一种基于直线开关磁阻电机的太阳跟踪系统设计
毕业设计(论文)-用于追踪太阳光的传感器研究
题目用于追踪太阳光的传感器研究学生姓名学号所在学院物理与电信工程学院专业班级通信工程专业 1204 班指导教师完成地点物理与电信工程学院实验室2013 年6 月6 日陕西理工学院毕业论文﹙设计﹚任务书物电学院院(系) 通信1204 班学生一、毕业论文﹙设计﹚题目用于追踪太阳光的传感器研究二、毕业论文﹙设计﹚工作自_2016_年_1__月__1___日起至__2016_年 6 月__15___日止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 物电学院实验教学中心四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求:1、追踪太阳光可以大大提高太阳能光伏发电的效率,准确、方便追踪的核心是光电传感器。
根据光电器件的特性、电路原理、控制理论或计算机技术设计一个传感器,能够满指出的方位角、俯仰角,便于控制器及执行机构快速定位。
2、具体做好系统设计、原理分析、实验测试方案和步骤说明。
3、掌握撰写毕业设计报告的方法。
要求格式正确,文字流畅,突出“目的、原理、方法、结论”四要素;对所选题目的研究有系统、深刻的认识,报告陈述、答辩中概念准确,逻辑严密,主题鲜明。
4、要求方案论证有报告;硬件设计有原理,制版、调试有方法、有过程;报告有论文,参考有文献。
进度安排:1、2016年3月15日前完成毕业设计开题报告,并提交至毕业设计管理系统,进入实验室开始设计任务。
2、2016年4月30日前学院组织毕业设计中期检查。
3、2016年5月30日前完成毕业设计成果验收。
4、2016年6月10日前完成设计论文定稿、毕业答辩等工作。
5、2016年6月15日完成毕业设计所有材料的整理归档。
指导教师教研室通信工程教研室主任(签名) 批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名:用于追踪太阳光的传感器研究(陕西理工学院物理与电信工程学院通信1204班,陕西汉中 723003)指导教师:[摘要]在太阳能发电中,因太阳能电池板接受太阳光照强度的不同,太阳能电池板的发电效率会有较大差异,根据太阳活动规律,有效调整太阳电池板与太阳光线的角度是决定太阳能电池板发电效率的关键因素。
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言:太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。
光伏发电效率受到太阳光照的影响,传统的固定光伏发电系统效率较低。
为了优化光伏发电系统的效率,设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统,能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度,最大限度地提高太阳能的利用效率。
一、系统工作原理:该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。
光敏电阻负责感应太阳光照强度,传递给测量电路进行电信号转换。
控制电路接收到转换后的信号,并与事先设定的峰值进行比较。
然后,根据比较结果来控制执行机构,使光伏板按需自动调整角度。
二、光敏电阻的选择:光敏电阻是该系统中最重要的一个元件,因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。
在选择光敏电阻时,需要考虑以下因素:光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。
一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。
三、测量电路设计:测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。
测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。
信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号,滤波器用于去除噪声和杂散信号,模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
在设计过程中,需要合理设置放大系数和滤波参数,以确保测量电路的准确性和稳定性。
四、控制电路设计:控制电路是系统的核心部分,其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号,与事先设定的峰值进行比较,并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。
控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。
比较器用于将输入信号与参考信号进行比较,运算放大器用于放大比较结果的差别,逻辑电路用于判断角度调整方向,并控制执行机构的运动。
五、执行机构设计:执行机构是该系统中最关键的部分,其功能是根据控制电路的指令,使光伏板按需自动调整角度。
常见的执行机构有两种:电动执行机构和气动执行机构。
太阳能自动跟踪装置的设计毕业设计论文
毕业设计太阳能自动跟踪装置的设计The design of solar automatic tracking device烟台大学文经学院毕业论文(设计)任务书院(系):机电工程系[摘要]:太阳能是自然界的一种天然资源,它具有分布范围广、丰富可再生、无污染的优良特点,它的开发和利用已成为当代研究领域的热点。
解决如何提高太阳能利用效率就成为了所有问题的关键。
太阳能效率的提高将直接影响我国能源利用结构的变化,对我国的可持续发展以及建设资源节约型和环境友好型社会有着重大影响。
基于太阳能利用效率的考虑,本设计选择太阳能自动跟踪装置,以达到时刻跟踪太阳光线位置,使太阳光最大限度的照射到该跟踪装置,满足太阳能的充分利用。
该装置是基于单片机控制的自动跟踪系统,通过考虑某地的位置、光照等因素,由单片机输出控制数据,从而来控制步进电机,并通过机械传动机构来实现太阳能电池板自动跟踪光线的目的。
并且对该系统采用二维跟踪方式,以实现太阳能电池板东西方向和南北方向共同调整跟踪,达到进一步提高利用效率、跟踪精度的要求。
[关键词]:太阳能;自动跟踪;单片机;步进电机;二维运动。
[Abstract]:Solar energy is nature's natural resource and it has spread widly, richly ,renewablly and has pollution-free high characteristics.Its development and use has become hot spots in the field. The solution of the efficient use of solar energy become the key to all problem. The increase of solar energy efficiency will directly affect our energy structure and it will have major effects on national sustainable development , construction resource saving and environmental friendly type of society .Based on solar energy utilization efficiency considerations , this design choices solar automatic tracking device in order to achieve to track the sun light position at any time and make the sun exposure to the tracking device to the max to meet the full use of solar energy.The device is a control automatic tracking system which based on microcontroller . By considering the position, illumination somewhere, and other factors ,microcontroller outputs control data to control the stepping motor. This system realizes automatic tracking for the light to the solar panels through the mechanical transmission and it is used to track of two-dimensional way in order to realize common adjusting tracking for the solar panels east-west direction and north-south direction.This system further improves the utilization efficiency and the requirements of tracking precision.[Key words]:solar energy;automatic track ;microcontroller ;stepping motor ;two-dimensional movement.目录第1章绪论 (8)1.1 能源现状及发展 (8)1.2 目前太阳能的开发和利用 (8)1.3 课题研究的目的和意义 (9)1.4 太阳能利用的国内外发展现状 (9)1.5 太阳追踪系统的国内外研究现状 (10)1.6 本论文的研究内容 (10)第2章太阳能自动跟踪系统总体设计 (11)2.1 太阳运行的规律 (11)2.2 总体设计原理 (11)2.2.1 平面四杆机构原理 (11)2.3 跟踪方案的设计 (12)2.4 总体结构 (13)第3章机械部分的设计 (15)3.1 齿轮的选择 (15)3.1.1 材料选择 (15)3.1.2 尺寸计算 (15)3.2 滚珠丝杠副的选择 (17)3.2.1 材料选择 (18)3.2.2 滚珠丝杠副结构的选择 (18)3.2.3 滚珠丝杠副尺寸的选择 (18)3.2.4 滚珠丝杠副支承方式的选择 (19)3.3 太阳能电池板 (21)3.4 底座的设计 (23)3.5 中心轴的选择 (23)3.5.1 尺寸设计 (23)3.5.2 轴的校核 (23)3.6 轴承的选择 (23)3.6.1 轴承1的选择 (23)3.6.2 轴承2的选择 (24)3.7 联轴器的选择 (25)第4章控制部分的设计 (27)4.1 光电转换器 (28)4.1.1 光敏电阻传感器 (28)4.1.2 光电转换电路 (30)4.2 步进电动机及其驱动电路 (31)4.2.1 步进电动机介绍 (31)4.2.2 步进电机的选择 (33)4.2.3 驱动电路 (33)4.3 单片机及其输入电路 (36)4.3.1 8031单片机 (36)4.3.2 单片机的输入电路 (37)4.4 控制的实现过程 (39)4.4.1 系统的整体电路图 (39)4.4.2 系统的流程图 (40)总结及展望 (42)致谢 (43)参考文献 (44)烟台大学文经学院毕业设计第1章绪论1.1 能源现状及发展能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础[1]。
基于单片机的太阳能自动跟踪双轴系统设计
microcomputer as the control core with the time moduleꎬ the cloudy day detection moduleꎬ the photoelectric detection
目前ꎬ生活在藏族高原地区的很多村民仍直接饮
提高太阳能的利用率是当前技术的发展目标ꎬ而
用当地的泉水ꎬ而未经净化的泉水含有多种细菌用
长期饮用会威胁到人体健康ꎮ 基于高原地区阳光资源
该系统可有效解决太阳能的间歇性、低密度、时空偏移
很丰富ꎬ故开发一款便携式太阳能净水器极为必要ꎮ
黑龙江科学
第 10 卷 第 24 期
2019 年 12 月
HEILONGJIANG SCIENCE
Vol 10
Dec 2019
基于单片机的太阳能自动跟踪双轴系统设计
扎西顿珠ꎬ袁 超ꎬ胡石峰
( 西藏农牧学院电气工程学院ꎬ西藏 林芝 860000)
摘要: 设计了一种基于 51 单片机的双轴太阳跟踪系统ꎬ以提高太阳能的利用效率ꎮ 该自动控制系统基于 51 单片机为控制核心的
rotate the biaxial mechanical structureꎬ so that the sun always illuminates vertically in the solar energy On the
photovoltaic panelꎬ the solar energy utilization efficiency is maximized
单片机太阳能跟踪系统设计
单片机太阳能跟踪系统设计摘要:本文介绍了一种基于单片机的太阳能跟踪系统的设计。
该系统通过使用光敏传感器和步进电机,能够实时跟踪太阳位置并自动调整太阳能电池板的方向,以最大程度地吸收阳光能量。
文章详细讨论了系统的硬件设计和软件编程,并进行了实验验证系统的有效性与稳定性。
引言:随着可再生能源的发展和应用,太阳能作为一种绿色能源正变得越来越普遍。
而太阳能电池板作为太阳能转换的核心装置,其工作效率直接受到太阳光照强度和入射角度的影响。
因此,设计一种能够实时追踪太阳位置的太阳能跟踪系统,对于提高太阳能电池板的能量转换效率具有重要意义。
1. 系统硬件设计1.1 光敏传感器光敏传感器是实现太阳位置检测的关键模块,其作用是测量光强度并转化为电信号。
在本设计中,采用光敏二极管作为光敏传感器,通过调整电路参数和选用适当的滤光片以提高传感器的灵敏度和稳定性。
1.2 步进电机步进电机是用于控制太阳能电池板偏转角度的执行器。
本设计中,选用具有较高精度和可控性的双相步进电机,通过调节步进电机的脉冲信号和相位控制信号,可以实现对太阳能电池板的精确调整。
1.3 控制电路控制电路是整个系统的核心部分,主要由单片机、驱动电路和电源组成。
单片机作为系统的主控制器,通过接收光敏传感器采集的信号,并经过一系列计算和判断,生成控制信号给步进电机实现调整。
驱动电路负责将单片机输出的信号转化为适合步进电机工作的电流信号,以驱动步进电机。
2. 系统软件编程2.1 信号采集与处理在软件编程阶段,首先需要进行光敏传感器信号的采集与处理。
通过ADC模块采集光敏传感器输出的电压信号,并借助数字滤波算法对其进行滤波和降噪处理,确保获取准确可靠的光强度数据。
2.2 太阳位置计算根据光敏传感器测量到的光强度数据,通过一定的数学模型和算法,可以计算出太阳的位置。
根据太阳位置的变化规律,可以判断出太阳的相对方位和倾角,从而确定太阳能电池板的调整方向。
2.3 步进电机控制根据太阳位置计算的结果,通过单片机输出的脉冲信号和相位控制信号,控制步进电机按照设定的步进角度和方向调整太阳能电池板的位置,使其始终面向太阳。
毕业设计 太阳能电池板自动跟踪系统设计
第1章绪论1.1太阳能利用的前景当今,煤,石油,天然气等常规矿产能源,储量越来越少,世界各大经济体都面临能源危机。
按照目前的开采和使用速度,己探明的矿产能源仅够人类再利用几十年,可以说,己经是处在日益枯竭的形势之下。
为了能够获得更多的资源,在石油储量丰富的地区,一直以来冲突不断,而且有外部势力的干预。
为了得到能源,保证经济这架大车的正常运转,不惜以战争为手段,以人民的生命为代价。
中国,作为世界上最大的发展中国家,对石油的依赖程度很高。
以2010年为例:海关总署公布的数据显示,2010年全年我国进口原油2.39亿吨,去年全年原油产量2亿吨,对外依存度逼近55%。
我国已经进入能源预警阶段。
根据国家能源局的报告,到2010年中国已成为世界第一大能源消费国。
其中,电力消费从2005年的2.5亿千瓦时增加到2010年的4.2亿千瓦时,年均增长11.1%;煤炭消费量从2005年的23.18亿吨增加到2010年的32亿吨,年均增长6.8%;石油消费从3.25亿吨增加到4.28亿吨,年均增长5.7%;天然气消费从468亿立方米增加到1090亿立方米,年均增长18.5%;非石化能源消费从1.6亿吨标准煤增加到2.6亿吨标准煤,年均增长10.1%。
“十二五”期间我困能源消费总量将增加8亿至1亿吨标准煤,年均增长4.8%至5.5%,到2015年能源消费总量达41亿至42.5亿吨标准煤。
从以上的数据,很容易看出,完全依靠煤炭!石油等常规能源,是无法满足未来社会经济发展对于能源需求的[1]。
另外一个方面,矿产能源在使用中产生的二氧化碳会造成温室效应;其它的废渣废气对环境造成了无法挽回的损失。
即使是这些能源本身泄漏都会对环境造成危害,如石油管道损坏造成的石油泄漏。
基于以上两个方而的原因,人类正在寻找更适合的能源。
希望能够逐步取代常规的矿产能源。
在填补现有能源不足的同时,也为保护环境做积极的改善。
目前所开发和利用的新能源主要有核能、风能、太阳能、潮汐能等。
太阳自动跟踪系统中光电传感器的设计
基于ZigBee的太阳自动跟踪系统设计
0 引 言
新能 源 的开 发 已成 为 我 国 “ 十二五” 规 划 的
重点 课题 , 得 到 了 广泛 的研 究 和应 用 。太 阳能 发
能充分 利用 太 阳光 照 , 解 决 了如何 降 低 系生 的 问题 , 并 可查看 太 阳光照信 息 , 提供 自动 6
手动 控制 2种方式 。 通过 时钟 控 制 和 光 电控 制 相 结 合 的 ? l
O O 38 4
马正 华 ( 1 9 6 男, 教授 , 研究 为嵌入 式应 用.
De s i g n o f So l a r Au t o - Tr a c k i n g S y s t e m Ba s e d o n Zi g Be e
MA Z h e n g h u a, GU Ba i y a n g, J I A O Z h u q i n g
低 压电器( 2 0 1 3 N o . 4 )
・ 分布式| {
基于 Z i g B e e的太 阳 自动 跟 踪 系统 设 计
马正华, 顾柏杨 , 焦竹青
( 常 州大 学 信 息科 学与工程 学 院 ,江 苏 常 州 2 1 3 1 6 4 )
摘 要:针对以单片机为控制 核心 的太 阳跟踪装置 , 提 出了一种基 于 Z i g B e e技术
关键词 : Z i g B e e ;无 线 通 信 ;自动 跟 踪 系统 ; CC 2 4 3 0 ; 群 集 控 制 中图 分 类 号 : T M 9 2 6 . 2 3 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1 0 0 1 — 5 5 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 4 一
电作为新能源计划的核心, 也 已被广泛应用于 日 常 生 活及 工 业 生 产 的 各 个 方 面 J 。 目前 , 大 规
基于单片机的高精度太阳能跟踪控制器
摘要随着以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将越来越适应可持续发展的需要,包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的重视。
利用洁净的太阳光能,以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有这十分广阔的应用前景。
本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。
该系统是以单片机为核心,利用太阳轨道公式进行太阳高度角及方位角计算,并利用计时芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统,使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线,从而提高太阳能的吸收效率。
目前本设计仅通过简单的计算公式得到的数据,对东西向进行每小时一次的角度改变,南北向进行每天一次的角度改变,再通过单片机的判断进行每晚的东西向回归控制以及每半年的南北向跟踪方向的改变控制。
由于时间及作者目前的知识限制,跟踪系统只是进行粗略的角度跟踪,有较大误差,今后如有机会再进行改进。
关键词:太阳能电池太阳照射角自动跟踪单片机步进电机AbstractWith the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgy-based energt strcucture has not already more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeing-up the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect.In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light - electricity conversion efficiency. The system is based on single-chip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dual-axis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy.At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the east-west to the point of view will be changed once an hour, the north-outh perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the north-south change in control.Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future.Keywords:solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically single-chip Stepping motor目录第一章绪论 (5)1.1背景和意义 (5)1.2太阳追踪系统的国内外研究现状 (5)1.2.1光电追踪 (6)1.2.2视日运动轨迹追踪 (6)1.3论文系统设计方案 (8)1.3.1机械运动实现方案 (8)1.3.2控制系统方案 (9)第二章跟踪系统的设计构想及框架 (10)2.1 跟踪系统的设计要求 (10)2.2 跟踪系统的组成 (10)2.1.1.太阳能采集装置 (11)2.1.2.转向机构 (11)2.1.3.控制部分 (11)2.1.4.贮能装置 (12)2.1.5.逆变器 (12)2.1.6.控制器 (13)2.3 太阳照射规律 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
一种新型开关磁阻电机驱动装置[实用新型专利]
专利名称:一种新型开关磁阻电机驱动装置专利类型:实用新型专利
发明人:李晓辉,田翰辰,丁金龙
申请号:CN202020838267.9
申请日:20200519
公开号:CN212305192U
公开日:
20210105
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型公开了一种新型开关磁阻电机驱动装置,包括机箱,所述机箱内部设有驱动板、散热器、功率器件、电容板和控制板,所述机箱内部依次安装有驱动板和电容板,所述电容板与驱动板相连接,所述驱动板、电容板和功率器件的上方覆盖安装有中板,所述中板的上表面设有控制板,所述机箱上表面的上部设有上盖板,此设置可便于散热风扇进行拆卸,使散热风扇便于定期清理、维修和更换,增强了装置的使用寿命,避免散热风扇损坏导致装置内部温度过高,使电元器件损坏,本装置结构简单,效果明显,便于控制,可推广使用。
申请人:北京达科轩传动技术有限公司
地址:100000 北京市通州区兴贸一街7号院1号楼1层101
国籍:CN
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太阳追踪系统设计论文
太阳追踪系统设计论文1阳光追踪控制方案1.1双轴阳光追踪装置数学模型装置采用高度角和方位角的全追踪方式,又称为地平坐标系双轴追踪。
工作平面的方位轴垂直于地平面,另一根轴与方位轴垂直,称为俯仰轴。
阳光追踪系统通过实时计算,求出装置所在地的太阳位置。
工作时工作平面根据太阳的视日运动计算结果绕方位轴转动改变方位角α,绕俯仰轴作俯仰运动改变工作台的倾斜角β,从而使工作平面始终与太阳光线垂直。
工作平面方位角α与太阳方位角A相等,倾斜角β与太阳高度角h互余,如图1所示,因此只要计算出太阳的方位角A和高度角h即可确定当前工作台应该保持的姿态。
这种追踪系统的特点是追踪精度高,而且工作台承载器件的重量保持在垂直轴所在的平面内,因此结构简单,易于加工制造。
1.2阳光追踪控制系统结构本系统机械本体具有两个自由度并具备自锁能力,可以调节安装在工作台上物体的位姿,以对准太阳高度角和方向角。
单片机根据时间及当地经纬度计算出此时当地的太阳位置,并产生脉冲信号给步进电机驱动器,控制步进电机进行相应动作,并通过电子罗盘HMC5883L和加速度计MPU6050进行检测反馈。
操作者可通过人机交互模块查看或改变系统的运行参数,如角度、时间、电机转速等信息。
1.3系统工作流程控制系统上电后,系统根据时间,判断太阳是否落山,是则进入待机状态;如没有,则自动进入对正模式,系统将根据时间及当地经纬度计算出的此时太阳高度角及方位角,并实时与MPU6050检测到的工作台倾角及HMC5883L 检测到的方位角比较求出角度差,转换成控制脉冲输出步进电机驱动器,使机构对正太阳方位,对正后等待一个设定时间,进行下一次对正。
2太阳角度计算及参数修正2.1太阳主要角度计算根据天文学及航海学中常采用的天球坐标系可以方便地对天体的运动进行观测及追踪。
通常的方法是在太阳与地球间建立天球赤道坐标系主要包括天轴PNPS、天赤道、以及天体时圈。
在观测者与太阳间建立天球地平坐标系包括测者天顶Z、天底Z¢、测者真地平圈、垂直圈、测者午圈,其中太阳在天体时圈和垂直圈的交点上,如图2所示。
基于COMS图像传感器的太阳自动跟踪控制器设计与实现
基于COMS图像传感器的太阳自动跟踪控制器设计与实现杜伟巍;邹丽新;尤金正;周同
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2010(33)11
【摘要】设计一种基于COMS图像传感器的太阳自动跟踪控制器,上位机通过MCC实现VC++与Matlab联合编程,实时控制图像传感器获取太阳光斑图像.经Matlab计算,得到太阳光斑质心坐标与图像中心坐标的偏差,转化为水平和俯仰的步进电机需调整的步数,进而实时调整平面镜跟踪装置,使太阳光斑始终在图像中心位置.实验结果表明,该装置实现了太阳自动跟踪的目的,具有较高的跟踪精度.
【总页数】4页(P125-128)
【作者】杜伟巍;邹丽新;尤金正;周同
【作者单位】苏州大学,物理科学与技术学院,江苏,苏州,215006;苏州大学,物理科学与技术学院,江苏,苏州,215006;苏州大学,物理科学与技术学院,江苏,苏州,215006;苏州大学,物理科学与技术学院,江苏,苏州,215006
【正文语种】中文
【中图分类】TK513.4
【相关文献】
1.基于一维机械跟踪定位系统的太阳自动跟踪器的设计与实现 [J], 刘冉冉;郑恩兴
2.基于VC的太阳光斑图像识别跟踪系统设计与实现 [J], 孙雷;孙庆苏
3.基于图像传感器的太阳光跟踪照射系统设计 [J], 宁铎;白崇辉
4.基于CAN总线太阳能电池自动跟踪控制器的设计 [J], 赵涛;周兵;薛晖;汤杰
5.基于单片机的太阳能自动跟踪控制器 [J], 于骁;朱明隆;苏旭磊
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太阳能跟踪控制器设计
太阳能跟踪控制器设计摘要:本文对太阳能跟踪系统进行了自动跟踪系统控制部分设计。
系统采用光电检测追踪实现对太阳光线的跟踪,从而提高太阳能的利用效率。
关键词:太阳能;跟踪;光敏电阻;单片机;步进电机中图分类号:tm615 文献标识码:a 文章编号:1674-7712 (2013)08-0000-01一、太阳能自动跟踪系统总体设计(一)光源检测方案的确定1.视日运动轨迹跟踪不论是采用极轴坐标系统还是地平坐标系统,太阳运行的位置变化都是可以预测的,通过数学上对太阳轨迹的预测可完成对日跟踪。
在设定跟踪地点和基准零点后,控制系统会按照太阳的地平坐标公式自动运算太阳的高度角和方位角。
然后控制系统根据太阳轨迹每分钟的角度变化发送驱动信号,实现跟踪装置两维转动的角度和方向变化。
在日落后,跟踪装置停止跟踪,按照原有跟踪路线返回到基准零点。
优点:精度高,不受环境因素影响,但是不同地区需要设置不同的初始值,。
缺点:系统复杂,但是不同地区需要设置不同的初始值,太过于复杂。
2.光电跟踪光线在同种均匀介质中沿直线传播,不能穿过不透明物体而形成的较暗区域,形成的投影就是常说的影子,地球每天不停的自转,同时它要围绕太阳作公转,因此,地球和太阳的相对位置是在不停的变化,太阳光照射在地球上的影子也随之变化。
因此,如果在地球上的某个位置放置一个不同透光的物体,那么,这个物体在太阳光的照射下就会产生影子,而这个影子的长度也会随太阳和地球空间位置的相对变化而产生变化。
我们将影子的变化转换为电压的变化,并且通过调节机械部分来调节影子的变化从而达到调节电压的变化达到我们的目的,这样也可以构成一个闭环系统。
这样一来我们就考虑用光敏行性器件来检测太阳的变化从而实现光电跟踪。
优点:成本低,思路简单,容易实现。
缺点:容易受阴天雨天的影响。
3.采集传感器的选择方案一:采用光敏电阻作为轨迹的采集器件。
光敏电阻的值能随光强的变化而变化,光敏电阻的测量灵敏度较高。
开关磁阻电机系统使用说明
开关磁阻电动机调速系统 用户手册
淄博凯隆电气有限公司
Zibo Kailong Electricity Co.,Ltd.
前言 感谢您使用凯隆电气公司 CD 系列开关磁阻电动机调速系统。CD 系列调速系统是作为控制装置安装在标准箱体内而设计的。控制器使 用 220V、380V、660V、1140V 标准交流电源,在使用 CD 系列之前 请仔细阅读使用手册,正确使用该控制器。 此使用手册交给最终用户妥善保管。
床等设备中可做为正点,反点端子使用),用户可在外部电路逻辑上与 ST、阳等运行端 子设置为互锁状态关系后使用。 起停:FR(转向端子)、(与 GD 短接,V2 端有效:与 GD 断开则 V1 端有效):ST(起 动)、与 GD 短接,电动机转动;分开则停转);GD(控制信号公用)、(控制信号地); RE(故障复位)、(与 GD 短接则故障复位)。 给定:+10V(设定用电源)、(+10V);V1(正向转速给定)、(与 GD 间加 0`+10V 给定 信号,电机正转,电压大小对应电机转速高低。可设定为双极性给定方式,参见图 8 说明); GD(控制信号公用)、(控制信号地);V2(反向转速给定)、(与 GD 间加 0"+10V 给定信号,电机反转,电压大小对应电机转速高低):-10V(设定电源)、(-10V)。 联锁:T11(联锁输入)、(与 GD 短接不允许起动;与 GD 断开允许起动);GD(控制 信号公用)、(控制信号地)。 功能:S0+、SO-(转速信号输出)、(对应电机,每转一转,S0+对应 SO 一输出 24 个 方波脉冲);D0+、DO-(转向信号输出)、(电机正转时 D0+、DO 一导通,电机反转时, D0+、DO 一关断);光藕输出,DC30V,5mA 以下。 OS(速度显示信号输出)、(输出出厂值 0"10V,输出电流 c20mA)。 OI(电流信号输出)、(输出出厂值为 0"1 OV,输出电流《20mA)。 报警:EOK(常开触头输出);EOG(触头输出公共);EOB(常闭触头输出)。通电后 控制器正常时,EOK 与 EOG 短路,EOB 与 EOG 断开,控制器故障时,EOK 与 EOG 断开,EOB 与 EOG 短路。 2.2.2 主回路接线 接线指导: ■主回路电源接线必须连接合适的保护开关。 ■主回路电源接线建议连接合适的进线电抗器。 ■电源电缆和输出电缆的接头必须镀锡。 2.2.3 控制回路接线 ■接线指导 1) GD 为输出信号的公共端,这些端子不要接地。
太阳双轴自动跟踪系统的设计
太阳双轴自动跟踪系统的设计宋雅茹;高振东【摘要】主要论述自动跟踪控制器的设计.该产品通过4个光电传感器自动检测太阳光的变化,通过开关电路实现双轴自动跟踪,夜晚自动返回到初始位置.控制器利用开关元器件设计,并采用分立元件电路,耗电量小、简单实用、成本低、抵御环境能力强.该产品通过运行,控制精度和功能满足设计要求.【期刊名称】《太阳能》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P30-33)【关键词】双轴自动跟踪;太阳能传感器;开关电路;抛物面;反射式聚光【作者】宋雅茹;高振东【作者单位】秦皇岛技师学院;秦皇岛技师学院【正文语种】中文0 引言太阳自动跟踪器主要用于太阳能光伏发电领域,它控制光伏组件阵列自动跟踪太阳运行,获得光伏发电所需最大的太阳日照量,提高光伏组件阵列的发电量。
这种自动跟踪系统的设计主要采用自动控制、机械和电子等相关技术。
从地面上看,太阳在一天之内从东到西环绕地球,只有在正午时才在南北向的水平面内,太阳光强在正午时达到最高,随着季节的不同,太阳光强的变化情况有所不同。
由于气候的影响,如云雾遮住太阳,都会影响太阳的光强。
太阳能光强的变化直接影响太阳能发电的发电量。
因此,太阳能发电采用自动跟踪器使太阳电池方阵跟踪太阳运行,随时做出相应的反应,使太阳光垂直照射在太阳电池板的受光面上。
自动跟踪系统分单轴跟踪和双轴跟踪。
单轴是指东西方向跟踪太阳运行,即一天内根据太阳方位角的不同来调节,采用单轴旋转;双轴跟踪是在单轴跟踪的基础上增加垂直方向跟踪太阳运行,即根据太阳高度角的变化来调节,有两个旋转轴。
图1给出了受光面不跟踪、单轴东西跟踪及双轴跟踪时年日照量的对比变化,并给出了年日照量与纬度的关系和受光面不跟踪时太阳能方阵与地面最佳倾角。
由图1可知,年总日照量最大值与纬度略有关系,即纬度增加而减小,在所示纬度范围内,这种变化较小。
在高纬度范围内,日照量将显著减小。
使用跟踪方法可大辐增加日照量。
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一种基于直线开关磁阻电机的太阳跟踪系统设计张宙1,赵世伟1,简伟铨2,孙振刚1,郭新展1(1. 香港理工大学电机工程系香港特别行政区红勘;2. ASM香港有限公司香港特别行政区荃湾)摘要:本文提出了一个采用直线开关磁阻电机作为伺服机构的新颖的太阳跟踪系统。
同时也提出了三种控制器配置方案以满足不同需要。
按照电磁和机械特性,该太阳跟踪系统可分解为一个电磁子系统和一个机械子系统。
整个系统的控制器采用级联控制结构,分别对这两个子系统设计控制器。
仿真结果表明了其建模方法和控制器设计的有效性。
关键词:直线开关磁阻电机;太阳跟踪;无传感器控制A Novel Solar Tracking System Design Based on LinearSwitched Reluctance MotorNorbert C. Cheung1, Shi Wei Zhao1, Wai-Chuen Gan2, Zhen Gang Sun1 and San-Chin Kwok11. Department of Electrical Engineering, Hong Kong Polytechnic University, Hunghom, Kowloon, Hong Kong SAR2. ASM Assembly Automation Hong Kong Ltd., Kwai Chung, Hong Kong SARAbstract: A novel solar tracking scheme which adopts a Linear Switched Reluctance Motor (LSRM) as its servo actuator, is proposed in this paper. Three control schemes are designed for different requirements. The solar tracking system is divided into an electromagnetic subsystem and a mechanical subsystem, which are corresponding to the electromagnetic behaviors and the mechanical movement, respectively. The system controller has a cascaded structure and two different controllers are designed for the two subsystems. Simulation results demonstrate the effectiveness of the modeling and the control scheme.Key Words: Linear Switched Reluctance Motor, Solar Tracking and Sensorless Control.1 I NTRODUCTIONIn renewable energy generation, photovoltaic (PV) systems play an important role since it acts as an alternative approach to employ solar energy and improve the system reliability with wind power generation. Owing to the rapid development of PV cells and the continuous drop on its price, the application of PV systems increases constantly in recent years. In order to obtain solar energy as much as possible, the study of the efficiency for PV systems has attracted many researchers’ and engineers’ attention. In general, there are three methods to increase the efficiency of PV systems [1]. The first method is to increase the generation efficiency of solar cells; the second one is related to the energy conversion system included Maximum Power Point Tracking (MPPT) control algorithms [2 and 3]; and the third approach is to adopt solar tracking system to obtain maximum solar energy input from the sun [4]. In a solar tracking system, DC motors are usually used to operate solar tracking system but it is expensive to maintain and repair.A novel solar tracking scheme which adopts a Linear Switched Reluctance Motor (LSRM) as its servo actuator, is proposed in this paper. An LSRM has a simple and rugged structure; it is reliable and low in cost. Moreover, it is capable of operating in harsh environments. Three control schemes are designed for different requirements and will be discussed in the subsequent sections.2 S YSTEM CONSTRUCTIONS AND MODELINGThe proposed solar tracking system uses a three-phase LSRM as its actuator to drive the moving parts. The design schematic of the system is shown in Figure 1. A set of three-phase coils with the same dimensions is tightly fixed on the bottom of the motor. The three phase windings are separated 120 electrical degrees from each other. The moving platform is mounted on four wheels whose bearings are also supported on the bottom. Two linear guides are located between the moving platform and the wheels. Thisrugged mechanical structure can effectively buffer extended vibration during its operation. The stator track and the core of the windings are laminated with 0.5mm silicon-steel plates, by means of which the motor manufacture can be simplified and the total cost is reduced greatly [5]. A linear position sensor is integrated in the LSRM system to observe the motion profile and provides the feedback position information.The PV cell arrays are linked to the gears which can be driven by the moving platform. The position of the sun is represented by using the angle A as shown in Figure 1. Also, the sun position can be translated to a displacement of the LSRM by multiple the A with its rotary radius L . Hence, the PV cell arrays can track thesun by properly operating the LSRM.Fig.1 The design schematic of linear switched reluctance motor based solar tracking systemThe dynamic behavior of the whole system can be determined by Kirchhoff’s Law on the voltage balance of individual phase coil, and by Newton’s Law on the motor’s mechanical motion. The equations of LSRM can be expressed as voltage equation (1) and mechanical equation (2). Since the flux linkage is a function of the current and position, the voltage equation can be further expressed as in (3), in which the second term on the right hand side corresponds to the voltage drop resulted by the current change and the third term corresponds to the one resulted by the position change.,,,j j j j d V r i j a b c dtλ=+=. (1)22e d x dxf M B dt dt=+. (2),,,j j jj j j j di dx V r i j a b c x dt i dtλλ∂∂=++=∂∂. (3)V j is the applied voltage to phase j, i j is the corresponding current, r j is the resistance and λj is its flux linkage; f e is the electromechanical force produced, xis the displacement of the moving platform, M and B are the mass of the moving platform and the system friction constant respectively.The connection between the two equations is the force producing function, by which the energy of the system is transferred from electromagnetic form to mechanical form. The total electromechanical force is the sum of the individual electromechanical force, as in (4). The force f j produced by phase j is determined by differentiating the co-energy function with respect to position as (5) [6]. The force produced is a nonlinear function of the position and phase current. Also, it can be seen that the force is a nonlinear function even though the magnetic circuit operates in its linear region, in which the phase force produced can be rewritten as (6). Here L j is, named phase inductance, the ratio of the phase flux linkage by its current. The highly nonlinear characteristics of the driving system, therefore, are due to its nonlinear flux behavior and the mechanism of force origination.ce j j af f ==∑. (4)0ji j j j f di xλ∂=∂∫. (5) 212j j j dL f i dx=. (6) The response time of the electromagnetic behavior and mechanical motion are quite different. This is justified for our test setup since we can achieve the current loop bandwidth up to kHz while the output mechanical bandwidth is in the order of ten Hz [5]. Depended on the fact, the two-time-scale analysis is applied to model and design the driving system. The whole driving system is divided into two subsystems with different time scale named as fast and slow subsystem. In accord with the test results, the fast subsystem describes the electromagnetic behaviors of the coils while the slow subsystem corresponds to its mechanical motion. In this framework, the fast subsystem is considered by the treatment of the variables of slow subsystem as invariable. And it is also reasonable to describe the slow subsystem as the variables of the fast subsystem in their steady states. For a trajectory control system, the slow subsystem is a second-order differential equation (2) from the input of total force to the output of position. The fast subsystem is a first-order differential equation (3) for current control. Through this analysis, the complicated driving system can be divided into two tractable reduced-order subsystems and it is possible to design controllers to each subsystem respectively.LSRM can be operated under open-loop mode as a stepper motor or close-loop mode as a servo motor. In servo mode, LSRM requires to be driven continuously. Hence, commutation is one of the essential tasks for a LSRM control for this operate mode. The desired force performance of a LSRM is always carried out by the synchronous commutation with its current position. Commutation, however, would bring problems of force ripples. To obtain smooth output force, a force sharing strategy can be applied.For any given position, the phases of positive force produced and the phases of negative force produced can be represented by two sets as follows,(){:0}j L x j x+∂Θ=≥∂ and (){:0}j L x j x−∂Θ=<∂.The force sharing strategy can be performed by aforce distribution function (FDF)0,(,),0,cd d d j j a d f j FDF x f f w f j +−=⎧≥∈Θ⎪=⎨<∈Θ⎪⎩∑where f d is the desired total force and w j is the weight of force for each phase. The selection of weight depends on the various force sharing strategies for different design purposes, but any force sharing strategy should satisfy that the sum of each weight should be 1.3 C ONTROL STRATEGIESAccording to the movement of the sun, the solar tracking system is a relative slow tracking application. On the other hand, the LSRM can be operated under different modes due to its construction characteristics. The controller of the solar tracking system, therefore, can take three schemes for different requirements as follows. A) Open-loop schemeIn this scheme, the LSRM is controlled under its open-loop mode as a stepper motor. This control scheme does not require linear position sensors for feedback and is simple to implement. The position precision of the control scheme is basically up to the step distance of the LSRM. Hence, this configuration scheme is suitable for low cost and common precision situations. B) Servo schemeAlso, the LSRM can be controlled under a close-loop mode as a servo motor. In servo scheme, a linear position sensor is required to provide feedback information. The control precision of this scheme usually can achieve rather high and depends on the sensor precision and control algorithm. Hence, the configuration scheme is suitable for high precision but high cost applications. C) Sensorless schemeAs a trade-off, the solar tracking system can be operated in a sensorless scheme. In this control scheme, the position information is estimated online and the controller adopts a close-loop format. This scheme can achieve relative high control precision over the open-loop scheme and the cost of the whole equipment can be lower than that of the servo scheme.In this paper, the tracking system adopts a cascadedcontrol structure. Two controllers are designed for the electromagnetic subsystem and mechanical subsystem corresponded to current control and position control,respectively. The two control subsystems are linked by the applied FDF. The block diagram of the whole driving system is shown as Figure 2. In the cascaded control system, the inner loop is for current control with fast variables and the outer loop is for the position control with slow variables.Fig.2 Block diagram for the structure of whole control systemFor each phase coil, the relationship from terminal voltage to phase current can be represented as (7) by the rearrangement of (3). R j is treated as a generalized resistor. The dynamic behavior of the electromagnetic subsystem, therefore, can be approximated as a first-order differential equation. As the inner loop, it can be easily regulated by a proportional controller to guarantee both stability and quick response.,j j jj j j j j di dL L V R i R r dtdt=−=+. (7)1()()G s Ms B s=+. (8)Notice that if inner loop is to impose perfect current tracking, the mechanical motion can be equivalently represented as a second-order system (8). The gain from the input of desired force to the actual output force varies in a small region, the controller should be designed carefully to keep safe margin for the stability and dynamic performances of the whole driving system. For this system, a simple proportional-differential (PD) controller is sufficient for the position tracking as (9) and its closed loop transfer function is given by (10).()p d C s K K s =+. (9)*2()()()p d d pK K s X s X s Ms K B s K +=+++. (10) where K p and K d are proportional gain and differential gain of the controller, respectively. Under the PD control, the system stability and high performance can be achieved by adjusting its controller parameters.4 S IMULATION RESULTSIn this section, we illustrate the performance of the proposed models and control algorithm by simulation results. The simulations are achieved with the MATLAB software package. The parameters of the LSRM system employed in the simulations are listed in the Table 1 and the applied FDF is chosen as in Table 2 [5].Table 1 The main parameters of LSRMPole width6mm Pole pitch12mm Phase separation 10mm Winding length 30mm Wind width 25mm Air gap width 0.5mm Phase resistance 2.5Ω Aligned inductance 19.2mH Unaligned inductance 11.5mH Mass of the moving platform 5Kg Friction constant0.08N*s*m -1Time (sec)D i s p l a c e m e n t (m m )Time (sec)F o r c e c o m m a n d (N )Fig.3 Simulation: step response and control signal waveformFigure 3 shows the simulation results on the response and control signal waveform by using the PD controller for a step tracking. It is clear that the system tracks the reference with good dynamical characteristics.Time (sec)C u r r e n t o f p h a s e A (A )Time (sec)C u r r e n t o f p h a s e B (A )Time (sec)C u r r e n t p f p h a s e C (A )Fig.4 Simulation: phase current waveforms for a step trackingTable 2 Force distribution function (FDF) schemePosition + force command - force command 0mm-2mm f B =f xf C =0.5(2-x)f x , f A =0.5xf x 2mm-4mm f B =0.5(4-x)f x , f C =0.5(x-2)f x f A =f x4mm-6mm f C =f x f A =0.5(6-x)f x , f B =0.5(x-4)f x 6mm-8mm f C =0.5(8-x)f x , f A =0.5(x-6)f x f B =f x8mm-10mm f A =f x f B =0.5(10-x)f x , f C =0.5(x-8)f x 10mm-12mmf A =0.5(12-x)f x , f B =0.5(x-10)f xf C =f xFigure 4 shows the three phase currents in the case of the step position tracking. Notice that all the phasecurrents are switched on and switched off continuously to perform the desired force. It is also can be seen that the phase currents have quickly response and can be switched in a very short interval. This demonstrates the effectiveness of the modeling and controller design.5 C ONCLUSIONSIn this paper, a novel solar tracking system is proposed based on an LSRM. In addition, three controlschemes are provided for different situations. The wholetracking system is modeled as two subsystems with different time characteristics. According to the applied system model, the system controller adopts a cascaded structure. The simulation results demonstrate that the system design is effective.A CKNOWLEDGEMENTThe work described in this paper was fully supported by a grant from the Research Grants Council of the Hong Kong Special Administrative Region, China(PolyU 5224/04E).R EFERENCES[1] PIAO Z G, PARK J M, KIM J H, CHO G B, BAEK H L.A study on the tracking photovoltaic system by program type [C] // Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines and Systems , Nan Jing, China: IEEE Press, 2005, 2: 971-973.[2] JAIN S, AGARWAL V. 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