【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(jì)算公式如下： tc osc osc oss ins ins inh ????? ???? 特殊地，正午太陽高度角 h0 時(shí)，因正午時(shí)的時(shí)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(shí) 的正午太陽高度角時(shí)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(duì)位置控制步驟的簡(jiǎn)要敘述，下面給出基于這種控制的軟件框圖。光強(qiáng)采集采用的是光強(qiáng)傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)微控單元，其中光強(qiáng) 傳及入射角傳感器是由我們自主研發(fā)， 4 方位實(shí)時(shí)采集天空中太陽光線的照射強(qiáng)度，并由光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，再將電信號(hào)進(jìn)行比較，形成差模信號(hào)，最后通過 A/D 轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)微控單元，完成對(duì)其俯仰位置的調(diào)整。第二個(gè)參數(shù)是從當(dāng)前位置移動(dòng)到目標(biāo)位置的角度，我們可以用軟件解算的方式將這個(gè)角度折算成伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)換角度。因此，用角度差等于一個(gè)域值可以判斷電池板朝向是否移動(dòng)到目標(biāo)的位置。 圖 1風(fēng)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(xué)的理論，處于不同緯度與經(jīng)度的地區(qū)，其每天的日出時(shí)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(shí)對(duì)于不同季節(jié)，太陽運(yùn)行軌跡也是不相同的，所以按照以往的 “經(jīng)驗(yàn)值 ”進(jìn)行計(jì)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(biāo)，反而浪費(fèi)了電能。根據(jù)用戶所在地的緯度數(shù)據(jù)，設(shè)定并固定電池板的俯仰角；根據(jù)能量傳感器檢測(cè)信息，計(jì)算能量最大時(shí)的方位角，通過控制水平方位電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)角 t 值后， 則可進(jìn)一步 得到相關(guān)的時(shí)間。PQP 為子午圈； 39。圖 9 中用 兩坐標(biāo)表示 出了 太陽在天球中運(yùn)行的位置示意圖。 三、 球面三角形相關(guān)公式 對(duì)于給定的球面三角形，其邊與角滿足一定的函數(shù)關(guān)系，下面給出這些公式 。顯然極到對(duì)應(yīng)圓周上各個(gè)點(diǎn)的距離相等，這個(gè)距離叫做極距。即： pz tt ??? 式中： ? 表示時(shí)差， zt 為真太陽時(shí)， pt 為平太陽時(shí) 太陽位置計(jì)算原理 、球面三角形的相關(guān)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?cè)?天球 上的位置和運(yùn)動(dòng)，而忽略它們?cè)?宇宙 空間的實(shí)際分布。同時(shí)天文上應(yīng)用的時(shí)間很多，在這里就只挑選兩個(gè)與本系統(tǒng)有關(guān)的時(shí)間概念進(jìn)行簡(jiǎn)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(fù)。 圖 天極高度等于當(dāng)?shù)鼐暥仁疽鈭D 赤道坐標(biāo)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(diǎn)之一Q? (近南點(diǎn) )作為基本點(diǎn)的天球坐標(biāo)系，稱之為赤道坐標(biāo)系。方位角 A，以地平面南點(diǎn) S 點(diǎn)為零度，向西為正值，向東為負(fù)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(shí)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(jì)算機(jī)控制 模塊 、 以及電力拖動(dòng)等模塊組成。 目前，著太陽能應(yīng)用的普及，眾多的科研院所和企事業(yè)單位針對(duì)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(shè)計(jì)一種隨著太陽運(yùn)動(dòng)的跟蹤控制系統(tǒng)，使得太陽能電池板 接收到 的光照強(qiáng)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(cè)定入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過一個(gè)閾值時(shí)，執(zhí)行機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角和方位角的跟蹤。 對(duì)于 圖 2 所示 方案 中的 風(fēng)力傳感器采集模塊、光強(qiáng)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(xué)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(rèn)為是互相平行的；或者也可以反過來說，一個(gè)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(guān)系是 hZ ?? o90 通過以上介紹可以得到，地球上任何觀測(cè)點(diǎn)的天極高度等于當(dāng)?shù)氐木暥?，由相似三角形的關(guān)系可以證明 ， 在觀測(cè)點(diǎn) o? 處的天極方向?yàn)?p? 方向，根據(jù)三角形角度關(guān)系顯然天極的高度角等于當(dāng)?shù)氐木暥?。Q1PP 39。時(shí)角 t，以觀測(cè)點(diǎn) O 與天球赤道南點(diǎn) Q? 連線為 零度線。真太陽位于上中天的時(shí)刻，叫做真中午， 第 8 頁 所以真太陽時(shí)具有地方性，不同的地方真中午的時(shí)刻是不同的，一個(gè)真太陽日分成 24 小時(shí)真太陽時(shí)，真太陽是以真太陽是時(shí)角 t 進(jìn)行度量的，顯然人們?cè)趹?yīng)用真太陽日時(shí)候，由于各個(gè)地方的真太陽時(shí)不同，且地球在軌道上運(yùn)行的速度不一樣，從而導(dǎo)致真太陽時(shí)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(gè)大圓弧所圍成的幾何圖形稱之為球面三角形，這三個(gè)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(gè)頂點(diǎn)與球心 O 相連接，可以得到一個(gè)球心三角形 OABC， 過頂點(diǎn) A 作 b、 c 邊的切線，分別相交 OC、 OB 延長線與 N、M。QA時(shí) 角 t天球赤道zpl地平圈PP 39。其中 Z? 、 P? 、 L? 各個(gè)頂點(diǎn)的對(duì)邊分別為： z、 p、 l。利用衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) GPS 接收機(jī)，給出用戶所在地的緯度數(shù)據(jù)，設(shè)定并固定電池板的俯仰角；根據(jù) GPS 接收機(jī)給出的時(shí)間信息，實(shí)時(shí)計(jì)算太陽的方位角，通過計(jì)算得到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，控制水平方位電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)能量控制步驟的簡(jiǎn) 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(yīng)用，克服了以往電池板控制系統(tǒng)在地域上應(yīng)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(dòng)跟蹤上的智能性。