机载风能(AWE)具有发电成本低、发电效率高、环保等优势,对机载风能系统(AWES)及其发电技术的研究在高空风能利用领域具有重要的意义。为了使机载风能系统可靠且持久地运行,系统建模以及在发电过程中控制系绳翼飞行是本领域的关键问题。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)根据能量产生方式和风筝结构类型对AWES进行了详尽的分类。分别介绍了地面发电系统和飞行发电系统,柔性和刚性翼系统各自的优缺点,以及多翼系统。通过总结这些系统的特点,得出地面发电系统更适合于大规模的风能发电。(2)遵循物理问题的定义,对系绳风筝动力学进行分析,建立了系统与各参数之间的基本关系。在假设风筝无质量的情况下详细阐述了牵引发电问题。针对重力扩展了稳定的分析框架,得出机载部件质量的增加会降低机翼的可用牵引功率。(3)提出了一个系绳风筝系统的动力学和空气动力学模型,在引入系统设置和模型假设之后,导出并讨论了其运动方程,证明了该模型涵盖了飞行动力学的相关范围。然后,在转向响应的风筝转向率法则中引入了偏差。将风筝翼面的仰角中央控制变量设计了控制器模型。通过仿真分析并与实验数据进行比较,证明了该模型适合用于控制器设计。(4)设计了泵送运行方式下风筝发电系统的理论模型,定义了与运动模型相关的泵送效率、循环效率和总效率等概念,对泵送工作方式下的机械功率、电功率、输出功率等进行了区分。对以8字型运行的风筝做功情况与风速的关系进行了仿真分析,得出了一些有益的结论,为从运动学的角度设计风筝发电装置和控制策略打下了理论基础。