基于单片机的太阳跟踪控制系统设计

传统的太阳跟踪方式多采用光电跟踪或视日运动轨迹跟踪控制方式,存在着跟踪精度低、有累积误差等缺点。为了改进对太阳的跟踪精度和消除累积误差,提高太阳能的利用率,设计了一种基于Atmega16单片机为控制核心的跟踪控制系统,采用光电跟踪和视日运动轨迹跟踪互补的控制方式。在跟踪策略上,晴天采用光电跟踪,阴天采用视日运动轨迹跟踪,实现了全方位、高精度、全天候的实时精准跟踪。试验结果表明,该控制系统工作性能稳定,实现了实时精确的太阳跟踪。

一种新型单轴太阳跟踪方式

针对单轴跟踪精度较低的问题,提出一种新型单轴跟踪方式,采用"斜面+楔形体+转轴"的几何构造,只用一个转轴即可最大程度接近双轴跟踪的效果。通过几何关系推导出新型单轴跟踪方式的数学表达式,结合晴天太阳辐射模型进行仿真分析,与传统单轴跟踪方式进行对比。以北京地区为例,新型单轴跟踪方式接收的年辐射量相比传统单轴跟踪方式有一定程度的提高,比水平单轴跟踪方式提高22.7%。最后还证明,在其他纬度新型单轴跟踪方式仍优于传统单轴跟踪方式,其接收年辐射量可达到双轴跟踪的97%~99%。

跟踪式CPC热管真空管集热器聚光及集热特性

将曲柄连杆单轴跟踪技术与CPC（复合抛物面聚光器）热管真空管太阳集热器集成，研制一套聚光比为2．3的跟踪式CPC集热器。基于TracePro光学软件模拟其跟踪模式下的聚光行为，并对不同跟踪模式下的集热特性进行实验研究。模拟得到横向投影角θ。是影响CPC集热器光学性能的主要因素，0．为-23．5°-23．5°时，入射角修正因子（IAM）达到0．95～1．14；跟踪可有效缩小θ，将光学效率提高30％以上；采用三点式间歇跟踪即可获得高于60％的光学效率。实测集热效率分布和光学效率模拟值趋势一致，系统跟踪时高效集热时间为固定式的2．7倍，平均集热效率达到固定式的2．1倍。集热效率归一化线性良好，效率截距为52％，和光学效率模拟值偏差小于12％，佐证了模拟分析结果。

太阳能电池板自动追光系统研究

为提高太阳能的利用率,设计了一套以STC89C52单片机为控制核心的自动追光系统。系统采用光电追踪和视日运动轨迹追踪相结合的方法,通过阴晴检测电路判断晴天或阴天。晴天时利用光电传感器采集的光强偏差控制步进电机,实现光电追踪;阴天时采集时钟芯片信息利用Spencer算法计算当时当地的太阳高度角和方位角,驱动步进电机,实现视日运动轨迹追踪。实验表明,该追光系统能在不同天气状况下对太阳进行较准确追踪,能量接收效率明显提高,达到了充分利用太阳能的目的。

基于PLC的追日控制系统设计与效率分析

提出一种经济型太阳能光伏发电追日跟踪系统的设计,设计了"日出启动"及"日落夜返"的新控制模式,并将实测发电数据与固定式发电系统进行对比分析,为大型光伏发电企业采用此系统提供了可行性依据。经运行验证,系统运行稳定可靠,安全经济,控制灵活,设计的新控制模式可提高太阳能光伏发电新能源企业的生产效益。

基于C8051F020的太阳能聚光伺服跟踪系统

以单片机C8051F020为核心,设计出一套自动使太阳能聚光板保持与太阳光垂直的聚光伺服跟踪控制系统。在晴天检测时能自动跟踪太阳,在阴天时能自动引用晴天时的位置。该跟踪系统控制精度高,具有智能化、柔性化的特点,实现了精确跟踪太阳的效果,达到提高利用效率的目的。

跟踪式CPC热管真空管太阳能集热器性能研究

将复合抛物面聚光器(CPC)及跟踪技术通过简单的曲柄连杆机构与热管真空管集热器集成,研制了1套聚光比为2.3的跟踪式CPC热管真空管太阳能集热器。对该集热器在固定、间歇和连续跟踪3种模式下进行了集热性能测试,分析了跟踪方式对延长集热时间和改善集热效率的影响,对集热效率进行了拟合和归一化分析。研究结果表明:跟踪模式下集热器高效集热时间为6h,是固定模式的2倍;采用间歇跟踪即可有效提高集热性能;跟踪模式下的日平均集热效率达到45%,比固定式提高约16%。集热效率归一化拟合回归系数均大于0.936,拟合过程可信。

基于正态截断模型的被动传感器目标跟踪算法

被动传感器只能获得目标的角度信息而无法获得位置信息,因此单被动传感器对目标进行跟踪时难以满足可观测性条件。对单被动传感器高斯-厄米特滤波的量测模型进行扩维,建立了多被动传感器高斯-厄米特滤波模型。由于Singer模型只适用于匀速和匀加速范围内的目标运动,对于强烈的机动将引起较大的模型误差。而正态截断模型本质上是非零均值时间相关模型,能够更加真实地反映目标机动泛围和强度的变化,是目前较好的实用模型。文中基于正态截断模型提出了只有角度量测的双被动传感器高斯-厄密特机动目标跟踪算法,仿真结果表明,该方法能够对机动目标进行稳定的跟踪。

空间站对日定向装置半物理试验台关键技术

为有效模拟空间站对日定向装置驱动性能受柔性太阳翼的扰动,验证对日定向装置驱动控制性能,采用半物理试验技术对对日定向装置进行地面试验考核。设计超高刚度及运动误差无附加力自适应的半物理试验台,对支撑连接机构和加载单元进行有限元分析与刚度测试;建立大尺度柔性太阳翼的动力学模型,并采用Wilson θ法进行动力学模型的实时数值求解;运用跟踪微分法对对日定向装置低速运行下的角速度和角加速度进行估计;最后通过对半物理试验台的响应精度、加载有效性进行仿真和试验考核,结果表明试验台加载力矩幅值为0～85 Nm、频率为0.01～3 Hz时,绝对精度优于0.85 Nm,相对精度优于1%,从而验证了半物理试验台对太阳翼扰动载荷模拟的真实有效性,可实现对日定向装置的性能测试。

太阳能电池板自动追光控制系统设计

为实现太阳能供电,介绍了一种太阳自动追踪系统.该系统采用视日运动跟踪与寻求最大功率点相结合的方法,控制太阳能转换利用装置自动旋转去对准太阳,能有效提高太阳能的吸收率.该系统采用单片机作为控制器,小型太阳能电池作为传感器,步进电机作为执行机构.对于各种利用太阳能作为能源的自动装置而言,这种自动追踪系统具有一定的实用价值.

双轴跟踪光伏阵列的日地天文理论仿真实现

固定倾角的传统安装方式导致光伏阵列输出效率较低。根据日地天文理论,仿真太阳和地球间的运动,分析一小时、一天、一个月以及一年等不同时间范围内的太阳高度角和方位角的变化规律,仿真结果表明在不同时刻,日地间的高度角、时角、方位角等都处于变化当中,即传统的固定倾角的安装方式不能有效跟踪太阳运动,如将日地天文理论应用于光伏阵列的双轴跟踪,可以有效地提高光伏阵列的输出效率。

太阳能自动跟踪系统研究

太阳能发电具有干净、不会威胁人类和破坏环境的优点,提高太阳能板发电效率成为当今研究的热点;以单片机为控制核心,读取GPS的经纬度和当地时间等信息,根据视日运动轨迹模型精确解算太阳方位角和高度角,发送相应脉冲驱动步进电机,经过减速器减速实现对太阳能板的姿态调整,从而实现对太阳光的精确跟踪;安装于太阳能板上的姿态传感器可以将姿态信息反馈给控制器从而实现闭环控制,进一步提高了系统的精度,安装的风速传感器使太阳能跟踪器具有抗风性能;实验表明,太阳跟踪器可有效跟踪太阳角,跟踪精度可达到2°左右,大大提高了太阳能板的发电效率,具有很好的应用前景。

一种槽式聚光器追日误差补偿方法

为了消除槽式聚光器回转轴位置偏差对太阳跟踪精度产生的影响,以南北布置的槽式聚光器为例,通过分析槽式聚光器回转轴在安装时或长期工作之后产生的位置偏离,建立回转轴偏离理想位置的数学模型,推导出太阳相对回转轴的高度角和方位角计算公式,进而对回转轴偏离产生的误差进行补偿。算法适用于任意方向布置的槽式聚光器的跟踪角度计算。

基于嵌入式的太阳自动跟踪系统设计

随着近年来太阳能光伏发电技术的发展,高精度太阳位置跟踪技术越来越重要。但是一般传感器在保证了高精度情况下往往忽略了跟踪范围因素,导致传感器经常出现因跟踪范围小而搜索不到太阳的情况。为了保证光电传感器在跟踪范围、跟踪精度等方面同时达到要求,提出了一种基于S3C2410开发板为控制核心的跟踪控制系统设计方法,采用光电跟踪和视日运动轨迹跟踪互补的光筒式传感器结构。该系统使用数据库记录晴天情况下每天的太阳运动轨迹,更加有效地提高对太阳能的收集和利用的效率并能扩大对太阳的跟踪范围,有较好的应用前景。

头部屈伸角度对正常青年人静态坐位平衡的影响

目的探索头部不同屈伸角度对正常青年人静态坐位平衡功能的影响,获得使静态坐位平衡功能最好和最差的头部屈伸角度。方法选取34名健康在校大学生。受试者闭目,分别取头部中立位、前屈15°、前屈30°、前屈45°、后伸15°、后伸30°,测重心移动轨迹长度。结果重心移动轨迹长度的平均值由小到大依次为:前屈30°、中立位、前屈15°、前屈45°、后伸15°、后伸30°;其中头部前屈30°、中立位、前屈15°时的重心移动轨迹长度均值之间无显著性差异。结论正常青年静态坐位平衡,以头部中立位-前屈30°之间最稳定,头部后伸30°时最差。

山区低太阳高度角遥感图像地形校正归一化模型的应用研究——以高黎贡山为例

由于山区地形起伏较大,引起的地形效应会使地物的光谱特征产生扭曲,对地表地物的识别与分类产生不利影响。地形校正是定量化遥感的前提,能够有效地提高目标地物识别与分类的精度,因此地形校正作为山区遥感图像预处理的重要步骤,对提高遥感应用的精度具有重要的作用。本研究利用二阶校正模型、地形均衡模型、坡度匹配模型3种归一化模型对高黎贡山南段低太阳高度角下的TM图像进行地形校正试验,对归一化模型在山区低太阳高度角遥感图像地形校正中的应用进行探讨。结果表明:在3种模型中,坡度匹配模型更适用于研究区低太阳高度角遥感图像的地形校正。

基于正弦和拟合的太阳光追踪算法研究

为解决太阳运动变化对其能量高效俘获作用影响的问题,提出了一种太阳运动轨迹追踪正弦和拟合算法.采用Matlab仿真工具对年份与系数的对应关系进行了拟合,估算出所有年份的赤纬角与时差.选取2014年~2023年为样本时间,通过对最大值、均值、均方根等3个误差参数进行定量分析,研究了正弦和拟合算法与传统算法的异同.仿真结果表明,对于赤纬角和时差的参量误差估算,最精准的传统算法的误差均值分别为0.106°和0.271 min,而正弦和拟合算法为0.008°和0.007 min,比较同一参量估算值,后者远小于前者;对于均方根误差,正弦和拟合算法稳定控制在10-3量级,比传统算法提高了两个数量级.试验结果表明,使用本算法的太阳能追光系统具有更佳的能量俘获效果.本文提出的算法有效地提高了太阳运动轨迹追踪精度,在太阳能高效俘获方面具有较高的实用价值.

太阳阵列天线伺服跟踪系统设计

高精度、全天候、高可靠性是太阳跟踪的典型要求。本文提出了在太阳跟踪过程中同时使用闭环跟踪与开环跟踪相结合的跟踪方法。该方法既克服了光电跟踪容易受天气条件影响的缺点,也解决了视日跟踪产生累积误差的问题。同时提出了伺服跟踪系统的设计方案。

子午坐标双轴完全跟踪系统

讨论了一种采用子午坐标系的双轴完全跟踪系统,它由固定的水平轴和可摆动的子午轴构成,并按子午经度和子午纬度坐标跟踪太阳。它与现有的按时角和赤纬或者高度和方位坐标跟踪太阳的系统不同,具有占用转动空间小、结构简单以及焦点固定等优点。

基于实测光电跟踪仪误差的分布检验及应用

对光电跟踪仪跟踪误差特性分析是进行精度试验数据分析处理的前提基础。为了研究光电跟踪仪对空中目标角跟踪测量误差的分布规律,综合采用偏峰度联合检验即Jarque-Bera法和Kolmogorov-Smirnov非参数统计方法,对实测误差数据进行分布检验。检测结果表明光电跟踪仪角度测量误差中远端区段符合正态分布,近区测量误差80%航次不符合正态分布。所得结论为光电跟踪仪精度试验设计和数据处理算法的确定提供了科学依据。