调转)所需时间短的时间段内适应地训练到改变的交通工具动态。这样，包含标称交通工具反馈系统的单个方向控制系统可用于足以控制具有改变的和/或复杂动态(例如，由于损坏和/或环境扰变)的单个交通工具或者每一个都具有特殊交通工具动态的相对大数量的不同交通工具。因此，本公开的实施方式可以以成本有效和时间有效的方式提供可对于许多不同交通工具实施的方向控制系统和方法。图1示出了根据公开的实施方式的方向控制系统100的框图。在图1中示出的实施方式中，系统100可实施为给特定类型的交通工具102提供方向控制。例如，交通工具的类型可包括下述类型：飞机、汽车和/或船只(例如，帆船、机动船、轮船、潜艇或能够在水上或水中工作的其他船)。交通工具的方向控制可指下述控制：交通工具的俯仰角、偏航角或翻滚角的任一种或组合。在一个实施方式中，系统100可包括控制器110、给控制器110提供输入的一个或多个传感器和用户接口和接受来自控制器110的控制信号的一个或多个致动器。例如，系统100可包括方向传感器120、陀螺仪和/或加速度计122、速度传感器124、GPS126、转向传感器和/或致动器130、用户接口140和/或感测和/或控制交通工具102的状态的各种其他传感器和/或致动器。在另一实施方式中，控制器110、传感器120-126、传感器和/或致动器130、用户接口140和/或各种其他传感器和/或致动器中的一个或多个可相对于交通工具102固定。在一些实施方式中，控制器110、传感器120-126、转向传感器/致动器130和/或用户接口140可适于通过各种无线和/或有线连接(比如，WiFi、蓝牙、以太网或其他无线和/或有线连接)彼此通信。在其他实施方式中，控制器110、传感器120-126、转向传感器/致动器130和/或用户接口140中的一个或多个可集成到单个装置中，其中集成的传感器、控制器、致动器和/或用户接口之间的通信可以全部在单个集成装置内发生。控制器110可实施为任何合适的逻辑装置(例如，处理装置、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：逻辑装置，其配置成接收一个或多个传感器信号并产生一个或多个控制器信号以提供对于交通工具的方向控制，其中该逻辑装置适于：接收交通工具的转向角和偏航角速率，其中转向角至少部分基于转向需求；至少部分基于转向角确定标称交通工具转向速率；以及至少部分基于标称交通工具转向速率和偏航角速率的组合确定标称交通工具反馈信号，其中提供标称交通工具反馈信号用于调整转向需求。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.31 US 61/759,2381.一种方向控制系统，包括：逻辑装置，其配置成接收一个或多个传感器信号并产生一个或多个控制器信号以提供对于交通工具的方向控制，其中该逻辑装置适于：接收交通工具的转向角和偏航角速率，其中转向角至少部分基于转向需求；通过使用标称交通工具预测器处理所述转向角，确定标称交通工具转向速率，以产生所述标称交通工具转向速率，其中所述标称交通工具预测器实施为传递函数，该传递函数对至少部分从选择的交通工具获得的标称交通工具的动态建模；以及至少部分基于标称交通工具转向速率和偏航角速率的组合确定标称交通工具反馈信号，其中提供标称交通工具反馈信号用于调整转向需求，并且其中使用标称交通工具预测器处理所述转向角包括使用所述标称交通工具预测器处理由所述标称交通工具反馈信号调整的所述转向角并从所述标称交通工具预测器接收所述标称交通工具转向速率。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述交通工具包括船只。3.根据权利要求2所述的系统，其中传递函数包括标称交通工具转向速率增益项与标称交通工具转向速率延迟项的比。4.根据权利要求1所述的系统，其中确定标称交通工具反馈信号包括：确定偏航角速率和标称交通工具转向速率之间的差值；对该差值进行积分；以及将反馈增益应用于经积分的差值以确定标称交通工具反馈信号。5.根据权利要求1所述的系统，还包括行进方向传感器，其中逻辑装置适于：接收目标行进方向；从行进方向传感器接收交通工具的行进方向；以及确定转向需求，其中转向需求至少部分基于目标行进方向和行进方向的差来确定。6.根据权利要求5所述的系统，其中：逻辑装置适于限制转向需求以产生小于转向致动器速率极限的转向致动器速率需求和/或小于转向致动器角度极限的转向需求。7.根据权利要求5所述的系统，还包括用户接口，其中逻辑装置适于：从用户接口接收用户可选择的响应设置；以及基于该响应设置修改用于确定转向需求的一个或多个增益、死区和/或极限。8.根据权利要求1所述的系统，其中：逻辑装置适于将转向需求提供到转向致动器；以及在被提供到转向致动器之前借助标称交通工具反馈信号调整转向需求。9.根据权利要求1所述的系统，其中：逻辑装置适于将标称交通工具反馈信号提供到带宽可选择的低通滤波器；经滤波的标称交通工具反馈信号用于调整转向需求；以及该低通滤波器的带宽基于用户可选择的响应设置而修改。10.根据权利要求1所述的系统，其中：偏航角速率是交通工具的经补偿偏航角速率；以及经补偿偏航角速率在确定交通工具的俯仰角、俯仰角速率、翻滚角和/或翻滚角速率之后确定，以减少经补偿偏航角速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·约翰逊，C·约曼斯，
申请(专利权)人：菲力尔系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US