[发明专利]基于极轴的碟式发电双轴跟踪结构的控制方法

摘要

一种基于极轴的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，其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、ΔB；(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、R'2、R”2、R”'2，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

一种基于极轴的碟式发电双轴跟踪结构的控制方法，基于极轴的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)、倾斜丝杆轴(7)、倾斜平台(8)、摆动支杆(12)、上部步进电机(13)、上部蜗轮蜗杆减速器(14)、下部步进电机(16)、下部蜗轮蜗杆减速器(17)、固定轴承座(18)、移动支座(19)、底部丝杆轴(20)、编码器(22)、下部支座(23)、底座(24)；其结构是下部支座(23)固定在底座(24)上，下部支座(23)的上部通过右支撑销轴(11”)与固定在倾斜平台(8)下面的下部轴承座(9)相铰接，摆动支杆(12)上端通过上部支撑销轴(11)与固定在倾斜平台(8)下面的固定座(10)相铰接，摆动支杆(12)下端通过左支撑销轴(11')与移动支座(19)相铰接，由下部步进电机(16)和下部蜗轮蜗杆减速器(17)带动底部丝杆轴(20)转动并带动移动支座(19)移动，底部丝杆轴(20)的右端与固定在底座(24)上的固定轴承座(18)相铰接，在下部步进电机(16)、下部蜗轮蜗杆减速器(17)及固定轴承座(18)内侧分别安装有第一、第二、第三限位开关(21、21'、21”)，由上部步进电机(13)和上部蜗轮蜗杆减速器(14)带动的倾斜丝杆轴(7)通过上下轴承座(6、6')安装在倾斜平台(8)上面，倾斜丝杆轴(7)上端与镜子支架(3)连接，倾斜丝杆轴(7)下端安装有编码器(22)，镜子支架(3)上部安装有多面镜子(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，倾斜平台(8)的长度与摆动支杆(12)的长度相等，左支撑销轴(11')与右支撑销轴(11”)的水平高度相同，本发明特征在于对上述结构的控制方法是：调节 倾斜平台(8)与地面夹角等于摆动支杆(12)与地面夹角为θ＝φ，φ是当地维度，设摆动支杆(12)长度为A，以固定轴承座(18)为起点，底部支座(19)与固定轴承座(18)间的平均距离为B，则A与B之间满足式(1)：然后，判断某一天是一年中的第n天，n为正整数，根据式(2)计算出太阳赤纬角δ，则摆动支杆(12)与地面的倾角αs可由式(3)得到，式(3)中的正负号取春夏为正，秋冬为负，则底部支座(19)的移动距离ΔB可由式(4)、(5)得到，ΔB为正，则朝固定轴承座(18)方向移动，ΔB为负，则朝固定轴承座(18)反方向移动，太阳方位角γs可由式(6)得到：αs＝θ±δ  (3)B'＝Aarcsin(αs)  (4)ΔB＝B‑B'  (5)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(7)～(9)得到，然后将式(6)中的太阳时角ω用真太阳时角ωz代替：E＝9.87sin 2C‑7.53cos C‑1.5sin C  (8)其中由式(10)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(7)中的正负号应取正号，则真太阳时间tz可由式(11)得到：每天的日出和日落的方位角可由式(12)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(13)和(14)得到：ωs＝arccos(‑tanφtanδ)  (12)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，在镜子(1)上安装有光敏传感器(2、2'、2”、2”')，在倾斜丝杆轴(7)上安装有编码器(22)，分别对光敏传感器(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镜子(1)没有被部分遮蔽；如果R2≠R2'≠R2”≠R2”'，则说明摆动支杆(12)与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs均有误差，首先通过下部步进电机(16)和下部蜗轮蜗杆减速器(17)调整摆动支杆(12)与地面的倾角αs使得R2＝R2”、R2'＝R2”'，然后结合编码器(22)的角度信号S，通过上部步进电机(13)和上部蜗轮蜗杆减速器(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”'，则说明摆动支杆(12)与地面的倾角αs有误，判断R2与R2”的大小，使摆动支杆(12)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(22)的角度信号S，使得R2＝R2'＝R2”＝R2”'；如果，突然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，判断四个电阻值哪个 最小，使摆动支杆(12)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，首先调整摆动支杆(12)与地面的倾角αs使得R2＝R2”、R2'＝R2”'，然后结合编码器(22)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”'；为了防止误动作对结构的损害，在下部步进电机(16)、下部蜗轮蜗杆减速器(17)、和固定轴承座(18)上安装有限位开关(21、21'、21”)、当底部支座(19)碰到限位开关(21、21'、21”)，结构停止；上述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(12)长度A，与地平面的夹角θ，底部支座(19)与固定轴承座(18)间的平均距离B，采样编码器(22)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(2)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(3)得到摆动支杆(12)与地面的倾角αs，由公式(5)得到底部支座(19)的移动距离ΔB，由公式(12)得到当天的日出方位角ωsr和日落方位角ωss，进而由公式(13)和(14)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(11)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(21、21'、21”)，是，结构停止，否，执行步骤七；步骤七、根据真太阳时间由公式(6)计算出太阳方位角γs，根据Δ调整摆动支杆(12)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R2＝R2'＝R2”＝R2”'，是，保持摆动支杆(12)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R2≠R2'≠R2”≠R2”'，是，根据Δ，依次调整摆动支杆(12)与地面的倾角αs使得R2＝R2”、R2'＝R2”'，然后结合编码器(22)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调整摆动支杆(12)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(22)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调整摆动支杆(12)与地面的倾角αs使得R2＝R2”、R2'＝R2”'，然后结合编码器(22)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。