【正文】 度移動到指定位置。 對 步進電動機位置控制的一般方法是 :步進電動機每走一步，步數(shù)減 1，如果沒有失步存在，當執(zhí)行機構到達目標位置時，步數(shù)正好減到 0。 3．運行控制 步進電動機的運行控制涉及到位置控制和加、減速控制。 所謂硬件法實際上是用脈沖分配器芯片，來進行通電換相和轉向控制，脈沖分配的工作交給脈沖分配器來自動完成。 (2)控制步進電機的轉向 通過步進電機的原理我們知道，如果按給定的工作方式正序通電換相，步進電動機就正轉 ： 如果按反序通電換相，步進電機就反轉。主要有寄存器移位法和緩沖區(qū)查表法；二是軟硬件相結合的方法，單片機向可編程接口芯片輸出控制信號數(shù)據(jù)，再由可編程接口芯片輸出步 進電機的各相導通或截止的控制信號。 3． 3． 2步進電動機的單片機控制 單片機控制電機具有功能靈活多樣，慣性小，速度快，脈沖輸出準確，實時性強，抗電磁特性和抗干擾能力強等優(yōu)點，是今后的發(fā)展方向．步進電機的工作過程一般由控制器控制。以徐州市為例，徐州所在的緯度約為 39? ，根據(jù)公式，可以算出在夏至日時，日出時間為 7點 38分，日落時間為 17點 38分，所以最長的光照時間為 10小時。 單片機在過程控制中的應用是一種十分重要的領域，也是單片機應用得最多的一個領域之一。在 DDC控制中適宜采用單片機，而在監(jiān)視及管理中，則適宜采用微型機系統(tǒng)、微型機網絡或小型計算機甚至中型計算機等。 單片機在過程控制中應用的特點是以控制理論為基礎的系統(tǒng)自動化控制。 輸入信號（書位置）眼睛 大腦 手臂、手（手位置）輸出量 圖 通常將檢測出來的輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號比較的過程稱為反饋。這個出現(xiàn)于日常生活中的習以為常的現(xiàn)象，正好體現(xiàn)了閉環(huán)控制的原理。當系統(tǒng)的擾動影響不大，并且控制精度要求不高時，可采用開環(huán)控制方式。按被控量性質分有速度伺服控制、位置伺服控制及力矩伺服控制等多種。對無法預知的擾動采取反饋控制的方法加以抑制或消除。 檢測。由一系列部件組合在一起，能 完成一定功能或任務的一個整體，稱為系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是由多個部分組成，它們在系統(tǒng)中分別起著不同的作用。 陀螺儀跟蹤平臺的工作原理如下：當太陽光線發(fā)生偏移時，控制部分發(fā)出信號給微型減速器電機 2驅動以及微型減速器電機 1，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驅動環(huán)形支架和接收器轉動，實現(xiàn)對太陽方位角和高 度角大范圍跟蹤。方案 (1)的結構簡單、緊湊；傳動部件在傳動箱內受到了良好的保護，機構的壽命提高。方案 (2)傳動原理 :輸入軸轉動時，小齒輪帶動大齒輪以及螺桿旋轉，從而帶動螺母以及連桿的一端作上下直線運動 :根據(jù)連桿機構的原理，此運動帶動接收器轉動跟蹤。在高速運動的載體上工作，會遇到很大的逆向風，如果采用防風性能一般的跟蹤平臺，極有可能平臺被吹動或者翻轉，無法正常工作。微型減速器電機 1和微型減速器電機 2可以分別驅動接收器在兩個方向的轉動，實現(xiàn)平臺雙軸大范圍的自動跟蹤。齒輪、齒圈的加工成本相對于蝸桿、蝸輪的成木低，所以選擇齒 輪傳動作為跟蹤平臺的傳動方案。通過對跟蹤平臺的極限位置進行限制，實現(xiàn)調整跟蹤。立柱轉動式跟蹤平臺的機械執(zhí)行部件選材如下：基本的結構件選擇 45鋼，降低成木 ；齒輪選擇塑料齒輪，大批量生產降低成木；對于接收器的框架選擇 Q235板材彎折而成，提高剛性。立軸山滾動軸承支承于底座上，立軸可在底座中轉動，大齒輪固定于底座的上端而，支架、罩殼安裝固定于立軸上，微型減速器電機 1安裝于罩殼上，小齒輪安裝在微型減速器電機 1輸出軸上，并與大齒輪嚙合，微型電機 1轉動時，小齒輪對 大齒輪作行星運動，從而帶動罩殼、主軸、支架實現(xiàn)繞主軸軸心線的轉動。而方案 (2)的結構相對復雜、松散；由于螺桿的行程較大，小利于進行保護，螺桿裸露在外壽命大大降低。方案 (1)傳動原理：輸入軸轉動時，山于大齒輪固定，小齒輪對大齒輪作行星運動，從而帶動罩殼、輸出軸實現(xiàn)繞主軸軸心線的轉動。立柱轉動式跟蹤平臺的跟蹤范圍應該大于或等于太陽的運動范圍。因此，機械執(zhí)行機構的運動行程應滿足跟蹤范 圍的要求，并要避免極限位置鎖死； b、為了降低成木，控制系統(tǒng)采用普通直流電機驅動跟蹤平臺。成本低廉，性能與相對簡單的太陽跟蹤系統(tǒng)匹配 。在系統(tǒng) 運行過程中，偶爾掉電是可能的，導致系統(tǒng)在加電時無法確定當前的機械位置，會產生嚴重的錯誤 。 太陽軌跡的跟蹤是由控制機構控制電機的轉動來實現(xiàn)的。跟蹤時，時角軸帶動準直筒實現(xiàn)方位角的改變，赤緯軸帶動準直筒實現(xiàn)仰角的改變。對于跟蹤精度要求很高，天氣情況不是太好的區(qū)域，最好選擇雙軸跟蹤方法。由于影響跟蹤精度的因素很多，不僅跟當?shù)鼐暥?、太陽赤緯角、太陽時角的取值 有關，還跟步進電機的精度以及跟蹤轉臺的機械結構有關，因而需要對跟蹤軌跡的程序進行校正。減速器的傳動比為 1： 120，電機轉動 120? 時水平轉臺相應轉動 1? ，以步進電機 0. 36? 的步距角計算，當水平轉臺轉動 1? 時，步進電機發(fā)出 120 a /0. 36個脈沖，由此可以計算集熱器方位角為 a時步進電機發(fā)出的脈沖數(shù)為 120 a /0. 36個 。工作時集熱器根據(jù)太陽的視日運動繞方位軸轉動改變方位角繞俯仰軸作俯仰運動改變集熱器的傾斜角，從而使反射鏡面的主光軸始終與太陽光線平行。 太陽跟蹤系統(tǒng) 4 (2)雙軸跟蹤 如果能夠在太陽高度和赤緯角的變化上都能夠跟蹤太陽就可以獲得最多的太陽能，全跟蹤即雙軸就是根據(jù)這樣的要求而設計的。光電跟蹤靈敏度高，結構設計較為方便 。本跟蹤裝置的研究旨在解決第一個問題， 以提高太陽能的接受效率。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。它的特點可 概括為： (1)儲量的 “無限性 ” 太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。特別是在近 10多年來，在石油可開采量日趨見底和生態(tài)環(huán)境日益惡化這兩大危機的夾擊下，人類越來越企盼著 “太陽能時代 ”的到來。太陽跟蹤系統(tǒng) 1 1 緒論 1． 1 利用太陽能意義 2 全套圖紙，加 153893706 長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。從發(fā)電、取暖、供水到各種各樣的太 陽能動力裝置，其應用十分廣泛，在某些領域，太陽能的利用己開始進入實用階段。太陽放射的總輻射能量大約是 3. 75 2610W? ， 是極其巨大的。 (3)利用的清潔性 太陽能像風能、潮汐能等清潔能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產生任何污染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。理論分析表明 ： 太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差 %。但受天氣的影響很大，如果在稍長時間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽的情況，太陽光線往往不能照到硅光電管上，導致跟蹤裝置無法對準太陽，甚至會引起執(zhí)行機構的誤動作 。雙軸跟蹤又可以分為兩種方式：極軸式全跟蹤和高度角 —方位角式全跟蹤。這種跟蹤系統(tǒng)的特點是跟 蹤精度高，而且集熱器裝置的重量保持在垂直軸所在的平面內，支承結構的設計比較容易。另一臺步進電機驅動同步帶輪帶動絲杠螺母旋轉，使絲杠進行直線運動，相當于改變俯仰軸轉角用 以改變集熱器的傾斜度，從而跟蹤太陽的高度角，其控制流程為：步進電機 ~同步帶輪 (傳遞動力 )一絲杠螺母 (旋轉運動 )一絲杠 (直線運動 )。校正采用手動操作，使跟蹤臺的兩個軸帶動集熱器轉動，同時不斷觀察日暑的影子，當影子剛好聚為一點時為最佳，記錄下從原點到該點兩軸的步進電機各自走過的實際脈沖數(shù)，然后依據(jù)算法計算兩軸的步進電機從原點到該點的理論脈沖數(shù)，根據(jù)實際脈沖數(shù)與理論脈沖數(shù)之差，可算得到角度之差，就是高度角和方位角的修正值。由于國內太陽能開發(fā)利用的水平還不是很高，國產太陽跟蹤器的精度有待于進一步的提高。時角軸和赤緯軸的正交運動形成了太陽的跟蹤軌跡。對太陽位置的跟蹤，決定了電機的轉動角度是一個些具有馬氏性的過程，即電機的轉動角度與且只與上一時刻的位置呈時間函數(shù)關系。另外，日落后系統(tǒng)也需按原路線返回到基準位置，以避免電纜的纏繞和減少機械加工精度而產生的累積誤差，所以系統(tǒng)本太陽跟蹤系統(tǒng) 9 身要求有一個確定的基準位置。數(shù)字化的控制系統(tǒng)，可以達到較高的精度，并有可能通過串行通信實現(xiàn)遠程監(jiān)控和模塊化處理 。所以，要選擇合理結構，工作能耗小能超過給定值； c、在滿足以上性能的同時，盡量簡化結構和加土土藝，進一步提高技術經濟性。 太陽跟蹤系統(tǒng) 11 高度角跟蹤 方位角跟蹤 圖 (徐州市 )跟蹤平臺的跟蹤運動范圍 2． 1． 2傳動方案的選擇 跟蹤平臺是固定地點安裝，跟蹤范圍是固定的，范圍相對較小 (在上一節(jié)已經加以討論 )。方案 (2)傳動原理：輸入軸轉動時，小齒輪帶動大齒輪自轉，螺母固定在大齒輪上，從而帶動螺桿相對于螺母作直線運動；根據(jù)連桿機構的原理，這一直線運動可以看作桿件的伸縮運動，它帶動接收器轉動跟蹤。 從能耗方而考慮。接收器邊框上一對同心軸安裝于支架兩同心孔內，微型減速器電機 2與接收器軸相連，微型電機 2旋轉時， 微型減速電機 1； 立軸； 小齒輪； 大齒輪； 底座； 罩殼 支架； 微型減速電機 2； 接收器 圖 立柱轉動式跟蹤平臺傳動 示意圖 驅動接收器繞軸心線轉動。選擇材料之后，要制訂合理的材料處理方式來提高機械部分的性能和壽命。 太陽跟蹤系統(tǒng) 15 方位角跟蹤 高度角跟蹤 圖 (徐州地區(qū) )跟蹤平臺的跟蹤范圍 2． 2． 2傳動方案的選擇 齒圈傳動式跟蹤平臺主要適用于太陽車、太陽船，跟蹤平臺的載體一般是太陽能電池板，必須特別考慮結構對會聚光線的影響，但電池板面積比較大，要考慮跟蹤平臺在輸入功 率較小的情況下帶動較大的電池板工作。 2． 2． 3齒圈傳動式跟蹤平臺 考慮到太陽能電池板較大，帶動電池板所需力量較大，所以跟蹤平臺在兩個跟蹤方向的傳動結構都選擇齒輪、齒圈傳動。 微型減速電機 1； 小齒輪； 齒圈 1； 短軸； 長軸； 轉動架微型減速電機 2； 小齒輪； 齒圈 2； 接收器； 1懸臂； 1立柱 圖 平臺傳動示意圖 齒圈傳動式跟蹤平臺對于太陽從早到晚變化的跟蹤主要是山微型減速電機 1驅動來實現(xiàn)，根據(jù)機械部分結構，主軸和接收器可以旋轉的角度 (方位角跟蹤角度 ) 。在這種情況下，必須采用防風性能高的跟蹤平臺。 （ 1） （ 2） 輸入軸； 輸出軸； 蝸桿； 蝸輪； 殼體； 小齒輪； 大齒輪； 螺母； 螺桿； 連桿； 1接收器； 1支架 圖 太陽跟蹤系統(tǒng) 18 從跟蹤范圍方而考慮。而方案 (2)的結構較大、復雜、松散，結構剛性會降低很多，要提高剛性需要加固結構或者使用剛性好的材料，這些都會使成本增加。 陀螺儀式跟蹤平臺的兩個方向的跟蹤目標是山安裝方向而定，現(xiàn)假設傳動箱 1的輸出軸南北朝向安裝。在自動控制中，有一些重要的概念，這些概念對于理解系統(tǒng)的意義和功能是十分重要的。系統(tǒng)在自動控制系統(tǒng)中有時也稱對象。在自動控制系統(tǒng)中，為了監(jiān)視系統(tǒng)的輸出結果是否符合控制要求，需要對 輸出系統(tǒng)狀態(tài)進行測量，這種測量過程也稱檢測。 伺服系統(tǒng)用來控制被控對象的轉角 (或位移 )，使其能自動地、連續(xù)地、精確地復現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。而開環(huán)控制和閉環(huán)控制是自動控制系統(tǒng)的兩種最基本的形式，下面將分別進行介紹。 開環(huán)系統(tǒng)的結構簡單、成本低、調整和維修比較方便、工作可靠，主要用于精度、速度要求不高的場合。當人去拿書時，大腦送出一個信號令手執(zhí)行任務。若反饋信號與輸入信號相減，則稱為負反饋，反之，若相加，太陽跟蹤系統(tǒng) 23 則稱為正反饋。所以一般有較明確的系統(tǒng)組成結構，有較嚴密的數(shù)學算法和較復雜的響應過程。 單片機在 DDC控制中有著顯著的優(yōu)點。 本跟蹤裝置屬于典型的伺服系統(tǒng)，需要控制的對象是雙軸太陽跟蹤器，被控制的量是跟蹤器的轉角位置，執(zhí)行元件是步進電機， 反饋元件是傳感器，而步進電機的轉動狀態(tài)及傳感器的反饋信號都是在單片機控制系統(tǒng)的控制下完成的。因此可以算出太陽的方位 角為 到之間?？刂破靼丛O計要求完成一定的控制過程，使驅動電源按要求的規(guī)律驅動步進電機運行。本控制系統(tǒng)采取第二種方式即軟硬件結合的方式，選用專用的步進電機驅動器及軟件編程相結合實現(xiàn)對步進電機的控制。 (3)控制步進電動機的速度 如果給定步進電動機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它就回再轉一步。因此， CPU的負擔減輕許多。 (1)位置控制 步進電動機的位置控制，指的是控制步進電動機帶動執(zhí)行機構從一個位置精確地運行到另一個 位置。因此，用步數(shù)等于 0來判斷是否移動到目標位，作為步進電動機停止運行的信號。 用單片機對步進電機進行加減速控制，實際上就是改變輸出時鐘脈沖的時間間隔。適當調整 R0和 R1的值，使當圓柱體中的光電二極管 D1在受到光照時運放