[发明专利]极轴坐标系蝶式发电双轴跟踪结构的控制方法

摘要

一种极轴坐标系碟式发电双轴跟踪结构的控制方法，属于太阳能发电技术领域，特征是在于其结构的控制方法是(1)设定初始值；(2)计算n、δ；(3)计算ωsr、ωss、tss、tsr；(4)计算tz，tz≥tsr，是，执行(5)，否，返回(4)；(5)天阴，是，返回(5)，否，执行(6)；(6)碰到限位开关，是，结构停止，否，执行(7)；(7)计算γs，调整αs、γs，执行(8)；(8)比较R2、R2'、R2”、R2”'，R2＝R2'＝R2”＝R2”'，是，保持αs、γs，执行(13)，否，执行(9)；(9)R2≠R2'≠R2”≠R2”'，是，依次调整αs、γs，执行(13)，否，执行(10)；(10)R2＝R2'≠R2”＝R2”'，是，调整αs，执行(13)，否，执行(11)；(11)R2＝R2”≠R2'＝R2”'，是，结合S调整γs，执行(13)，否，执行(12)；(12)寻找Rmin，依次调整αs、γs，执行(13)；(13)Δt结束，是，执行(14)，否，返回(13)；(14)tz≥tss，是，结构停止；否，执行(5)。

主权项

一种极轴坐标系碟式发电双轴跟踪结构的控制方法，其特征在于极轴坐标系碟式发电双轴跟踪结构包括有顶部安装的多面镜子(1)、第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2′、2″、2″′)、镜子支架(3)、斯特林发电机(4)、发电机支架(5)、上部支架(6)、上部丝杆轴(7)、上部蜗轮蜗杆减速器(8)、上部步进电机(9)、上部支撑平台(11)、倾斜丝杆轴(12)、倾斜轴步进电机(13)、倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(14)、倾斜平台(16)、下部轴承座(17)、摆动支杆(18)、下部支座(22)、底座(23)、移动轴承座(26)；极轴坐标系碟式发电双轴跟踪结构是由移动轴承座(26)通过定位螺钉(27)调整在底座(23)上的滑动轨道(25)内的位置，摆动支杆(18)上端通过上部支撑销轴(20)与固定在倾斜平台(16)下面的固定支座(19)相铰接，摆动支杆(18)下端通过下部支撑销轴(20″)与移动轴承座(26)相铰接，下部支座(22)固定在底座(23)上，下部支座(22)的上部通过中部支撑销轴(20′)与固定在倾斜平台(16)下面的下部轴承座(17)相铰接，安装在倾斜平台(16)上的倾斜轴步进电机(13)和倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(14)带动倾斜丝杆轴(12)转动，倾斜丝杆轴(12)通过上下轴承座(10、10’)安装在倾斜平台(16)上，在倾斜平台(16)上面安装有对上部支撑平台(11)起限位作用的限位开关(15)，上部支撑平台(11)的下部通过轴向通孔(601)与倾斜丝杆轴(12)固定连接，倾斜丝杆轴(12)的下端安装有编码器(28)，上部蜗轮蜗杆减速器(8)和上部步进电机(9)安装在上部支撑平台(11)上，上部支架(6)通过横向通孔(602)与通过上部蜗轮蜗杆减速器(8)和上部步进电机(9)带动的上部丝杆轴(7)固定连接，镜子支架(3)安装在上部支架(6)上，镜子支架(3)上安装有多面镜子(1)，在多面镜子(1)的组合体的四角处分别安装有第一、第二、第三、第 四光敏传感器(2、2′、2″、2″′)，顶部安装有斯特林发电机(4)的发电机支架(5)的底部与镜子支架3固定连接，多面镜子(1)上的光线汇聚到斯特林发电机(4)上；上述结构的控制方法是：首先通过调节移动轴承座(26)在滑动轨道(25)内的位置确定摆动支杆(18)与地平面的夹角为θ＝φ，φ是当地维度，判断某一天是一年中的第n天，n为正整数，根据式(1)计算出太阳赤纬角δ，则上部支架(6)与地面的倾角αs可由式(2)得到，式(2)中的正负号取春夏为正，秋冬为负，太阳方位角γs可由式(3)得到：αs＝θ±δ   (2)其中ω是太阳时角，中午12点为0°，上午为负，下午为正，每小时的时角为15°，由于地球围绕太阳的运行轨道是椭圆形轨道，因此真太阳时角ωz与太阳时角ω间存在误差，真太阳时角ωz可由式(4)～(6)得到，然后将式(3)中的太阳时角ω用真太阳时角ωz代替：E＝9.87sin2B‑7.53cosB‑1.5sinB   (5)其中由式(7)得到时钟时间t，t＝12点时ω＝0，L为当地的经度，Ls为 当地标准时间所在地的经度，由于我国位于东半球，所以式(4)中的正负号应取正号，则真太阳时间tz可由式(8)得到：每天的日出和日落的方位角可由式(9)得到，其中日出方位角ωsr＝‑ωs，日落方位角ωss＝ωs，则每天的日出日落时刻可由式(10)和(11)得到：ωs＝arccos(‑tanφtanδ)   (9)由于公式计算和结构运行都会存在误差，此外，结构在运行过程中可能会部分遮敝，因此，在镜面1四个顶角上安装有第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2′、2″、2″′)，在倾斜丝杆轴(12)上安装有编码器(28)，分别对第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2′、2″、2″′)的电阻值R2、R2′、R2″、R2″′进行比较：如果，R2＝R2′＝R2″＝R2″′，则说明无极轴误差且碟式结构没有被部分遮蔽；如果R2≠R2′≠R2″≠R2″′，则说明上部支架(6)与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs均有误差，首先通过上部蜗轮蜗杆减速器(8)和上部步进电机(9)调整上部支架(6)与地面的倾角αs使得R2＝R2″、R2′＝R2″′，然后结合编码器(28)的角度信号S，通过倾斜轴步进电机(13)和倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(14)调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2′、R2″＝R2″′，即R2＝R2′＝R2″＝R2″′；如果R2≠R2″，但R2＝R2′和R2″＝R2″′，则说明上部支架(6)与地面的倾角αs有误，判断R2与R2″的大小，使上部支架(6)与地面的倾角αs向电阻值小的一侧运行，直到R2＝R2′＝R2″＝R2″′；如果，R2≠R2′，但R2＝R2″和R2′＝R2″′，则说明结构的太阳方位角γs有误，判断R2与R2′的大小，使结构的太阳方位角γs向电阻值小的一侧运行，结合编码器(28)的角度信号S，使得R2＝R2′＝R2″＝R2″′；如果，出现四个光敏电阻值中三个相等，一个不等的情况，则说明出现了部分遮蔽情况，判断四个电阻值那个最小，使上部支架(6)与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs向电阻值最小的一侧运行，首先调整上部支架(6)与地面的倾角αs使得R2＝R2″、R2′＝R2″′，然后结合编码器(28)的角度信号S，调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2′、R2″＝R2″′，即R2＝R2′＝R2″＝R2″′；上述极轴坐标系碟式发电双轴跟踪结构的控制方法的实施步骤是：步骤一、根据结构精度要求确定结构最小运行角度Δ，确定每次运行间隔时间Δt，当地经度L和维度φ，当地标准时间所在地的经度Ls，确定摆动支杆(18)与地平面的夹角为θ，采样编码器(28)的角度信号S；步骤二、计算某一天在一年中的第n天，由公式(1)计算出当天的太阳赤纬角δ；步骤三、根据太阳赤纬角δ和当地维度φ，由公式(2)得到上部支架(6)与地面的倾角αs，由公式(9)得到当天的日出方位角ωsr和日落方位角ωss，由公式(10)和(11)得到当天的日出时刻tsr和日落时刻tss；步骤四、根据时钟时间由公式(8)计算真太阳时间tz，判断真太阳时间tz是否大于等于日出时刻tsr，是，执行步骤五；否，返回步骤四；步骤五、根据第一、第二、第三、第四光敏传感器判断是否阴天，是，返 回步骤五；否，执行步骤六；步骤六、判断是否碰到了限位开关(15)，是，结构停止，否，执行步骤七；步骤七、根据真太阳时间由公式(3)计算出太阳方位角γs，根据Δ调整上部支架(6)与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs，执行步骤八；步骤八、比较R2、R2′、R2″、R2″′，判断是否R2＝R2′＝R2″＝R2″′，是，保持上部支架(6)与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs，执行步骤十三；否，执行步骤九；步骤九、判断是否R2≠R2′≠R2″≠R2″′，是，根据Δ，依次调整上部支架(6)与地面的倾角αs使得R2＝R2″、R2′＝R2″′，然后结合编码器(28)的角度信号S，调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2′、R2″＝R2″′，执行步骤十三；否，执行步骤十；步骤十、判断是否R2＝R2′≠R2″＝R2″′，是，根据Δ调整上部支架(6)与地面的倾角αs使得R2＝R2′＝R2″＝R2″′，执行步骤十三；否，执行步骤十一；步骤十一、判断是否R2＝R2″≠R2′＝R2″′，是，结合编码器(28)的角度信号S，根据Δ调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2′＝R2″＝R2″′，执行步骤十三；否，执行步骤十二；步骤十二、寻找最小阻值Rmin，根据Δ调整上部支架(6)与地面的倾角αs使得R2＝R2″、R2′＝R2″′，然后结合编码器(28)的角度信号S，调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2′＝R2″＝R2″′，执行步骤十三；步骤十三、判断运行间隔时间Δt是否结束，是，执行步骤十四；否，等待运行间隔时间Δt结束，返回步骤十三；步骤十四、判断真太阳时间tz是否大于等于日落时刻，是，结构停止，否，返回执行步骤五。