高空风力发电是一类新的风能转换器。采用系留飞行器,目的是在显著增加的高空中捕获风能,通过一根或多根系留缆绳将飞行器与地面基站相连接,利用机载设备将机械能转化成电能,从而产生可用功率,因其能够在传统风力涡轮机无法到达的高度气层中获取风能,具有较强的经济可行性。飞行器是高空风力发电系统的核心,本文以高空风力发电系统为研究对象,考虑到飞行器不同类型各自的结构特点,存在直径过大,起飞降落过程中不易控制,已有多点质量风筝的数学模型复杂等问题,对此本文做了如下研究:首先介绍了系统中主要采用的三种风筝类型:前缘充气风筝、拉姆空气牵引风筝、三角洲风筝,比较了各自的优缺点,建立了单线系统风筝数学模型,并用适当的假设定义风筝运动。通过风筝模型的仿真验证了该单线风筝模型能够有效通过航向角,方位角等参数对飞行路径进行控制。为采用不同控制方式的高空风力发电系统,风筝模型的选择及应用提供了参考。其次,介绍了单点质量风筝模型的建立。并基于该单点质量风筝模型,在考虑到所有主要系统组件:系绳,风筝和发电机动态特性的基础上,建立了一个包含飞行过程中转动惯性力的改进型单点质量模型,并对所建立的改进型风筝点质量模型中的变量约束进行了分析。由于系统的电气效率影响风筝动力系统的功率输出,对系统的电气效率也进行分析,将电气效率建模为转速和转矩的函数,使得到的输出功率更符合实际,然后通过仿真对改进后的系统进行了模拟验证。再次,考虑到风筝的结构具有随时间而变化,且风速不能实时测量的特性。基于系统辨识模型对风筝的飞行轨迹进行预测。采用系统辨识的优点是,可从数据中提取有关系统的信息而不需要进行迭代,即使初始条件是零,在求解器中也没有获得奇点。采用随机梯度算法求解系统的参数,运用此算法能够快速平稳地对参数进行估计,并通过仿真软件MATLAB进行模型仿真分析。本文提出的改进型单点质量模型,在不考虑湍流风的影响下,能有效的改变航向角,仰角等,达到控制风筝飞行器按既定飞行路径运动的目的,从而优化系统的功率输出。采用系统辨识模型可以针对风筝电力系统中风速等参数时变的特点,在不进行迭代的情况下有效计算。能够根据输入信号和系统的特性来确定输出信号,适合于任何风筝类型和系绳类型的系统。飞行路径自适应控制,容易实现且计算简单。