聚光太阳能嵌入式跟踪控制系统的研究

摘要

太阳能高效发电技术是国家中长期科学和技术发展规划纲要中重点和优先发展的战略性新能源技术，聚光太阳能发电技术在国际上被称为第三代太阳能发电技术，是各国竞相开发和研究的热点。高精度、高可靠性、低成本的太阳跟踪技术是聚光太阳能发电技术的核心之一，而太阳跟踪控制系统则是该技术的关键。本论文针对现有太阳跟踪控制系统存在的问题，研究并完成了一种基于嵌入式微处理器的聚光太阳能跟踪控制器，实现了对太阳的高精度跟踪，具有重要的工程应用价值。
　　 论文基于视日运动轨迹跟踪规律，研究了一种步进式的太阳跟踪控制方法，并对其进行了系统的理论仿真，研究表明该跟踪方法能够实现对太阳的精确跟踪;在此基础上，为了完成控制要求并尽可能降低系统成本，论文采用了嵌入式系统控制方案，完成了基于ARM9微处理器的跟踪控制器的硬件设计和嵌入式Linux平台下的软件设计，编写了基于Qt的人机操作界面，最后完成了太阳跟踪系统的搭建、联机调试与实验研究;为了验证跟踪系统的跟踪精度，首先通过实验确定了跟踪系统机械部分的初始位置偏差、驱动系统惯性、轴系误差等对太阳跟踪精度的影响参数，在对系统软件改进后进行了跟踪实验验证，实验结果表明聚光太阳能嵌入式跟踪控制系统的精度可控制在±0.1°内。目前该系统已成功应用于国家863项目的研究中，运行表明该跟踪控制系统具有稳定可靠，操作方便、成本低等特点。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 能源危机问题

1．1．2 太阳能的利用

1．2 课题研究的目的与意义

1．3 太阳跟踪技术国内外研究现状

1．3．1 太阳跟踪控制方式

1．3．2 太阳跟踪机构

1．3．3 跟踪系统的国内外研究现状

1．4 论文主要研究内容

第2章 太阳运行规律及跟踪控制策略

2．1 太阳运行规律

2．1．1 地平坐标系

2．1．2 太阳高度角和方位角的计算

2．2 太阳跟踪控制策略

2．2．1 间歇跟踪控制方法的改进

2．2．2 间歇跟踪控制规律的仿真

2．3 本章小结

第3章 跟踪控制系统硬件设计

3．1 硬件总体设计方案

3．2 嵌入式处理器模块

3．2．1 ARM处理器概述

3．2．2 AT91SAM9263芯片简介

3．3 电机驱动电路

3．3．1 电机的选用

3．3．2 电机驱动电路设计

3．4 角度传感器的选择

3．5 GPS模块设计

3．6 串口通讯电路设计

3．7 阴晴与风速模块电路设计

3．8 本章小结

第4章 跟踪控制系统软件设计

4．1 嵌入式系统软件设计概述

4．2 相关设备驱动程序设计

4．2．1 Linux设备驱动程序结构

4．2．2 直流电机驱动程序实现

4．2．3 数字量输入驱动程序实现

4．3 控制系统应用程序设计

4．3．1 直流电机应用程序设计

4．3．2 阴晴和风速信息采集程序设计

4．3．3 GPS数据获取程序设计

4．3．4 编码器数据提取程序设计

4．3．5 跟踪控制主程序设计

4．4 基于Qt／Embedded的跟踪控制操作界面设计

4．4．1 嵌入式GUI的选择

4．4．2 Qt／Embedded体系架构

4．4．3 Qt／Embedded通信机制

4．4．4 基于Qt／Embedded跟踪控制界面的实现

4．5 本章总结

第5章 实验与分析

5．1 跟踪器的搭建及实验

5．2 跟踪程序中关键参数的确定

5．2．1 方位角和高度角偏差阈值的确定

5．2．2 跟踪器初始位置偏差的确定

5．3 跟踪控制策略和跟踪精度的验证

5．4 跟踪精度对聚光发电的影响

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 后续研究与展望

致谢

参考文献