穩定的方向控制系統和方法
【專利說明】穩定的方向控制系統和方法
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本專利申請要求申請號為61/759，238、申請日為2013年I月31日的美國臨時專利申請的優先權和利益，通過引用的方式將其全部內容并入本文。
技術領域
[0003]本申請的一個或多個實施方式總體涉及方向控制，更特別地，例如涉及用于對交通工具進行穩定的方向控制的系統和方法。
【背景技術】
[0004]方向控制系統和方法用于對飛機、艦船并且近年來也對汽車提供自動和/或補充控制。常規方向控制系統的顯著缺點是它們需要針對特定交通工具而設計和/或配置，并且一經配置就不能輕易地對于不同的交通工具提供方向控制。這樣，由于對于各種交通工具每一者執行深入的測試和調整程序，因此即使不同的交通工具類型相同，比如不同品牌的船只，制造用于多種不同交通工具的方向控制系統和方法可能是高成本的。
[0005]已經開發了適應性控制技術以解決手動執行調整和測試程序，然而常規適應性技術一般花費過長時間以訓練到在正常操作條件下的特定交通工具動態。另外，常規適應性技術一般訓練到非常有限組的交通工具狀態和或動態，并且已知基于這些技術的方向控制器在條件變化，即使輕微地在先前訓練條件之外時，會嚴重散失其準確性和/或穩定性。因此，存在對于改進的方向控制方法的需要。

【發明內容】

[0006]公開了用于提供對于交通工具的穩定方向控制的系統和方法的技術。根據一個或多個實施方式，方向控制系統可包括適于接收關于交通工具的方向信息并根據方向數據確定標稱交通工具反饋的邏輯裝置。標稱交通工具反饋可用于調整提供給交通工具的致動器的方向控制信號。在方向控制信號被標稱交通工具反饋調整之前，方向控制信號可被限制到低于致動器速率極限的值。根據一個實施方式，方向控制系統可包括邏輯裝置、存儲器、一個或多個傳感器、一個或多個致動器/控制器和與用戶、傳感器、致動器和/或交通工具的其他模塊交互的模塊。
[0007]在另一實施方式中，一種系統包含配置成接收一個或多個傳感器信號并生成一個或多個控制器信號以給交通工具提供方向控制的邏輯裝置。邏輯裝置可適于:接收交通工具的轉向角度和轉向速率，其中轉向角度至少部分以轉向需求為基礎，至少部分基于轉向角度確定標稱交通工具轉向速率，并至少部分基于標稱交通工具轉向速率和轉向速率的組合確定標稱交通工具反饋信號。在一個實施方式中，可以提供和/或適應標稱交通工具反饋信號以調整轉向需求。
[0008]在另一實施方式中，一種方法包括接收交通工具的轉向角度和轉向速率，其中轉向角度至少部分以轉向需求為基礎，至少部分基于轉向角度確定標稱交通工具轉向速率和至少部分基于標稱交通工具轉向速率和轉向速率的組合確定標稱交通工具反饋信號。在一個實施方式中，可以提供和/或適應標稱交通工具反饋信號以調整轉向需求。
[0009]在另一實施方式中，一種非暫態機器可讀介質包括多個機器可讀指令，當系統的一個或多個邏輯裝置執行該多個機器可讀指令時，該多個機器可讀指令適于致使系統執行一種方法。該方法可以包括接收交通工具的轉向角度和轉向速率，其中轉向角度至少部分以轉向需求為基礎，至少部分基于轉向角度確定標稱交通工具轉向速率和至少部分基于標稱交通工具轉向速率和轉向速率的組合確定標稱交通工具反饋信號。一個實施方式中，可以提供和/或適應標稱交通工具反饋信號以調整轉向需求。
[0010]本發明的范圍由權利要求來界定，通過引用將權利要求并入該部分。通過考慮下文對一個或多個實施方式的具體描述，將給本領域技術人員提供對本發明實施方式更為完整的理解以及將使本領域技術人員意識到本發明實施方式的附加優點。將會參考隨附的附圖，首先將簡要描述這些附圖。
【附圖說明】
[0011]圖1示出了根據公開的實施方式的方向控制系統的框圖。
[0012]圖2示出了根據公開的實施方式的提供穩定方向控制的控制回路的流程圖。
[0013]圖3示出了根據公開的實施方式的提供穩定方向控制的控制回路的流程圖。
[0014]圖4示出了根據公開的實施方式的提供穩定方向控制的控制回路的流程圖。
[0015]通過參考隨后的詳細描述最佳地理解本發明的實施方式及其優點。應當理解，相同的參考標記用于識別表示在一個或多個附圖中的相同元素。
【具體實施方式】
[0016]根據本公開的各種實施方式，方向控制系統和方法有利地包括通過控制器修改感測和/或起作用的交通工具動態的標稱交通工具反饋系統。例如，標稱交通工具反饋系統可用作控制器和實際/測量的交通工具動態之間的緩沖器。在一些實施方式中，標稱交通工具反饋系統可配置成轉換控制器的控制信號以匹配特定交通工具的實際動態/或對特定交通工具的實際動態準確補償。在這樣的實施方式中，不管真實交通工具的真實和/或潛在變化的動態，控制器都可配置成例如足以控制已知標稱交通工具，并且包括標稱交通工具反饋系統的整體方向控制系統可足以控制真實交通工具。
[0017]在一些實施方式中，在標稱交通工具反饋系統中被執行/操作的標稱交通工具模型(例如，預測器)可代表已知標稱交通工具。根據本文公開的實施方式，預測器可從例如與待控制的交通工具類型相似的供選擇的交通工具獲得。在各種實施方式中，包含預測器的標稱交通工具反饋系統可配置成適應地訓練到多種不同交通工具和/或在相對短的時間段內具有改變和/或復雜動態的交通工具。在一個實施方式中，標稱交通工具反饋系統可配置成在比完成特定方向控制操作(比如，車頭調轉)所需時間短的時間段內適應地訓練到改變的交通工具動態。
[0018]這樣，包含標稱交通工具反饋系統的單個方向控制系統可用于足以控制具有改變的和/或復雜動態(例如，由于損壞和/或環境擾變)的單個交通工具或者每一個都具有特殊交通工具動態的相對大數量的不同交通工具。因此，本公開的實施方式可以以成本有效和時間有效的方式提供可對于許多不同交通工具實施的方向控制系統和方法。
[0019]圖1示出了根據公開的實施方式的方向控制系統100的框圖。在圖1中示出的實施方式中，系統100可實施為給特定類型的交通工具102提供方向控制。例如，交通工具的類型可包括下述類型:飛機、汽車和/或船只(例如，帆船、機動船、輪船、潛艇或能夠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、偏航角或翻滾角的任一種或組合。
[0020]在一個實施方式中，系統100可包括控制器110、給控制器110提供輸入的一個或多個傳感器和用戶接口和接受來自控制器110的控制信號的一個或多個致動器。例如，系統100可包括方向傳感器120、陀螺儀和/或加速度計122、速度傳感器124、GPS 126、轉向傳感器和/或致動器130、用戶接口 140和/或感測和/或控制交通工具102的狀態的各種其他傳感器和/或致動器。在另一實施方式中，控制器110、傳感器120-126、傳感器和/或致動器130、用戶接口 140和/或各種其他傳感器和/或致動器中的一個或多個可相對于交通工具102固定。
[0021]在一些實施方式中，控制器110、傳感器120-126、轉向傳感器/致動器130和/或用戶接口 140可適于通過各種無線和/或有線連接(比如，WiF1、藍牙、以太網或其他無線和/或有線連接)彼此通信。在其他實施方式中，控制器110、傳感器120-126、轉向傳感器/致動器130和/或用戶接口 140中的一個或多個可集成到單個裝置中，其中集成的傳感器、控制器、致動器和/或用戶接口之間的通信可以全部在單個集成裝置內發生。
[0022]控制器110可實施為任何合適的邏輯裝置(例如，處理裝置、微控制器、處理器、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、存儲器存儲裝置、存儲器讀取器或其他裝置或裝置的組合)，該邏輯裝置適于執行、存儲和/或接收合適的指令，例如本文所述的實施用于提供穩定的方向控制的控制回路的軟件指令。另外，可以提供機器可讀介質以存儲涌入加載到控制器110和由控制器110執行的非暫態指令。在這些和其他實施方式中，在合適的情況下，控制器110可以實施有其他部件，例如易失性存儲器、非易失性存儲器和/或一個或多個接口(例如，內部集成電路(I2C)接口、移動產業處理器接口(MIPI)、聯合測試行動小組(JTAG)接口(例如，IEEE 1149.1標準測試訪問接口和邊沿掃描架構)和/或其他接口)。例如，控制器110執行的控制回路的一個或多個模塊可以實施為電耦接到控制器110的其余部分的實體部件或者部件群組。
[0023]在一些實施方式中，控制器110可包括用于接收對應于交通工具102的狀態的傳感器輸入和/或來自用戶接口 140的用戶輸入。在另外的實施方式中，控制器可包括用于將控制器信號提供到交通工具102的致動器的一個或多個控制器輸出。例如，控制器110可適于接收來自方向傳感器120的交通工具102的測量的行進方向104、來自陀螺儀/加速度計122的測量的轉向速率(例如，在一些實施方式中，測量的偏航角速率)、來自速度傳感器的124的測量的速度、來自GPS126的測量的位置或系列的絕對和/或相對位置、來自轉向傳感器/致動器130的測量的轉向角和/或來自用戶接口 140的用戶輸入。在一些實施方式中，用戶輸入可包括目標行進方向106 (例如，絕對位置和/或路徑點(例如，可以從路徑點獲得目標進行方向106))和/或一個或多個其他控制回路參數。在其他實施方式中，控制器110可適于基于接收的傳感器信號(包括用戶輸入)中的一個或多個確定轉向需求，并將轉向需求提供給轉向傳感器/致動器130。
[0024]如本文指出的，控制器110可適于根據本文描述的各種控制回路參數來執行一個或多個控制回路。在一些實施方式中，控制回路可包括用于產生反饋信號的標稱交通工具預測器，該反饋信號對應于平均或標稱交通工具而不是對應于交通工具102。如本文所述，這種反饋信號可用于調整或校正來自于也形成控制回路的一部分的成比例的、比例-微分和/或比例-微分-積分控制器模塊(例如，實施為控制器I1的一部分)的控制信號。在一些實施方式中，控制回路可包括對應于例如真實交通工具的一個或多個交通工具動態模塊，該真