太阳能追日跟踪系统开题报告(2)
的运行更加稳定、可靠，进而提高太阳能利用的效率。
首先设计系统工作流程：当上电开机后，第一步判断GPS工作是否正常，天文数据是否有效，以及是否符合太阳能发电的条件。如果不正常，系统必须等待GPS工作一切正常；当GPS工作正常，同时满足发电条件，则以GPS提供的数据对系统初始化，将太阳能电池板调整到位。然后采用光电追踪模式进行测控。调整周期设定为15秒，每次先读取光电传感数据，然后调整太阳能电池板的水平角和俯仰角。当系统处于停机休眠期，监控系统将太阳能电池板复位，为次日追日做好准备。
3.3 本课题的难点
太阳光线智能控制跟踪装置需要满足以下要求：
(1)方位角跟踪范围：0~200度；高度角跟踪范围：0～90度。同时要避免极限位置锁死，不跟踪时装置具有锁紧功能。
(2)为防止跟踪角加速度过大，引起附加载荷过大，取平均跟踪角速度为0．2度／s。
(3)跟踪精度为±1度。太阳的平均角速度为0．25度／min，即每隔4 min太阳能电池板与太阳光线就有1度的偏差。因此，最多每隔4 min就要调整一次太阳能电池板的角度。
(4)跟踪能耗不能超过1 W 。
(5)装置的刚度和强度能满足该装置最大抗风150 km／h的要求，可实现9级风自动放平功能。
(6)在满足以上性能的同时，尽量简化结构和加工工艺，进一步提高技术经济性，降低成本 [3]
4 解决问题的方法、手段、措施等
4.1 拟采取的方法和技术
4.1.1跟踪方案的比较选择
目前国内外采用的跟踪太阳的方法有很多，但不外乎三种方式: (1)视日运动轨迹跟踪；(2)光电跟踪；(3)视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合。下面就这三种跟踪方案做一个简要的介绍和比较。
（1）视日运动轨迹跟踪[4]
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。
太阳跟踪装置采用地平坐标系较为直观方便，操作性强，但也存在轨迹坐标计算没有具体公式可用的问题。而在赤道坐标系中赤纬角和时角在日地相对运动中任何时刻的具体值却严格已知，同时赤道坐标系和地平坐标系都与地球运动密切相关，于是通过天文三角形之间的关系式可以得到太阳和观测者位置之间的关系。
根据太阳轨迹算法的分析，太阳轨迹位置由观测点的地理位置和标准时间来确定。在应用中，全球定位系统(GPS)可为系统提供精度很高的地理经纬度和当地时间，控制系统则根据提供的地理、时间参数来确定即时的太阳位置，以保证系统的准确定位和跟踪的高准确性和高可靠性。
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，实现跟踪装置两文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。
参考目前世界通用的算法，涉及到赤纬角和时角的大致有二种算法:算法l，采用中国国家气象局气象辐射观测方法；算法2，采用世界气象组织气象和观测方法。
由此可以看出，该种跟踪方案不论采取何种算法，算法过程都十分复杂，计算量的增大会增加控制系统的成本。而且这种跟踪装置为开环系统，无角度反馈值做比较，因而为了达到高精度跟踪的要求，不仅对机械结构的加工水平有较严格的要求，而且与仪器的安装是否正确关系极为密切。工程生产中必须要求机械结构加工精度足够高。初始化安装时，仪器的中心南北线与观测点的地理南北线要求重合。同时，还要通过仪器底部的水平准直仪将底面调节到与地面保持水平，使仪器的高度角零点处于地面水平面内。
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