【正文】 一體，主軸為十家軸，長(zhǎng)軸軸頸安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)架的支承孔中，可以轉(zhuǎn)動(dòng)。參 考前面對(duì)跟蹤平臺(tái)跟蹤范圍的要求 (圖 )可知，無(wú)論是在固定地點(diǎn)運(yùn)行，還是在運(yùn)動(dòng)載體上運(yùn)行，齒圈傳動(dòng)式跟蹤平臺(tái)能夠?qū)μ?yáng)進(jìn)行完全跟蹤。所以要求跟蹤平臺(tái)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)有較好的防風(fēng)性。而方案 (2)受連桿機(jī)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(tái)結(jié)構(gòu)增大，這會(huì)使系統(tǒng)成本和能耗增加很多。 綜上所述，蝸桿傳動(dòng)防風(fēng)性能好、跟蹤范圍大、性價(jià)比高、可靠性高。參考前面對(duì)跟蹤范圍 (圖 )的要求可知，陀螺儀式跟蹤平臺(tái)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX19 能夠?qū)μ?yáng)進(jìn)行完全跟蹤。它是一個(gè)設(shè)備或是多種部件組合成一個(gè)整體或物體，其作用是要執(zhí)行某種特定的動(dòng)作或功能；任何被控的設(shè)備，物體都稱為對(duì)象。接收 控制指令或信號(hào)，并對(duì)對(duì)象執(zhí)行控制的部件稱控制器。 擾動(dòng)。隨著電子電力技術(shù)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)越來(lái)越成為機(jī)械設(shè)備的核心組成部分之一。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)的被控 量 (或輸出量 )，不對(duì)系統(tǒng)的控制量發(fā)生影響。 典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)是使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)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(hào)，輸出合適順序的脈沖序列，然后通過功率驅(qū)動(dòng)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(jī)的各個(gè)相繞組，使其按給定的方向和速度產(chǎn)生不進(jìn)運(yùn)動(dòng)。然后，由大腦判斷手對(duì)書的偏差，并 根據(jù)其大小發(fā)出命令控制手臂移動(dòng)，使偏差減小。偏差信號(hào)作用于控制器上，使系統(tǒng)的輸出量趨向于給定的數(shù)值。特別是對(duì)過渡過程要求是十分嚴(yán)格的。在現(xiàn)代化的汽車中就有不少單片機(jī)的控制器，包括點(diǎn)火控制、節(jié)油控制等。該控制系統(tǒng)的原理是： 按照跟蹤機(jī)構(gòu)在不同時(shí)刻不同地理位置處的運(yùn)動(dòng)角臺(tái)的位姿，然后通過機(jī)構(gòu)約束條件導(dǎo)出位姿的反解，求得機(jī)構(gòu)的輸入角度。采用的是主動(dòng)式跟蹤，即預(yù)先算好某一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)角位置機(jī)構(gòu)所應(yīng)該輸入的角度，編入程序中。采用單片微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)具有功能強(qiáng)且價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，為步進(jìn)電機(jī)控制器提供了強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)方案。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作。因此，脈沖的頻率決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 第一種是通過軟件延時(shí)的方法。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置控制需要兩個(gè)參數(shù)。它與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向有關(guān)，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步，絕對(duì)位置加 1；當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，絕對(duì)位置隨每次步進(jìn)減 1。單片機(jī)采用定時(shí)中斷方式來(lái)控制電機(jī)變速時(shí)，實(shí)際上就是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小，一般用離散辦法來(lái)逼近理想的升速曲線。繼電器的 2組觸點(diǎn)一組用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一組同時(shí)接通電磁閥，解除鎖定。如遇陰天調(diào)整不成功，則不予存儲(chǔ)，改為調(diào)用前次在同一時(shí)間段調(diào)整成功的位置，這樣既可以在陰天時(shí)調(diào)用已存儲(chǔ)的晴天時(shí) 的太陽(yáng)位置，也可以在晴天時(shí)自動(dòng)校正，清除因不同季節(jié)太陽(yáng)位置的變 化而產(chǎn)生的積累誤差。 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵(lì)磁電流較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動(dòng)電流約為額定電流的 。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(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的 4倍左右，短時(shí)間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 倍左右。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。 3．無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來(lái)實(shí)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。 減速器按傳動(dòng)原理不同，可分為普通減速器和行星減速器兩大類。雙級(jí)圓柱齒輪減速器在機(jī)械中應(yīng)用很廣。分流式減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需多用一對(duì)齒輪，軸向尺寸大，適合于承受變載荷的機(jī)械中。簡(jiǎn)圖如圖 圖 輸入軸； 輸出軸； 小齒輪； 大齒輪； 底座； 罩殼 這種減速器為一級(jí)減速，它結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但所需傳動(dòng)比比較大，用于低速載荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合。中間軸較長(zhǎng)，剛性差，因而沿齒輪齒齒寬的載荷集中現(xiàn)象較嚴(yán)重。 展開式雙級(jí)圓柱齒輪減速器， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入軸伸出端和輸出軸伸出端的位置可根據(jù)需要來(lái)選擇。 減 速器類型很多。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整。轉(zhuǎn)速變化率較小，為 5%~15%。 1．電磁式直流電動(dòng)機(jī) 電磁式直流電動(dòng)機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子（電樞）、換向器（俗稱整流子）、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成，電磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極（主磁極）由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成。開機(jī)后，調(diào)用時(shí)間校正子程序，置 HYM8563定時(shí)器為 10min，調(diào)用全自動(dòng)調(diào)整子程序，在開機(jī)后的第一次調(diào)整 時(shí)，如遇陰天，因尚未存儲(chǔ)正確的位置數(shù)據(jù)，程序?qū)o(wú)法定位，這時(shí)應(yīng)用人工光源模擬太陽(yáng)光予以定位，有了初始數(shù)據(jù)后，程序就可自動(dòng)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(jìn)電機(jī)、反饋控制部件為their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX——光電傳感器、控制部件為 ——單片機(jī)，各部件的上作原理以及型號(hào)的選取將在后面的章節(jié)中進(jìn)行說明。如果啟動(dòng)時(shí)一次將速度升到給定速度，由于啟動(dòng)頻率超過極限啟動(dòng)頻率 fq，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)要發(fā)生失步現(xiàn)象，因此會(huì)造成不能正常啟動(dòng)。絕對(duì)位置是有極限的，其極限是執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的范圍，超越了這個(gè)極限就應(yīng)報(bào)警。 第二種是 通過定時(shí)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行。 用單片機(jī) 89C52中 P1的數(shù)條輸出信號(hào)直接控制步 進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路的方式，稱為并行控制。當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間 (如一小時(shí) )，太陽(yáng)又轉(zhuǎn)過一定的角度，跟蹤器上平臺(tái)上將另有一個(gè)安放位置的傳感接受光照，于是又發(fā)出反饋信號(hào)，控制部件接受反饋信號(hào)繼而發(fā)出脈沖信號(hào)電動(dòng)機(jī)又開始帶動(dòng)上平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至再次與光源垂直，使機(jī)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX25 構(gòu)達(dá)到預(yù)先設(shè)置好的輸入角度位置。同時(shí)根據(jù)光敏傳感器的反饋信號(hào)來(lái)及時(shí)的調(diào) 整跟蹤器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度和方向以及通過該反饋信號(hào)控制部件決定何時(shí)對(duì)該跟蹤裝置實(shí)行制動(dòng)，其控制框圖如圖 3. 5所示： 驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī) 跟蹤器A/D轉(zhuǎn) 換器 信號(hào)處理 傳感器單片機(jī) 圖 控制框圖 由圖可見該控制系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)由單片機(jī)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(jī)進(jìn)行過程控制；除此之外，石油化工、化肥、塑料、機(jī)械制造、紡織、制糖等生產(chǎn)過程也大量應(yīng)用了單片機(jī)。其原因在于單片機(jī)的內(nèi)存容量、速度、字長(zhǎng)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(duì)象輸出量測(cè)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(dòng)修正被控量偏離給定的作用，因而可以抑制擾動(dòng)所引起的誤差，達(dá)到自動(dòng)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(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，也是現(xiàn)代自動(dòng)控制的基本的理論，它可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而準(zhǔn)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(dòng)方式有電氣驅(qū)動(dòng)伺服、氣壓驅(qū)動(dòng)伺服及油壓驅(qū)動(dòng)伺服三大類。擾動(dòng)信號(hào)是在自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的，稱為內(nèi)擾動(dòng)，否則稱為外擾動(dòng)。 反饋。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，任何被控的動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)構(gòu)的工作原理、性能特點(diǎn)、材料選擇、成本等方面的情況。 2． 3． 3 陀螺儀式跟蹤平臺(tái) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 微型減速電機(jī) 1； 傳動(dòng)箱 1； 蝸桿 1； 渦輪 1； 環(huán)形支架 微型減速電機(jī) 2； 傳動(dòng)箱 2； 蝸桿 2； 蝸輪 2； 1接收器 圖 陀螺儀式跟蹤平臺(tái)傳動(dòng)示意圖 由于防風(fēng)性的要求，跟蹤平臺(tái)在兩個(gè)方向的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)都選擇蝸桿傳動(dòng)。方案 (1)的在自鎖的同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)剛性提高，長(zhǎng)期逆風(fēng)工作結(jié)構(gòu)變形較小，可靠性高。如果跟蹤平臺(tái)采用蝸桿傳動(dòng)或者螺旋傳動(dòng)，遇到逆風(fēng)情況，山于系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)能夠自鎖，跟蹤平臺(tái)并不會(huì)被風(fēng)吹動(dòng)甚至翻轉(zhuǎn)，能夠正常工作。因此，本文設(shè)計(jì)了陀螺儀式跟蹤平臺(tái)。微型減速器電機(jī) 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(jī) 1旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動(dòng)齒圈 長(zhǎng)軸、接收器繞短軸中心轉(zhuǎn)動(dòng)。從跟蹤范圍方而看，齒輪傳動(dòng)和蝸輪傳動(dòng)都能滿足設(shè)計(jì)需求。當(dāng)跟蹤平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)載體上運(yùn)行時(shí)，載體的運(yùn)動(dòng)是小確定的，可能朝各個(gè)方向行駛，相對(duì)于跟蹤平臺(tái)來(lái)說，太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)變得更加復(fù)雜，變化范圍也小是固定的了，特別有時(shí)載體可能繞圈行駛，太陽(yáng)的變化范圍將會(huì)增大幾倍。但同樣是因?yàn)榻泳€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)作為跟蹤平臺(tái)的傳動(dòng)方案。而方案 (2)受連桿機(jī)構(gòu)極限位置的限制，跟蹤范圍較小。特別是利用齒輪傳動(dòng)，能在使用功率較小的普通電機(jī)的同時(shí)傳遞足夠大的動(dòng)力，并且使用功 率較小的電機(jī)降低了其能源成本和制造成木。立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)適用于固定地點(diǎn)安裝 (能夠滿足聚光器對(duì)結(jié)構(gòu)的需求 )，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)大范圍雙向自動(dòng)跟蹤。 ，選擇合適的控制執(zhí)行部件即步進(jìn)電機(jī)。 1． 4 本課題主要研究的內(nèi)容及意義 太陽(yáng)跟蹤裝置的研究是提高太陽(yáng)能利用率的一種重要途徑。步進(jìn)電機(jī)的步矩角在太陽(yáng)跟蹤中是一個(gè)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(jī)構(gòu)采用了具有世界先進(jìn)水平的諧波減速結(jié)構(gòu)。它采用傳感器和太陽(yáng)運(yùn)行軌跡時(shí)間函數(shù)相結(jié)合的定位方式，具有全自動(dòng)、全天候、跟蹤精度高、無(wú)累積誤差、不繞線的優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白，可以滿足太陽(yáng)輻射觀測(cè)的需要，大大減輕觀測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。太陽(yáng)跟蹤方法很多，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇跟蹤方式。每當(dāng)試驗(yàn)時(shí)，跟蹤器在跟蹤太陽(yáng)前先得讓方位軸和俯仰軸自動(dòng)回零；然后根據(jù)太陽(yáng)當(dāng)前位置從零點(diǎn)處自動(dòng)快速指向太陽(yáng)；接著每間隔一定時(shí)間，自動(dòng)調(diào)整一次集熱器的位置，使其采光面垂直于太陽(yáng)光線，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)太陽(yáng)跟蹤。 該太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX5 跟蹤器采用地平坐標(biāo)系跟蹤方式，主要由水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)、兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)以及集熱器臺(tái)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(jì)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(jì)算的太陽(yáng)赤緯角的變化，柱形拋物面反射鏡繞轉(zhuǎn)軸作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽(yáng)。前者是閉環(huán)的隨機(jī)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(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明 顯。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的 “無(wú)限性 ”，取之不盡，用之不竭。 “宇宙發(fā)電計(jì)劃 ”在理論上是完全可行的。再者，太陽(yáng)能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會(huì)導(dǎo)致 “溫室效應(yīng) ”和全球性氣候變化，也不會(huì)造成環(huán)境污染。因而發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)說來(lái)比地面簡(jiǎn)單，而且在無(wú)重量、高真空的宇宙環(huán)境中，對(duì)設(shè)備構(gòu)件的強(qiáng)度要求也不太高。據(jù)此推算，到 2020年全世界能源消費(fèi)總量大約需要 25萬(wàn)億立升 原油，如果用太陽(yáng)能替代，只需要約 97萬(wàn)公里的一塊吸太陽(yáng)能的 “光板 ”就可實(shí)their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX現(xiàn)。太陽(yáng)的壽命至少尚有 40億年，相對(duì)于人類歷史來(lái)說，太陽(yáng)可源源不斷供給地球能源的時(shí)間可以說是無(wú)限的。二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)利用己具經(jīng)濟(jì)性。跟蹤太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤 。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(cè)試試驗(yàn)中，要求集熱器采光面始終垂直太陽(yáng)光線，入射角偏差不超過 5? ，因此需要對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。 該裝置是檢測(cè)中心作試驗(yàn) 用的，試驗(yàn)主程序流程如圖 。 目前，該太陽(yáng)跟蹤器已投入使用，運(yùn)行狀況良好，跟蹤誤差不大于 2? 。針對(duì)這種狀況，開發(fā)了一種智能型全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤裝置。由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)組成。首先計(jì)算末端傳動(dòng)軸所受的實(shí)際扭矩，再根據(jù)減速倍數(shù)和傳動(dòng)效率估算出所需電機(jī)的扭矩。在全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤裝置上安裝遮光裝置的目的是為了測(cè)量太陽(yáng)的散射輻射，它是借助于該遮光裝置把太陽(yáng)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(dòng)式跟蹤平臺(tái) 根據(jù)跟蹤平臺(tái)適用場(chǎng)合 (太陽(yáng)能屋頂發(fā)電、聚光 —光纖傳輸型照明、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能空調(diào)等 )的需求，木論文設(shè)計(jì)了立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤平臺(tái)。在眾多傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，齒輪傳動(dòng)以及螺旋傳動(dòng)都屬于最簡(jiǎn)單的、應(yīng)用最為廣泛、性價(jià)比最高的傳動(dòng)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(dòng)相對(duì)于其它傳動(dòng)結(jié)構(gòu)性價(jià)比高 ,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以傳遞較大力、可靠性高，很適合固定的安裝場(chǎng)合的應(yīng)用。但是在實(shí)際的工作中，山于微型減速電機(jī)要接到系統(tǒng)電源 (常為固定安裝 )，微型減速電機(jī) 1繞轉(zhuǎn)角度過大就會(huì)產(chǎn)生電線纏繞的現(xiàn)