【正文】 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。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。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。 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。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。 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。 電刷與換向器滑動接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。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。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。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 。該減速器高速級可采用斜齒輪。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。按式公式初估計軸的最小直徑，查表，取A=118，可得： 3 32m in2 n? ? ? ?，
。中間軸較長，剛性差，因而沿齒輪齒齒寬的載荷集中現(xiàn)象較嚴重。 展開式雙級圓柱齒輪減速器，結(jié)構(gòu)簡單，輸入軸伸出端和輸出軸伸出端的位置可根據(jù)需要來選擇。 減速器類型很多。 無刷直流電動機由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。 轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動機轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁太陽跟蹤系統(tǒng) 33 場強度來調(diào)整。轉(zhuǎn)速變化率較小，為 5%~15%。 1．電磁式直流電動機 電磁式直流電動機由定子磁極、轉(zhuǎn)子（電樞）、換向器（俗稱整流子）、電刷、機殼、軸承等構(gòu)成，電磁式直流電動機的定子磁極（主磁極）由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。開機后，調(diào)用時間校正子程序，置 HYM8563定時器為 10min，調(diào)用全自動調(diào)整子程序，在開機后的第一次調(diào)整時，如遇陰天，太陽跟蹤系統(tǒng) 29 因尚未存儲正確的位置數(shù)據(jù)，程序?qū)o法定位，這時應(yīng)用人工光源模擬太陽光予以定位，有了初始數(shù)據(jù)后，程序就可自動調(diào)整。 3． 4控制系統(tǒng)的原理圖 3． 4． 1 電原理圖 圖 3. 5所示的控制框圖中，執(zhí)行部件為 ——步進電機、反饋控制部件為——光電傳感器、控制部件為 ——單片機，各部件的上作原理以及型號的選取將在后面的章節(jié)中進行說明。如果啟動時一次將速度升到給定速度，由 于啟動頻率超過極限啟動頻率 fq，步進電動機要發(fā)生失步現(xiàn)象，因此會造成不能正常啟動。絕對位置是有極限的，其極限是執(zhí)行機構(gòu)運動的范圍，超越了這個極限就應(yīng)報警。 第二種是通過定時器中斷的方法。 二、具體的控制方法 如下 ： 1．脈沖分配 (也就是通電換相控制 )的方法有兩種：軟件法和硬件法。 一、其基本控制作用如下 : (1)控制換相順序 步進電動機的通電換相順序嚴格按照步進電動機的工作方式進行。 用單片機 89C52中 P1的數(shù)條輸出信號直接控制步進電機各相驅(qū)動電路的方式，稱為并行控制。當(dāng)經(jīng)過一段時間 (如一小時 )，太陽又轉(zhuǎn)過一定的角度，跟蹤器上平臺上將另有一個安放位置的傳感接受光照，于是又發(fā)出反饋信號，控制部件接受反饋信號繼而發(fā)出脈沖信號電動機又開始帶動上平臺運轉(zhuǎn)，直至再次與光源垂直，使機構(gòu)達到預(yù)先設(shè)置好的輸入角度 位置。同時根據(jù)光敏傳感器的反饋信號來及時的調(diào)整跟蹤器運轉(zhuǎn)的速度和方向以及通過該反饋信號控制部件決定何時對該跟蹤裝置實行制動，其控制框圖如圖 3. 5所示： 驅(qū)動器 步進電機 跟蹤器A/ D轉(zhuǎn) 換器 信號處理 傳感器單片機 圖 控制框圖 由圖可見該控制系統(tǒng)構(gòu)成了一個由 單片機為中心控制元件閉環(huán)系統(tǒng)。在鋼鐵工業(yè)的冶煉、軋鋼過程中普遍應(yīng)用單片機進行過程控制；除此之外，石油化工、化肥、塑料、機械制造、紡織、制糖等生產(chǎn)過程也大量應(yīng)用了單片機。其原因在于單片機的內(nèi)存容量 、速度、字長都不適應(yīng)于管理目的。 輸入量 偏差量 控制器控制量 被控對象輸出量測量元件 圖 閉環(huán)控制框圖 反饋控制是一種基本的控制規(guī)律，它具有自動修正被控量偏離給定的作用，因而可以抑制擾動所引起的誤差，達到自動控制的目的。一旦手拿到書，偏差減小為零，人便完成了用手拿書的控制過程。閉環(huán)控制是自然界中一切生物控制自身運動的基本規(guī)律，也是現(xiàn)代自動控制的基本的理論，它可以實現(xiàn)復(fù)雜而準確的控制。開環(huán)控制系統(tǒng)的示意框圖如圖 。伺服系統(tǒng)驅(qū)動方式有電氣驅(qū)動伺服、氣壓驅(qū)動伺服及油壓驅(qū)動伺服三大類。擾動信號是在自動控制系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的，稱為內(nèi)擾動，否則稱為外擾動。 反饋。在自動控制系統(tǒng)中，任何被控的動力系統(tǒng)的運行狀態(tài)稱為過程。探討了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化選擇，機構(gòu)的工作原理、性能特點、材料選擇、成本等方面的情況。 2． 3． 3 陀螺儀式跟蹤平臺 微型減速電機 1； 傳動箱 1； 蝸桿 1； 渦輪 1； 環(huán)形支架 微型減速電機 2； 傳動箱 2； 蝸桿 2； 蝸輪 2； 1接收器 圖 陀螺儀式跟 蹤平臺傳動示意圖 太陽跟蹤系統(tǒng) 19 由于防風(fēng)性的要求，跟蹤平臺在兩個方向的傳動結(jié)構(gòu)都選擇蝸桿傳動。方案 (1)的在自鎖的同時結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)剛性提高，長期逆風(fēng)工作結(jié)構(gòu)變形較小，可靠性高。如果跟蹤平臺采用蝸桿傳動或者 螺旋傳動，遇到逆風(fēng)情況，山于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠自鎖，跟蹤平臺并不會被風(fēng)吹動甚至翻轉(zhuǎn)，能夠正常工作。因此，本文設(shè)計了陀螺儀式跟蹤平臺。微型減速器電機 1安裝于立柱側(cè)而，通過小齒輪 1與齒圈 1嚙合，微型電機 1旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動齒圈 長軸、接收器繞短軸中心轉(zhuǎn)太陽跟蹤系統(tǒng) 16 動。從跟蹤范圍方而看，齒輪傳動和蝸輪傳動都能滿足設(shè)計需求。當(dāng)跟蹤平臺在運動載體上運行時，載體的運 動是小確定的，可能朝各個方向行駛，相對于跟蹤平臺來說，太陽的運動變得更加復(fù)雜，變化范圍也小是固定的了，特別有時載體可能繞圈行駛，太陽的變化范圍將會增大幾倍。但同樣是因為接線問題，還有防止接收器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，這一工作角度 (高度角的跟蹤 ) 。所以選擇方案 (1)太陽跟蹤系統(tǒng) 13 作為跟蹤平臺的傳動方案。而方案 (2)受連桿機構(gòu)極限位置的限制，跟蹤范圍較小。特別是利用齒輪傳動，能在使用功率較小的普通電機的同時傳遞足夠大的動力，并且使用功率較小的電機降低了其能源成本和制造成木。立柱轉(zhuǎn)動式跟蹤平臺的機械結(jié)構(gòu)適用于固定地點安裝 (能夠滿足聚光器對結(jié)構(gòu)的需求 )，實現(xiàn)對太陽大范圍雙向自動跟蹤。 ，選擇合適的控制執(zhí)行部件即步進電機。 1． 4 本課題主要研究的內(nèi)容及意義 太陽跟蹤 裝置的研究是提高太陽能利用率的一種重要途徑。步進電機的步矩角在太陽跟蹤中是一個關(guān)鍵參數(shù)，步距角與減速倍數(shù)的比值決定了理論上的最高控制精度。減速機構(gòu)采用了具有世界先進水平的諧波減速結(jié)構(gòu)。它采用傳感器和太陽運行軌跡時間函數(shù)相結(jié)合的定位方式，具有全自動、全天候、跟蹤精度高、無累 積誤差、不繞線的優(yōu)點，填補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白，可以滿足太陽輻射觀測的需要，大大減輕觀測人員的勞動強度。太陽跟蹤方法很多，需要根據(jù)實際情況來選擇跟蹤方式。每當(dāng)試驗時，跟蹤器在跟蹤太陽前先得讓方位軸和俯仰軸自動回零；然后根據(jù)太陽當(dāng)前位置從零點處自動快速指向太陽；接著每間隔一定時間，自動調(diào)整一次集熱器的位置，使其采光面垂直于太陽光線，實現(xiàn)實時太陽跟蹤。該跟蹤器采用地平坐標系跟蹤方式，主要由水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺、垂直回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺、兩臺步進電機以及集熱器臺架組成。這種跟蹤方式并不復(fù)雜，但在結(jié)構(gòu)上反射鏡的重量不通過極軸軸線，極軸支承裝置的設(shè)計比較困難。第 3種跟蹤方式的原理是：跟蹤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸 (或焦線 )東西向布置，根據(jù)事先計算的太陽赤緯角的變化，柱形拋物面反射鏡繞轉(zhuǎn)軸作俯仰轉(zhuǎn)動跟蹤太陽。前者是閉環(huán)的隨機系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術(shù)突破，太陽能利用的經(jīng)濟性將會更明顯。相對于常規(guī)能源 的有限性，太陽能具有儲量的 “無限性 ”，取之不盡，用之不竭。 “宇宙發(fā)電計劃 ”在理論上是完全可行的。再者，太陽能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導(dǎo)致 “溫室效應(yīng) ”和全球性氣候變化，也不會造成環(huán)境污染。因而發(fā)電系統(tǒng)相對說來比地面簡單，而且在無重量、高真空的宇宙環(huán)境中，對設(shè)備構(gòu)件的強度要 求也不太高。據(jù)此推算，到 2020年全世界能源消費總量大約需要 25萬億立升原太陽跟蹤系統(tǒng) 2 油，如果用太陽能替代，只需要約 97萬公里的一塊吸太陽能的 “光板 ”就可實現(xiàn)。太陽的壽命至少尚有 40億年，相對于人類歷史來說，太陽可源源不斷供給地球能源的時間可以說是無限的。二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽利用己具經(jīng)濟性。跟蹤太陽的方法有很多，但不外乎采用這兩種方式 :光電跟蹤和根據(jù)視日運動軌跡跟蹤 。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動的南北向或東西向跟蹤，工作原理基本相似。反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動是為了適應(yīng)赤緯角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。該中心在集熱器性能測試試驗中，要求集熱器采光面始終垂直太陽光線，入射角偏差不超過 5? ，因此需要對太陽進行實時跟蹤。 該裝置是檢測中心作試驗用的，試驗主程序流程如圖 。 目前，該太陽跟蹤器已投入使用，運行狀況良好，跟蹤誤差不大于 2? 。針對這種狀況，開發(fā)了一種智能型全自動太陽跟蹤裝置。由驅(qū)動電機和減速機構(gòu)組成。首先計算末端傳動軸所受的實際扭矩，再根據(jù)減速倍數(shù)和傳動效率估算出所需電機的扭矩。在全自動太陽跟蹤裝置上安裝遮光裝置的目的是為了測量太陽的散射輻射，它是借助于該遮光裝置把太陽直接輻射從傳感器上遮去。 ，并分析系統(tǒng)的軟硬件需求。 2． 1立柱 轉(zhuǎn)動式跟蹤平臺 根據(jù)跟蹤平臺適用場合 (太陽能屋頂發(fā)電、聚光 —光纖傳輸型照明、太陽灶、太陽能熱水器、太陽能空調(diào)等 )的需求，木論文設(shè)計了立柱轉(zhuǎn)動式跟蹤平臺。在眾多傳動結(jié)構(gòu)中，齒輪傳動以及螺旋傳動都屬于最簡單的、應(yīng)用最為廣泛、性價比最高的傳動結(jié)構(gòu)。方案 (1)的輸出軸可以旋轉(zhuǎn)任意角度，跟蹤范圍較大。 綜上所述，齒輪傳動相對于其它傳動結(jié)構(gòu)性價比高 ,而且結(jié)構(gòu)簡單、可以傳遞較大力、可靠性高，很適合固定的安裝場合的應(yīng)用。但是在實際的工作中，山于微型減速電機要接到系統(tǒng)電源 (常為固定安裝 )，微型減速電機 1繞轉(zhuǎn)角度過大太陽跟蹤系統(tǒng) 14 就會產(chǎn)生電線纏繞的現(xiàn)象，所以實際的工作角度 (方位角的跟蹤 ) ,跟蹤太陽視高度 變化運動主要山微型減速電機 2驅(qū)動實現(xiàn)，接收器理論上可以旋轉(zhuǎn)任何角度。 2． 2． 1跟蹤范圍要求 齒圈傳動式跟蹤平臺在固定地點安裝運行時，其跟蹤范圍要求與 所述相同，故此省略。所以，齒輪傳動或者蝸輪傳動，比較適合在中低速運動載體上運行的需求。短軸軸頸插入立柱的支承孔內(nèi)，也可以轉(zhuǎn)動。 2． 3陀螺儀式跟蹤平臺 要滿足高速移動的太陽能車船和西北地區(qū)的太陽能使用的需求，必須設(shè)計一種跟蹤平臺機械執(zhí)行機構(gòu)，既能在風(fēng)力較大的固定安裝場合上作運行，又能滿足在高速運動載體上運行的需求。蝸桿傳動和螺旋傳動具有簡單、應(yīng)用廣泛、性價比高等特點，特別是它們具有自鎖性能。 從防風(fēng)性方而考慮。所以，選擇方案 (1)作為跟蹤平臺的傳動方案。 本章根據(jù)不同太陽能利用場合的需要，提出了三種跟蹤平臺機械執(zhí)行部件。 過程。控制器是自動控制系統(tǒng)的核心，各種控制理論和技術(shù)是通過控制器作用而實施的。使自動控制系統(tǒng)的輸出結(jié)果產(chǎn)生偏差的信號稱為擾動信號，有時也稱干擾信號。 伺服系統(tǒng)分類方法很多，一般可按驅(qū)動方式、控制原理及被控量性質(zhì)來分類。目前用于國民經(jīng)濟各部門的一些自動化裝置，如自動車床、自動洗衣機、自動售貨機、產(chǎn)品自動生產(chǎn)線等，一般都是開環(huán)系統(tǒng)。 輸入脈沖方向指令脈沖分配器功率驅(qū)動器步進電機輸出軸轉(zhuǎn)角電源 圖 典型開環(huán)控制系統(tǒng) 3． 1． 2 閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間既有正向作用，又有反饋作用的控制過程。只要這個偏差存在，上述過程就要反復(fù)進行。閉環(huán)控制的實質(zhì)，就是利用負反饋的作用來減小系統(tǒng)的誤差，因此閉環(huán)控制又稱為反饋 控制，其示意框圖如圖 。 單片機在過程控制中，通常是對一個過程的直接數(shù)字控制，也即是 DDC控制，很少涉及管理。單片機還有溫度范圍寬、抗干擾能力強的特點，故在強電場、強磁場的工業(yè)環(huán) 境中太陽跟蹤系統(tǒng) 24 有良好的工作性能，在溫度變化范圍大的惡劣條件下仍能可靠工作 。通過單片機發(fā)出脈沖指令及方向指令來控制電動機的運轉(zhuǎn)速度和方向，實時地跟 蹤太陽。當(dāng)在正常天氣情況下有陽光照射，安置在跟蹤器上平臺上不同位 置處的多個光敏傳感器將有一個感應(yīng)此位置處的光照，接受光強并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號反饋給控制部件，控制部件則調(diào)用與該位置的對應(yīng)程序發(fā)出脈沖信號驅(qū)動 2臺電動機，電動機運轉(zhuǎn)帶動跟蹤器上平臺轉(zhuǎn)動直至其與光源照射方向垂直，當(dāng)此處傳感器處于陰影時，停止反饋電信號，則控制部件停止脈沖信號的發(fā)出。主要方式有串行和并行兩種，在這里我們采用的是單片機的并行控制方式。在步進電動機的單片機控制中，控制信號由單片機產(chǎn)生。調(diào)整單片機發(fā)出脈沖的頻率，就可以對步進電動機進行調(diào)速。改變延時的時間長度就可以改變輸出脈沖的頻率，但這種方法