本发明专利技术公开了一种定日镜跟踪控制装置，包括主控制器和闭环跟踪传感器，主控制器包括ＤＳＰ控制电路、ＲＴＣ实时时钟、数字信号输入输出单元、模拟信号输入单元、信号放大电路、人机界面装置和显示装置、看门狗电路、异步电机、一路串口通信接口与监控计算机通信、一路串口通信接口与方位角和高度角编码器通信。本发明专利技术还公开了定日镜跟踪控制方法，该方法采用开、闭环结合控制，开环粗略计算调整定日镜的位置，闭环校正，消除累积误差，直到精准跟踪。本发明专利技术的优点：不会出现累积误差，也不会因阴雨多云天气导致跟踪系统的失效。系统在控制周期内采用组合式控制算法，达到了定日镜的精准跟踪。跟踪反应速度，功耗和成本低，形成模块化结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能热利用中的高精度跟踪控制领域，具体涉及太阳能塔式热 发电站中，众多定日镜实时跟踪控制装置和控制方法。技术背景定日镜是塔式太阳能热发电站的重要组成部分，用于跟踪并反射太阳光线进 入位于接收塔顶部的集热器内，主要由镜面(反射镜)、镜架(支撑结构)、跟踪传 动机构及其控制系统等组成。目前定日镜跟踪传动机构大多采用谐波机构，而常见的跟踪控制系统，按照 被控制量对控制量是否存在着反馈可分为开环、闭环和开闭环混合控制方式。开 环控制是采用太阳运行规律、定日镜所在的位置(经纬度)、集热器的位置以及 和定日镜的距离关系等，计算定日镜的控制方向，此类控制的缺点是由于机械加 工精度和执行机构等原因会存在累积误差，误差较大，需要定期校正，优点是费 用低、控制简单；闭环控制是采用光电跟踪传感器检测太阳光的位置，从而控制 执行机构运动，达到准确聚集太阳能的效果，这种控制的优点是控制精度较高， 致命的缺点是当多云或阴雨天时，感光元件在稍长时间段接受不到太阳光，导致 跟踪系统的失效，甚至引起执行机构的误操作。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术提供一种定日镜跟踪控制装置用于精确跟踪太阳，实时准 确的将太阳光反射到集热器。本专利技术的另一目的就是提供一种定日镜跟踪控制方法。技术方案本专利技术所述的定日镜跟踪控制方法，包括采用开、闭环结合的控 制方式，开环粗略计算调整定日镜的位置，闭环校正，消除累积误差，直到精准 跟踪，实现一个控制周期。鉴于定日镜所采用的谐波传动机构，其具有随速度波动和低阻尼的特点，并 且传动机构在一定范围内运行时，运行速度和位置轨迹曲线具有明显的不规则形 状，曲线精细结构为一维光滑流形。在控制周期区域内轨迹片断不重复，片断之 间具有明显的"自相似性"。故系统在控制周期内采用了组合式的控制算法，在闭环粗调时采用增量式数字PID算法，闭环精调时利用分形修正的PID算法。对于在实际获得应用的分形， 一个很重要的性质是它的自相似性。对于分形曲线，该性质可以表示为<formula>formula see original document page 5</formula> (1)其中Z)(M)为分形曲线的长度，A为度量时使用的单位长度，r为尺度因子(OSr^l)，FD为曲线的分维数，式(l)的解为<formula>formula see original document page 5</formula> a为比例系数，其可表示为-<formula>formula see original document page 5</formula>(3)其中A,，么2表示不同大小测量尺度，D(A》表示对应尺度下测量 得到的曲线长度。由此可看出，比例系数a表示几何度量随度量尺度的变化率特 征。对于一个给定的理想分形曲线，该系数为一常数，但如果在分形曲面中嵌入 一个非分形的对象(例如谐波减速器齿轮间引起的非线性波动)，则比例系数 a将不再是常数，而是一个随非分形对象出现的变化量。它的变化反映了实际转 速/转角与电机驱动力之间相背离的程度。式(3)中分形维数FD是未知参数， 下面根据函数网格分形得到FD。信号短时分形分析常用于语音信号滤波处理的 一种常用网格分形方法，这里将其应用于机电控制系统的设计中。取 A2=2A1=2A。对于反馈信号的采样序列A， Z-0，l，…,iV，令<formula>formula see original document page 5</formula> 其中A表示采样间隔，N(A)及N(2A)分别表示用A和2A正方形网络覆盖 釆样信号所需要的格子数。由网格维数的定义，信号短时分形维数为<formula>formula see original document page 5</formula>短时分形维数动态地表达了信号在不同时段内的波动程度(即结构噪声水 平)。在式(3)中，参数a根据式(7)确定的分维数、也就是根据输入信号中结构 噪声大小动态地调整，即a应具有自适应能力。因此，采用信号的短时分形维数 作为特征来控制a参数，并用a参数构造的修正函数f(a)校正PWM输出值，就 能使基于PID算法的控制器具有一定的自适应能力，从而有效地克服结构噪声， 提高控制装置控制精度。本专利技术所述的定日镜跟踪控制装置，由主控制器和闭环跟踪传感器两部分组 成。主控制器包括DSP控制电路、RTC实时时钟、数字信号输入输出单元、模 拟信号输入单元、信号放大电路、外部存储器、人机界面装置和显示装置、看门 狗电路、异步电机、 一路串口通信接口与监控计算机通信， 一路串口通信接口与 方位角和高度角编码器通信。所述的DSP控制电路分别与所述的数字信号输入输出单元、模拟信号输入单 元、外部存储器、人机界面装置和显示装置、看门狗电路、RTC实时时钟以及两 路串口通信接口相连接。所述的监控计算机通过光电隔离RS485接口与DSP控制电路相连，完成各种 控制命令的发送，包括定日镜返回原点命令、翻转命令、等待点跟踪命令、接受 耙跟踪命令和实时状态査询命令等，并实现计算太阳光线高度角和方位角的功 能。所述的闭环跟踪传感器将入射的太阳光信号转换成电信号，通过信号放大电 路放大电信号，经过模拟信号输入单元，由DSP控制电路采集。所述的异步电机分为高度角和方位角电机，由DSP控制电路发送控制脉冲， 驱动异步电机正转、反转、停机。所述的串口通信接口为RS232、 RS485、 RS422或RS423。所述的人机界面装置为键盘或触摸屏。所述的显示装置为LCD或显示器，所述的外部存储器为Flash或SRAM。 所述的看门狗电路防止装置程序跑飞、死机。.本专利技术采用双轴跟踪控制，控制定日镜方位角和高度角方向的转动。由于太 阳的相对运动，当太阳入射光产生偏离误差超过容许值时，监控计算机根据太阳 运行规律和定日镜经纬度等计算入射太阳光方位角和高度角，并发送至DSP控制 器，DSP控制器通过程序计算得到定日镜在方位角和高度角方向转动的角度，控制装置输出控制脉冲，驱动异步电机按设定的方向、位置转动，再通过编码器不 断获取定日镜高度、方位角度值，达到预定位置，实现开环控制。闭环跟踪传感 器在定日镜开环控制预定位置附近进行精确定位，实现闭环跟踪。当太阳入射光 的偏离误差消除后，控制器控制异步电机停止转动，完成一个控制周期。当下一 次太阳入射光偏离误差产生时，重复以上的控制过程。.有益效果本专利技术与现有技术相比，具有以下显著优点1、结合了开、闭 环控制的优点，即不会出现累积误差，也不会因阴雨多云天气导致跟踪系统的失 效。2、鉴于定日镜的谐波传动机构具有的特点，在控制周期内采用组合式控制 算法，达到了定日镜的精确跟踪，跟踪精度小于3. 5mrad，超调量小于3. 5%。 3、 采用DSP作为处理器，由于其强大的数据运算能力和极高的运算速度，为组合式 控制算法以及其它复杂算法提供了平台，提高了跟踪和反应速度。4、功耗和成 本低，形成模块化结构，利于商业化。 附图说明图1为本专利技术控制原理图。图2为本专利技术方法跟踪理想曲线图。图3为本专利技术实施例1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定日镜跟踪控制装置，其特征是它包括主控制器和闭环跟踪传感器，主控制器包括ＤＳＰ控制电路、ＲＴＣ实时时钟、数字信号输入输出单元、模拟信号输入单元、信号放大电路、人机界面装置和显示装置、看门狗电路、异步电机、一路串口通信接口与监控计算机通信、一路串口通信接口与方位角和高度角编码器通信；所述的ＤＳＰ控制电路分别与所述的数字信号输入输出单元、模拟信号输入单元、外部存储器、人机界面装置和显示装置、看门狗电路、ＲＴＣ实时时钟以及两路串口通信接口相连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钱艳平，郭铁铮，刘德有，陈强，卞新高，潘文霞，郭苏，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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