【正文】 當執(zhí)行機構到達目標位置時，即執(zhí)行機構當前位置與目標位置差正好減到一個域值時停轉(zhuǎn)。 圖 1光強及入射角傳感器模塊圖 風力傳感器模塊包括風力采集、 A/D 轉(zhuǎn)換、單片機微控單元，原理與實現(xiàn)步驟于上述方法類似。 第 16 頁 圖 1基于位置控制的軟件框圖 基于能量最優(yōu)的跟蹤控制系統(tǒng)研制 (1)、基于能量的單自由度跟蹤控制系 統(tǒng)研制。 第 14 頁 、太陽方位角 A 的計算 按照計算太陽高度角時候所取的球面三角形，運用球面三角形的正 弦定理，得到： ZzPp sinsinsinsin ? 將 p ,P ,z ,Z 的值代入上式得： At h s in )90s in (s in )90s in ( ???? oo 從而： Asincossinhcosh ?? 得到： c os hs inc oss in tA ?? ? 、日出、日落 時間的計算 在日出、日落的時候，太陽高度角 0?h ，將 00sinsinh ?? o 的值代入高度角公式，得到： 0c osc osc oss ins in ????? t???? 從而可以推導出： ?? ?? co sco s s ins inco s ????t 進一步得到日出、日落的時角公式： ??tgtgt ??cos 上式所表示的日出、日落的時角公式中，時角 t 有正、負二值，負值為日出時間 ，正值為日落時間。39。即以高度角 h 、方位角 A 、赤緯 ? 以及時角 t 來表示的。 ABCabc 圖 球面三角形示意圖 球面三角形是天文中經(jīng)常處理的基本幾何圖形，只有掌握了它們的基本性質(zhì)，才能進一步的研究 本課題 中涉及的天文學知識與計算問題。 球面上 圓的極 對于球面上一已知圓，（不論大圓或小圓），垂直與這已知圓所在平面的球直徑的端點，稱之為這個圓的極。顯然真太陽時與平太陽時的時間可以通過時差來表示，其中時差可以通過萬年歷進行查詢得到。 即 ： kt 15? ； 式中 ， K 為方位時間，所謂方位時間是以真太陽時正午 12 時為零時，依此分別向午前、午后起算的小時數(shù)，逆時針 (午前 )為負值，順時針 (午后 )為正值，即：12??nk ； 太陽與地球的時間關系 由于上述的時角坐標系涉及到一些時間上的概念，所以有必要對天文上用到的時間做個簡要的敘述，以便增加理解力。天體的赤經(jīng) α是從春分點開始，沿著赤道圈逆時針方向計量到天體的赤經(jīng)圈與天赤道的交點，以 0～ 24h 表示。天 赤 道O 39。天體在方位上與地平面正南方向所夾的角度，記做地平方位角，即為 A。經(jīng)過太陽位置 X 點，過天頂 Z 點的子午圈，稱之為方位圈 ； 經(jīng) X 點平行于地平面的圓圈，稱為高度圈。 為了方便 研究各個天體的位置，引入了天球的概念與天球坐標系。 綜合以上幾種方式的 特 點 ， 本項目 設計出一套具有控制精度高、靈活 性強 、易操作、全自動跟蹤等優(yōu)點的 “ 傻瓜式 ” 太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)。 1994 年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單軸跟蹤 。進入 21 世紀，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展， 能源 消耗隨之增大，節(jié)約能源和尋找新能源成為人類可持續(xù)發(fā)展的基本條件。 圖 1 美國研制的大規(guī)模太陽能跟蹤裝置 圖 2 國內(nèi)某企業(yè)太陽能自動跟蹤裝置 現(xiàn)階段國內(nèi)外已有的跟蹤裝置可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種，用以實現(xiàn)方位與俯仰角的 2 自由度的轉(zhuǎn)向控制。 太陽能發(fā)電跟蹤控制系統(tǒng) 特點 當前市場上的太陽能發(fā)電多是固定式的，與之相比較， 本項目研究實現(xiàn)的太陽能自動跟蹤控制系統(tǒng)，具有更高的發(fā)電效率，參見表 1 所示。 具體情況可以參見表 2 所示。所以，天體在天球的視位置，最方便是用球面坐標系進行表示，在天球上建立的坐標系叫做天球坐標系。通過北天極 P 和天頂 Z 的大圓叫做天球子午圈，它和真地平相交與 N 點與 S 點，靠近北天極的記做北點 N，和它相對的記做南點 S。 第 6 頁 PQ 39。TX1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1111 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1子 午 圈時 圈天 極赤 緯 圈t 圖 赤道坐標系 如圖 5 所示，地球自轉(zhuǎn)軸的延伸與天球的交點分別表示為北天極 P 與南天極P? ，地球赤道的延伸與天球相交的大圓圈稱之為天赤道 Q? 。自天球北極看，順時針方向為正值，即午后時間；逆時針方向為負值，即午前時間。所以給人們生活中帶來了諸多的不便。 通過球面上不在同一直徑兩端的兩點，可以做無數(shù)個小圓，但只能并且必能做一個大圓；因而在球面三角形中，一般只涉及大圓，只研究大圓的性質(zhì)和關系。各個大圓弧所成的球面角稱之為球面三角形的角。由此得到的兩個平面直角三角形 OAM、 OAN 和兩個平面三角形 OMN、 AMN。OhAΦδ=XTM 圖 太陽在天球位置示意圖 圖 9 中 ，各符號意義如下： X 太陽位置； ESWN 地平圈； 39。從圖中得知： ????2z 、 hp ??2? 、 ????2l 計算太陽位置 時，觀測點的地理緯度 ? 、 赤緯 ? 、 以及時角 t 均為已知。 (2) 基于位置的雙自由度太陽能電池板跟蹤控 制系統(tǒng)研制。 第 18 頁 圖 1基于能量控制的軟件框圖 具有風力保護的跟蹤控制系統(tǒng)研制 通過風力傳感器實時檢測風力大小，并對電池板的抗風模型進行分析，編寫最優(yōu)控制算法，使得系統(tǒng)可以對 11 級以上的臺風進行自動的 “ 規(guī)避 ” ，減弱風暴對 電池板 方陣的損害，保護發(fā)電方陣免遭破壞。 圖 1 GPS/方位磁傳感器 電機拖動模塊 電機拖動模塊部分主要包括 2 個伺服電機，實現(xiàn)了方位角、俯仰角的 2 個自由度的跟蹤，同時由于系統(tǒng)中的電池板面積較大，因此不能使用一般的器件進行直接的驅(qū)動，本系統(tǒng)選用了大功率可控整流器件 ——(SCR)晶閘管驅(qū)動伺服電機，并且控制伺服電機帶動執(zhí)行機構從一個位置精確運動到另外一個位置，伺 服電機的位置控制需要兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是伺服電機控制的執(zhí)行機構當前的位置參數(shù)，我們稱為絕對位置。 第 20 頁 圖 1電機拖動模塊圖 成本核算 表 成本核算表 序號 系統(tǒng)模塊 模塊 功能 參考價格 1 PC104 與全溫電源板 主控制 CPU 模塊 及電源 模塊 萬 2 GPS/磁方位傳感器 確定所在地區(qū)地理參數(shù) 、方位角 萬 3 光強及入射角傳感器 測定光線強度及入射角 萬 4 風力及風向傳感器 測定實時風力大小 萬