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太阳自动跟踪装置控制系统的研究

太阳自动跟踪装置控制系统的研究

作者：任超武汉理工大学

学位级别：硕士

太阳能作为一种洁净的能源，既是一次能源，又是可再生能源，有着化石能源无法比拟的优越性。但太阳能利用效率低这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及。太阳自动跟踪装置的利用是提高太阳能利用率的一个重要途径。研究精确的太阳... 详细信息

太阳能作为一种洁净的能源，既是一次能源，又是可再生能源，有着化石能源无法比拟的优越性。但太阳能利用效率低这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及。太阳自动跟踪装置的利用是提高太阳能利用率的一个重要途径。研究精确的太阳跟踪装置，可使太阳能采光板的热接受率大大提高，从而可提高太阳能的利用效率，拓宽太阳能的利用领域。太阳跟踪的方法主要有两种，光电跟踪和视日运动轨迹跟踪。在分析比较了两种跟踪方法后，本系统采用两种方法相结合的方式来实现对太阳的跟踪。与目前普遍采用的两种跟踪方法相互切换的结合方式不同，本系统是将两种方法同时用在一次跟踪动作里，系统实际跟踪轨迹值由视日运动轨迹理论计算值、预修正量和光电跟踪产生的对预修正量进行调整的调整量确定，本次跟踪结束后，系统将本次光电跟踪的调整量累加到预修正量中，进行系统误差的消除。当光线强度不够时，或者视日运动轨迹理论计算值和预修正量确定的跟踪误差足够小时，由于光电检测电路不产生信号，光电跟踪方法产生的调整量为零，系统以视日运动轨迹理论计算值和之前确定的预修正量进行跟踪，此时的跟踪角度可以认为是最佳角度。这样既提高了系统的稳定性又提高了跟踪精度。并且由于有了光电跟踪的修正，太阳自动跟踪装置在安装时不必严格要求采光板正对当地正南方，且水平，并且装置发生基础变形与控制过程积累产生的误差也能得到修正，因此大大降低了设备的安装成本，提高了使用可靠性。在控制系统的设计中，本控制系统采用以工控机为核心的计算机闭环控制系统，主要由工控机、开关量输入输出板卡、步进电机及其驱动器、机械执行机构、光敏二极管、光电检测电路组成。计算机运行控制程序通过开关量输入输出板卡发送脉冲信号驱动步进电机带动自动跟踪装置的机械执行机构转动。在采光板平面上装有光敏二极管，光电检测电路产生电平信号，通过开关量板卡反馈到计算机，计算机运行程序调整跟踪角度，并利用调整量调整预修正量。控制系统的软件用VC编写，具有良好的人机交互界面。因此，本文所研究的太阳自动跟踪装置的控制系统具有高精度、高可靠性等优点，且对装置机械执行机构的精度要求不高，具有极强的实用性。

关键词：太阳自动跟踪计算机控制太阳能装置光电检测

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混合双轴控制的太阳自动跟踪系统研究

仪表技术与传感器 2021年第1期 63-68页

作者：柯熙政王欢西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

文中主要针对斯特林碟架,设计了以ARM处理器和可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心,视日运行轨迹跟踪与图像处理相结合的混合跟踪方式实现太阳自动跟踪。首先,利用太阳位置算法(SPA)定位太阳位置,确保太阳光斑在摄像头视场范围内;其次,使用... 详细信息

文中主要针对斯特林碟架,设计了以ARM处理器和可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心,视日运行轨迹跟踪与图像处理相结合的混合跟踪方式实现太阳自动跟踪。首先,利用太阳位置算法(SPA)定位太阳位置,确保太阳光斑在摄像头视场范围内;其次,使用CMOS图像传感器采集太阳图像,通过ARM处理器处理图像获取太阳跟踪角度误差;最后利用PLC控制电机转动碟架实现对太阳的高精度跟踪。实验表明:混合跟踪方式既可解决光电跟踪在多云天气无法正常工作的问题,又将视日运行轨迹产生的误差消除,有效提高了太阳跟踪精度。

关键词：太阳自动跟踪可编程逻辑控制器 ARM处理器 CMOS图像传感器太阳位置算法图像处理算法

基于STM32的太阳自动跟踪控制系统的设计

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计算机测量与控制 2012年第2期20卷 383-385页

作者：凌好刘荣忠郭锐王宇波南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室江苏南京210094

针对步进电机在自动跟踪运行过程中失步引起的控制系统跟踪精度降低的缺点,文中设计了以ARM Cortex-M3STM32为微控制器,光电编码器为位置反馈元件的新型数字闭环控制系统;该系统根据太阳的高度和方位信息,结合实时天气状况,以PWM调速方... 详细信息

针对步进电机在自动跟踪运行过程中失步引起的控制系统跟踪精度降低的缺点,文中设计了以ARM Cortex-M3STM32为微控制器,光电编码器为位置反馈元件的新型数字闭环控制系统;该系统根据太阳的高度和方位信息,结合实时天气状况,以PWM调速方式驱动电机,控制跟踪机构的水平、俯仰两个方向运动,实现对太阳位置的全跟踪;实验结果表明,此系统跟踪精度误差在0.5°以内,较传统的开环控制跟踪系统可以明显地提高系统的跟踪精度,且性能稳定、功能丰富、成本较低。

关键词：太阳自动跟踪 STM32 闭环控制

基于ARM7的太阳自动跟踪简易控制系统设计

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计算机测量与控制 2011年第8期19卷 1889-1891页

作者：凌好刘荣忠郭锐王宇波南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室江苏南京210094

为了提高太阳能利用率,设计了一种基于ARM7的太阳自动跟踪简易控制系统;该系统利用32位ARM嵌入式微处理器LPC2131为控制器,采用光电跟踪和定时跟踪相结合的控制方式;以步进电机作为驱动机构,通过控制跟踪的机构水平、俯仰两个方向运动,... 详细信息

为了提高太阳能利用率,设计了一种基于ARM7的太阳自动跟踪简易控制系统;该系统利用32位ARM嵌入式微处理器LPC2131为控制器,采用光电跟踪和定时跟踪相结合的控制方式;以步进电机作为驱动机构,通过控制跟踪的机构水平、俯仰两个方向运动,实现对太阳的全跟踪;仿真和试验结果表明,该控制系统的跟踪精度误差在1°以内,能够满足太阳自动跟踪的需要,且性能稳定、功能丰富、成本较低,可以为太阳能飞行器的太阳自动跟踪控制工程研制提供参考依据。

关键词：太阳自动跟踪简易控制 ARM7

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二自由度太阳自动跟踪装置控制系统的研究

二自由度太阳自动跟踪装置控制系统的研究

作者：王宝印河北工业大学

学位级别：硕士

随着世界经济的飞速发展，能源危机成为国际社会共同面临的重要问题之一。太阳能作为一种可再生的清洁能源，具有很大的开发和利用价值。最近十年，我国在太阳能利用方面已经取得了巨大的进步，但是太阳能利用技术与国外技术相比，仍有... 详细信息

随着世界经济的飞速发展，能源危机成为国际社会共同面临的重要问题之一。太阳能作为一种可再生的清洁能源，具有很大的开发和利用价值。最近十年，我国在太阳能利用方面已经取得了巨大的进步，但是太阳能利用技术与国外技术相比，仍有很大差距。为了进一步拓宽太阳能的利用范围，提高太阳能的利用率，本论文提出了一种太阳自动装置的跟踪方法。该跟踪方法克服了光电式跟踪容易受天气影响的缺点，跟踪系统结构简单、跟踪范围广、跟踪精度高，具有很大的使用价值。在分析了太阳与地球的位置关系后，确定了地平坐标系下的太阳位置，为跟踪装置可以精确跟踪太阳轨迹提供了依据。通过对常用光电传感器的对比，选用硅光电池来设计光信号检测装置。跟踪方式采用光电式跟踪与时钟式跟踪互相结合的方式，晴天时使用光电式跟踪，阴天时使用时钟式跟踪，并可自动切换跟踪方式。太阳自动跟踪装置的控制系统主要包括：传感器，控制器及执行部件。传感器由四象限硅光电池和另外四片光电池组成，分别用于对太阳的粗定位和精确定位;设计了光电检测电路;控制器以单片机为核心，设计了单片机接口电路，其中包括时钟电路、电源电路等;执行部件选用步进电机，设计了电机驱动电路等。软件设计包括系统主程序的设计、光电跟踪模块的设计和时钟跟踪模块的设计等，通过系统的控制仿真，证明了其可行性与可靠性，为系统的进一步应用奠定了基础。

关键词：太阳自动跟踪传感器单片机步进电机

基于GPS和新型光电传感器的太阳自动跟踪系统

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基于GPS和新型光电传感器的太阳自动跟踪系统

作者：李烨苏州大学

学位级别：硕士

本文主要围绕太阳能光伏发电，开展研究与探讨。太阳能有许多动态特征，如照射能量分布密度小，其能量同季节、纬度的高低、昼夜及阴晴等气象、地理条件有关等。随着太阳能系统研究的不断深入，特别是聚光型太阳能发电的研究，太阳能自... 详细信息

本文主要围绕太阳能光伏发电，开展研究与探讨。太阳能有许多动态特征，如照射能量分布密度小，其能量同季节、纬度的高低、昼夜及阴晴等气象、地理条件有关等。随着太阳能系统研究的不断深入，特别是聚光型太阳能发电的研究，太阳能自动跟踪技术日益成为热点，并且对跟踪精度提出了较高的要求。太阳自动跟踪系统的设计与制造作为本课题研究的核心内容。跟踪方案：为了提高跟踪的精度，由基于GPS的太阳视日运动轨迹跟踪作为基本依据，进而创新设计了一种基于光纤导光的新型光电传感器对太阳位置进行实时精确地定位。本文在硬件电路设计的基础上，重点介绍了跟踪监控系统软件程序的编写，通过对跟踪方案的分析，确定主函数及各功能模块的结构，在Keil嵌入式计算机开发平台下完成程序的编写、编译、连接和生成目标文件。最终通过软硬件的联调实现预定的跟踪目标。该系统具有以下特点：1）利用GPS自动获取时间、经度、纬度信息，系统位置变动无需人为设置，并且能达到良好的定位精度,实现了太阳能电池板发电系统的全自动跟踪;2）设计了新型光电传感器，探测相对放置的两根光纤能量差值，能够灵敏地感应到太阳入射角的偏差，且检测范围大;3）系统设计中针对如何消除机械回程差等诸多工程问题进行了优化和智能设计。经过理论推算和实验验证，本系统样机已经能应对复杂多变的自然环境，实现日出及阴天转晴等大角度调节下利用GPS定位跟踪功能，晴天进入光电传感器精确跟踪，阴天暂停跟踪，日落回位等智能控制，系统的理论跟踪精度为0.02o。

关键词：太阳自动跟踪 GPS定位光电跟踪

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太阳自动跟踪系统的设计

农业工程技术(新能源产业) 2008年第6期 11-13页

作者：张兴磊杨丽丽张东凤高龙张治坤青岛农业大学机电工程学院江苏农林职业技术学院机电工程系沈阳远大企业集团

随着太阳能的广泛利用,如何提高对太阳能的利用率,成为太阳能研究的焦点问题之一。本文介绍了一种太阳自动跟踪系统——混合跟踪,即有效的结合视日运动轨迹跟踪和光电跟踪两种跟踪方式,并采用双轴式跟踪调整装置,实现了白天对太阳进行... 详细信息

随着太阳能的广泛利用,如何提高对太阳能的利用率,成为太阳能研究的焦点问题之一。本文介绍了一种太阳自动跟踪系统——混合跟踪,即有效的结合视日运动轨迹跟踪和光电跟踪两种跟踪方式,并采用双轴式跟踪调整装置,实现了白天对太阳进行全天候的实时跟踪,大大提高了太阳能利用率。

关键词：太阳自动跟踪混合跟踪双轴实时跟踪

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太阳自动跟踪系统的研究与设计

科协论坛(下半月) 2010年第7期 91-92页

作者：谢磊刘星渤海大学信息科学与工程学院

为了提高太阳能的利用效率,设计了太阳自动跟踪系统。跟踪方法采用视日轨迹跟踪方法和光电跟踪的混合跟踪方法,第一级采用视日轨迹跟踪方法,第二级采用光电池传感器跟踪进行校正。该装置跟踪精度高,抗干扰能力强,无论天气情况如何,都能... 详细信息

为了提高太阳能的利用效率,设计了太阳自动跟踪系统。跟踪方法采用视日轨迹跟踪方法和光电跟踪的混合跟踪方法,第一级采用视日轨迹跟踪方法,第二级采用光电池传感器跟踪进行校正。该装置跟踪精度高,抗干扰能力强,无论天气情况如何,都能精确的跟踪太阳。

关键词：太阳自动跟踪视日跟踪光电跟踪光电池传感器

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智能型太阳自动跟踪系统的PLC设计

工业仪表与自动化装置 2010年第3期 30-33页

作者：耿欣林中达东南大学能源与环境学院南京210096

介绍了一种新型的极轴式智能型太阳自动跟踪系统。该系统是基于三菱Q型PLC构建平台,选取极轴式跟踪方式,同时采用以时钟跟踪为主调、传感器跟踪为辅调的混合调节策略,使用视日轨迹跟踪的方法自动计算出不同地点和时间太阳的高度角和方位... 详细信息

介绍了一种新型的极轴式智能型太阳自动跟踪系统。该系统是基于三菱Q型PLC构建平台,选取极轴式跟踪方式,同时采用以时钟跟踪为主调、传感器跟踪为辅调的混合调节策略,使用视日轨迹跟踪的方法自动计算出不同地点和时间太阳的高度角和方位角,通过PLC控制步进电机作为执行机构,同时采用聚光技术,从而提高了跟踪精度,实现了全天候、全自动跟踪。

关键词：太阳自动跟踪极轴 PLC 步进电机