【正文】 將 Z、 P、 L 的值代入上式得： th c o s)90s i n ()90s i n ()90c o s ()90c o s ()90c o s ( ?????????? ???? ooooo 所以易得到太陽高度角的計算公式如下： tc osc osc oss ins ins inh ????? ???? 特殊地，正午太陽高度角 h0 時，因正午時的時角 t=0；所以代入上式 后 可 有： ???? c o sc o ss ins ins in h 0 ???? 又按照兩內(nèi)角和的三角函數(shù)可以得到 ， )co s (s inh 0 ?? ?? 與 ))(90s in ()c o s ( ???? ???? o 得到正午太陽高度角公式 )(900 ?? ??? oh ， 或者 )(900 ?? ??? oh 春秋分 時 的正午太陽高度角時候 赤緯 0?? 。 圖 基于位置控制的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 (3) 基于位置的太陽能電池板控制系統(tǒng)的軟件流程圖，通過對位置控制步驟的簡要敘述，下面給出基于這種控制的軟件框圖。光強采集采用的是光強傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換、單片機微控單元，其中光強 傳及入射角傳感器是由我們自主研發(fā)， 4 方位實時采集天空中太陽光線的照射強度，并由光電轉(zhuǎn)換器件進行信號的轉(zhuǎn)換，再將電信號進行比較，形成差模信號，最后通過 A/D 轉(zhuǎn)換送入單片機微控單元，完成對其俯仰位置的調(diào)整。第二個參數(shù)是從當前位置移動到目標位置的角度，我們可以用軟件解算的方式將這個角度折算成伺服電機的轉(zhuǎn)換角度。因此，用角度差等于一個域值可以判斷電池板朝向是否移動到目標的位置。 圖 1風力傳感器模塊圖 第 19 頁 最后的數(shù)據(jù)采集模塊是 GPS 和方位角采集模塊，根據(jù)天文學的理論，處于不同緯度與經(jīng)度的地區(qū)，其每天的日出時刻是不一樣的，所以在本系統(tǒng)中的 GPS模塊作用就是 克服處于不同緯度所帶來的系統(tǒng)誤差，同時對于不同季節(jié)，太陽運行軌跡也是不相同的，所以按照以往的 “經(jīng)驗值 ”進行計算太陽方位的做法誤差非常大，遇到陰雨天的情況下，往往失去跟蹤目標，反而浪費了電能。根據(jù)用戶所在地的緯度數(shù)據(jù)，設定并固定電池板的俯仰角；根據(jù)能量傳感器檢測信息，計算能量最大時的方位角，通過控制水平方位電機的轉(zhuǎn)動，使得太陽能電池板保持與能量最大的矢量方向垂直。求出時角 t 值后， 則可進一步 得到相關的時間。PQP 為子午圈； 39。圖 9 中用 兩坐標表示 出了 太陽在天球中運行的位置示意圖。 三、 球面三角形相關公式 對于給定的球面三角形，其邊與角滿足一定的函數(shù)關系，下面給出這些公式 。顯然極到對應圓周上各個點的距離相等，這個距離叫做極距。即： pz tt ??? 式中： ? 表示時差， zt 為真太陽時， pt 為平太陽時 太陽位置計算原理 、球面三角形的相關概念 人們引入了天球的概念后，把宇宙空間的恒星等投影到天球面上 ， 研究它們在 天球 上的位置和運動，而忽略它們在 宇宙 空間的實際分布。同時天文上應用的時間很多，在這里就只挑選兩個與本系統(tǒng)有關的時間概念進行簡要的說明。若從天赤道向北天極方向量度為正，向南天極方向量度為負。 圖 天極高度等于當?shù)鼐暥仁疽鈭D 赤道坐標系 取天赤道作為基本圈，北天極 P 是基本圈的極，天赤道與子午圈的交 點之一Q? (近南點 )作為基本點的天球坐標系，稱之為赤道坐標系。方位角 A，以地平面南點 S 點為零度，向西為正值，向東為負值。 第 5 頁 Ah地 平 圈SN1ZZ 39。 所謂天球，即以觀察者為球心，需要的時候也可以把球心假想移到地球或者太陽的中心，并且以任意長度為半徑，其上分布著所有天體的球。 本控制系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、 計算機控制 模塊 、 以及電力拖動等模塊組成。 目前，著太陽能應用的普及，眾多的科研院所和企事業(yè)單位針對太陽能跟蹤控制系統(tǒng)開展了卓有成效的研究。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。因此必須設計一種隨著太陽運動的跟蹤控制系統(tǒng)，使得太陽能電池板 接收到 的光照強度最大，資源的利用率最大。光電式太陽跟蹤裝置使用光敏傳感器來測定入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當偏差超過一個閾值時，執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整集熱裝置的位置，直到使太陽光線與集熱裝置光軸重新平行，實現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤。 對于 圖 2 所示 方案 中的 風力傳感器采集模塊、光強采集模塊、 GPS 模塊、 方位 磁傳感器 采集模塊 ，根據(jù)功能的不同可以有不同的配置方案，從而構(gòu)成不同功能的跟蹤控制系統(tǒng) 。在天球上，線距離是沒有意義的；一般說來，天體離開地球的距離都可看作是數(shù)學上的“無窮大”，因此，在地面上不同地方看同一天體的視線方向可以認為是互相平行的；或者也可以反過來說，一個天體發(fā)射到地球上不同地方的光互相平行。與地平圈相平行且與天球相交成的小圓叫地平緯圈，與地平圈垂直的大圓叫地平經(jīng)圈。 由圖 3 可以看出 ， 天體的地平高度與天頂距的關系是 hZ ?? o90 通過以上介紹可以得到，地球上任何觀測點的天極高度等于當?shù)氐木暥龋上嗨迫切蔚年P系可以證明 ， 在觀測點 o? 處的天極方向為 p? 方向，根據(jù)三角形角度關系顯然天極的高度角等于當?shù)氐木暥取1PP 39。時角 t，以觀測點 O 與天球赤道南點 Q? 連線為 零度線。真太陽位于上中天的時刻，叫做真中午， 第 8 頁 所以真太陽時具有地方性，不同的地方真中午的時刻是不同的，一個真太陽日分成 24 小時真太陽時，真太陽是以真太陽是時角 t 進行度量的，顯然人們在應用真太陽日時候，由于各個地方的真太陽時不同，且地球在軌道上運行的速度不一樣，從而導致真太陽時不一致性。顯然，大圓把球面分成相等的兩部分。 二、 球面三角形的定義 球面上兩兩相交的三個大圓弧所圍成的幾何圖形稱之為球面三角形，這三個大圓弧成為球面三角形的邊，用 a 、 b、 c 表示。 如圖 8 所示，取球面三角形 ABC，將各個頂點與球心 O 相連接，可以得到一個球心三角形 OABC， 過頂點 A 作 b、 c 邊的切線，分別相交 OC、 OB 延長線與 N、M。QA時 角 t天球赤道zpl地平圈PP 39。其中 Z? 、 P? 、 L? 各個頂點的對邊分別為： z、 p、 l。利用衛(wèi)星定位導航系統(tǒng) GPS 接收機，給出用戶所在地的緯度數(shù)據(jù)，設定并固定電池板的俯仰角；根據(jù) GPS 接收機給出的時間信息，實時計算太陽的方位角，通過計算得到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，控制水平方位電機的轉(zhuǎn)動，使得太陽能電池板保持與太陽矢量方向垂直。 第 17 頁 圖 1基于 能量最優(yōu) 控制的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 (3)、基于能量的太陽能電池板控制系統(tǒng)的軟件流程圖，通過對能量控制步驟的簡 要敘述，下面給出基于這種控制的軟件框圖。因此本電池板控制系統(tǒng)能夠大范圍、跨緯度的得到應用，克服了以往電池板控制系統(tǒng)在地域上應用的局限性，并在電池板控制系統(tǒng)安裝就位后，無人調(diào)整，自動跟蹤上的智能性。