【正文】 這種減速器為一級減速，它結(jié)構(gòu)比較簡單，但所需傳動比比較大，用于低速載荷較平穩(wěn)的場合。當(dāng)要 求輸入軸端和輸出軸端只能放在同一軸線上時，可選用這種減速器。分流式減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需多用一對齒輪，軸向尺寸大，適合于承受變載荷的機械中。該減速器高速級可采用斜齒輪。雙級圓柱齒輪減速器在機械中應(yīng)用很廣。按傳動級數(shù)的不同可分為一級減速器、二級減速器和多級減速器 。 減速器按傳動原理不同，可分為普通減速器和行星減速器兩大類。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。 3．無刷直流電動機 無刷直流電動機是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間（三槽即有三個繞組），其各接頭分別焊在換各器的金屬片上。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。 電刷與換向器滑動接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同，起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的 4倍左右， 短時間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 倍左右。 他勵直流電動機的勵磁繞組接到獨立的勵磁電源供電，其勵磁電流也較恒定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。 并勵直流電動機的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵磁電流較恒定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動電流約為額定 電流的 。因勵磁方式不同，定子磁極磁通（由定子磁極的勵磁線圈通電后產(chǎn)生）的規(guī)律 也不同。如遇陰天調(diào)整不成功，則不予存儲，改為調(diào)用前次在同一時間段調(diào)整成功的位置，這樣既可以在陰天時調(diào)用已存儲的晴天時的太陽位置，也可以在晴天時自動校正，清除因不同季節(jié)太陽位置的變 化而產(chǎn)生的積累誤差。 89C52在待機狀態(tài)，只有復(fù)位或中斷才能喚醒，按鍵產(chǎn)生的電平和HYM8563定時器產(chǎn)生的電平通過 2個與門連續(xù)到 89C52的 腳。繼電器的 2組觸點一組用于控制電機的轉(zhuǎn)動，另一組同時接 通電磁閥，解除鎖定。圖中 D0為置于外部環(huán)境中的光電二極管，通過調(diào)整R27，可使在外界沒有光線時，單片機 P17腳檢測到低電位，以判斷晝夜。單片機采用定時中斷方式來控制電機變速時，實 際上就是不斷改變定時器裝載值的大小，一般用離散辦法來逼近理想的升速曲線。如果非常緩慢的升降速，步進電動機雖然不會產(chǎn)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響了執(zhí)行機構(gòu)的工作效率。它與步進電動機的轉(zhuǎn)向有關(guān)，當(dāng)步進電動機正轉(zhuǎn)時，步進電動機每走一步，絕對位置加 1；當(dāng)步進電動機反轉(zhuǎn)時，絕對位置隨每次步進減 1。這個參數(shù)是外界通過鍵盤或可調(diào)電位器旋鈕輸入的，所以折算的工作應(yīng)該在鍵盤程序或 A/D轉(zhuǎn)換程序中完成。 步進電動機的位置控制需要兩個參數(shù)。這種方法占用 CPU時間較少，在各種單片機中都能實現(xiàn)，是一種比較實用的調(diào)速方法。 第一種是通過軟件延時的方法。軟件法在電動機運行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的 CPU時間，可能使單片機無法同時進行其他工作，所以，硬件法更常用。因此，脈沖的頻率決定了步進電動機的轉(zhuǎn)速。例如，三相步進電機的單三拍工作方式，其各相通電的順序為 ABC，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制 A， B， C相的通電和斷電。步進電動機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。由系統(tǒng)實現(xiàn)脈沖分配器功能的方式有 2種，一是純軟件方太陽跟蹤系統(tǒng) 26 法，即完全用軟件來實現(xiàn)相序的分配，直接輸出各相導(dǎo)通或截止的信號。采用單片微機控制步進電機具有功能強且價格 低的優(yōu)點，為步進電機控制器提供了強有力的設(shè)計方案。若未有一個傳感器反饋光信號，則說明天氣狀況不佳，不適合跟蹤，整個機構(gòu)停止工作。采用的是主動式跟蹤，即預(yù)先算好某一時刻對應(yīng)的太陽角位置機構(gòu)所應(yīng)該輸入的角度，編入程序中。跟蹤裝置要實現(xiàn)對太陽方位角和高度角兩個方向的跟蹤，所以應(yīng)該明確這兩個方向上運動的范圍。該控制系統(tǒng)的原理是： 按照跟蹤機構(gòu)在不同時刻不同地理位置處的運動角臺的位姿，然后通過機構(gòu)約束條件導(dǎo)出位姿的反解，求得機構(gòu)的輸入角度。過程控制應(yīng)用單片機已成為了一種不可抗拒的趨勢。在現(xiàn)代化的汽車中就有不少單片機的控制器，包括點火控制、節(jié)油控制等。各種層次往往采用不同結(jié)構(gòu)的計算機。特別是對過渡過程要求是十分嚴格的。這包括生產(chǎn)過程中的控制過程，例如化工過程、冶金過程、軋鋼過程、機械加工過程、塑料成型過程等，以及其他各種各樣的控制過程。偏差信號作用于控制器上，使系統(tǒng)的輸出量趨向于給定的數(shù)值。人作為一個閉環(huán)控制系統(tǒng)可用圖 。然后，由大腦判斷手對書的偏差，并根據(jù)其大小發(fā)出命令控制手臂移動，使偏差減小。例如，人可以用手準確地去拿放在桌上的書、筆等物。 典型的 開環(huán)伺服系統(tǒng)是使用步進電動機的伺服系統(tǒng)，步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)如下圖所示，脈沖分配器根據(jù)輸入脈沖和方向指令信號，輸出合適順序太陽跟蹤系統(tǒng) 22 的脈沖序列，然后通過功率驅(qū)動器 (亦稱為脈沖功率放大器 )，一次提供足夠的脈沖電流給電機的各個相繞組，使其按給定的方向和速度產(chǎn)生不進運動。系統(tǒng)的精度取決于元、器件的精度和特性調(diào)整的精度。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)的被控量 (或輸出量 )，不對系統(tǒng)的控制量發(fā)生影響。 伺服系統(tǒng)按控制原理可分開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩大類。隨著電子電力技術(shù)的發(fā)太陽跟蹤系統(tǒng) 21 展，伺服系統(tǒng)越來越成為機械設(shè)備的核心組成部分之一。對已知擾動要加以消除和校正。 擾動。如果把輸入信號和輸出信號進行相加，這一過程稱為正反饋；如果把輸入信號和輸出信號進行相減，這一過程稱為負反饋。接收控制指令或信號，并對對象執(zhí)行控制的部件稱控制器。 系統(tǒng)。它是一個設(shè)備或是多種部件組合成一個整體或物體，其作用是要執(zhí)行某種特定的動作或功能；任何被控的設(shè)備，物體都稱為對象。 太陽跟蹤系統(tǒng) 20 3 控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 3． 1 控制系統(tǒng)的選取 伺服系統(tǒng)屬于自 動控制系統(tǒng)中的一種，能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮墓ぷ鳡顟B(tài)進行自動控制的系統(tǒng)，稱為自動控制系統(tǒng)。參考前面對跟蹤范圍 (圖 )的要求可知，陀螺儀式跟蹤平臺能夠?qū)μ栠M行完全跟蹤。微型減速器電機 1和微型減速器電機 2分別通過傳動箱 1和傳動箱 2輸出動力給環(huán)形支架和接收器。 綜上所述，蝸桿傳動防風(fēng)性能好、跟蹤范圍大、性價比高、可靠性高。 從結(jié)構(gòu)方而考慮。而方案 (2)受連桿機構(gòu)極限位置的限制，要滿足較 大跟蹤范圍的要求，就必須把平臺結(jié)構(gòu)增大，這會使系統(tǒng)成本和能耗增加很多。 圖 ．方案 (1)傳動原理 :輸入軸轉(zhuǎn)動時，蝸桿帶動蝸輪及輸出軸旋轉(zhuǎn)。所以要求跟蹤平臺的機械執(zhí)行機構(gòu)有較好的防風(fēng)性。 2． 3． 2傳動方案的選擇 陀螺儀式跟蹤平臺要求既能在風(fēng)力較大的固定場合運行，又能在高速運動的載體上運行。參考前面對跟蹤平臺跟蹤范圍的要求 (圖 )可知，無論是在固定地點運行，還是在運動載體上運行，齒圈傳動式跟蹤平臺能夠?qū)μ栠M行完全跟蹤。微型減速器電機 2轉(zhuǎn)動，通過小齒輪 2可以驅(qū)動齒圈 轉(zhuǎn)動架、接收器繞長軸軸心線轉(zhuǎn)。齒圈 轉(zhuǎn)動架及接收器連接成一體，主軸為十家軸，長軸軸頸安裝于轉(zhuǎn)動架的支承孔中，可以轉(zhuǎn)動。在性能相同的情況下，要選擇技術(shù)經(jīng)濟性好的傳動方案。綜合各種傳動結(jié)構(gòu)，齒輪傳動以及蝸輪傳動的傳動比都較大，能在使用功率較小的普通電機的同時傳遞足夠大的動力，提高技術(shù)經(jīng)濟性。在控制系統(tǒng)的設(shè)計中就已經(jīng)考慮到這一問題，在此為跟蹤平臺設(shè)定了一個跟蹤范圍一一兩個跟蹤方向的跟蹤范圍都較大，如圖 示。 2． 2齒圈傳動式跟蹤平臺 木文研發(fā)的齒圈傳動式跟蹤平臺既適用于固定安裝的場合，又適用于安裝在中低速運動的載體上 (太陽能車、船 )，實現(xiàn)對太陽大范圍雙向自動跟蹤。 選擇機械結(jié)構(gòu)的材料，主要考慮成本問題，在成本較低的材料中選擇性能較好的材料。 立柱轉(zhuǎn)動式跟蹤平臺對太陽從早到晚變化的跟蹤主要是由微型減速電機 1驅(qū)動來實現(xiàn)，主軸可以任意旋轉(zhuǎn)任何角度?？紤]到光能遮擋會聚光線，設(shè)計出的立柱轉(zhuǎn)動式跟蹤平臺的傳動示意圖如圖 (具體的實物圖見附一錄2)。而方案 (2)的工作電流一般在 2A，到達極限位置附一近達到 3A,工作電流較大，能耗較高。 方案 (1)的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；傳動部件受到了一定的保護，機構(gòu)的壽命相對提高。從跟蹤范圍方而考慮。 太陽跟蹤系統(tǒng) 12 （ 1） （ 2） 輸入軸； 輸出軸； 小齒輪； 大齒輪； 底座； 罩殼 螺桿； 支架； 接收器 圖 傳動方案比較示意圖 圖 。所以對于跟蹤平臺執(zhí)行機構(gòu)，除了一定的跟蹤范圍、動作準確、效率高、能耗低、工作可靠等基本要求以外，最重要的要求是 :成本低、性價比高、結(jié)構(gòu)小應(yīng)遮擋光線。為了便于分析說明，現(xiàn)以北緯 30 的武漢為跟蹤平臺安裝地點，太陽方位角的變化范圍為士 75 ，太陽高度角的變化為 47 （ ： ），如圖 。與此同時，也有一些使用情況要求跟蹤平臺安裝在移動載體上，如衛(wèi)星上的太陽能電池板、移動車船上的太陽能發(fā)電裝置。 太陽跟蹤系統(tǒng) 10 2 太陽跟蹤裝置的機構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)基于單片機太陽跟蹤平臺的設(shè)計，機械部件設(shè)計應(yīng)該滿足以下要求： a、機械執(zhí)行機構(gòu)能夠進行很大范圍的跟蹤。 本課題的主要 研究內(nèi)容： ，提出合理的控制策略。本文所介紹的控制系統(tǒng)采用 AT89C52單片機作為控制芯片，十分適用于太陽跟蹤裝置，表現(xiàn)在 :主要控制參數(shù)通過設(shè)置寄存器變量來實現(xiàn)，修改方便 。整個定位系統(tǒng)由定位盤、限位開關(guān)、光電開關(guān)組成。 程序在控制機械機構(gòu)的同時，確定機械機構(gòu)的基準位置是十分必要的。選用步進電機時，必須根據(jù)實現(xiàn)跟蹤所需要的扭矩來計算電機功率。它具有傳動比大、精度高、空回小、效率高、體積小、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。 執(zhí)行機構(gòu)完成赤緯 軸和時角軸的轉(zhuǎn)動，是太陽跟蹤過程的最終執(zhí)行單元。準直筒與赤緯軸垂直安裝，光電傳感器安裝在準直筒的底部，用于在光線良好時對太陽進行跟蹤，當(dāng)太陽輻射較弱時，則根據(jù)時間函數(shù)對太陽進行跟蹤。我國長期以來一直使用單軸太陽跟蹤裝置，該儀器存在著跟蹤精度不高、誤差累積，繞線等一些問題。晴天多光強的地區(qū)可以選擇光電跟 蹤方式。用校正系數(shù)校正理論值存入控制程序，可以提高跟蹤精度。其中， Z軸為俯仰軸， X軸為方位軸。由此通過集熱器臺架的傾角變化計算出絲杠直線運動的距離，再經(jīng)過傳動比換算出步進電機應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度，根據(jù) ? 的步距角就可以算出相應(yīng)的脈沖數(shù)。水平轉(zhuǎn)臺相當(dāng)于集熱器的方位軸，由一臺步進電機驅(qū)動，繞垂直于 當(dāng)?shù)厮矫娴妮S旋轉(zhuǎn)，用以跟蹤太陽的方位角，其控制流程為：步進電機 —諧波減速器 (降速增矩、角度細分 )—水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺。 (3)地平坐標系跟蹤方法的應(yīng)用 國家太陽能檢測中心最近開發(fā)了一套太陽集熱器性能測試系統(tǒng)，其中就太陽跟蹤系統(tǒng) 5 包括了太陽跟蹤器。集熱器的方位軸垂直于地平面另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。工作時反射鏡面繞極軸運轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速的設(shè)定與地球自轉(zhuǎn)角速度大小相同方向相反用以跟 蹤太陽的視日運動 。單軸跟蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但是由于入射光線不能始終與主光軸平行，收集太陽能的效果并不理想。 (1)單軸跟蹤 單軸跟蹤一般采用：①傾斜布置東西跟蹤；②焦線南北水平布置，東西跟蹤；③焦線東西水平布置，南北跟蹤。在這些裝置中，光電管的安裝靠近遮光板，調(diào)整遮光板的位置使遮光板對準太陽、硅光電池處于陰影區(qū)；當(dāng)太陽西移時遮光板的陰影偏移，光電管受到陽光直射輸出一定值的微電流，作為偏差信號，經(jīng)放大電路放大，由伺服機構(gòu)調(diào)整角度使跟蹤裝置對準太陽完成跟蹤。 1． 2 太陽跟蹤方式的概況 目前太陽能利用最普遍的形式是通過集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，為了收集到盡可能多的太陽能，最好采取跟蹤方式，使太陽光收集器的采光面始終對準太陽。人類利用太陽能主要在于解決：（ 1）時刻跟蹤太陽的跟蹤太陽跟蹤系統(tǒng) 3 裝置；（ 2）使太陽光聚焦，從而獲得高溫的集熱裝置；（ 3）傳熱、蓄熱或能量轉(zhuǎn)換裝置。一是太陽能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽能時不征收任何 “稅 ”，可以隨地取用 。 (2)存在的普遍性 雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻，但相對于其他能源來說，太陽能對于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。在到達地球表面的太陽輻射能中，到達地球陸地表面的輻射能大約為 1. 73 1310? KW，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬五千多倍。 太陽能相對于日益枯竭的化石能源來說，是未來社會的希望所在。目前太陽能利用轉(zhuǎn)化率約為10%~12%。正因為如此，太陽能的利用受到許多國家的重視，大家正在競相開發(fā)各種光電新技術(shù)和光電新型材料，以擴大太陽能利用的應(yīng)用領(lǐng)域。其次，宇宙空間沒有晝夜和四季之分，也沒有烏云和陰影，輻射能量十分穩(wěn)定。地球所接受到的太陽能，只占太陽表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的 34萬倍，可謂取之不盡，用之不竭。目前人類所消耗的能源的 70%來自煤、石油、天然氣等化石燃料，科學(xué)家們公認，太陽能是未來人類最合適、最安全、最綠色、最理想的替代能源。資料顯示 :太陽每分鐘射向地球的能量相當(dāng)于人類一年所耗用的能量?？茖W(xué)家預(yù)言 :未來大規(guī)模的太陽能開發(fā)利用，有可能開辟新能源領(lǐng)域